轮胎知识轮胎结构配方 生产工艺概要.docx
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轮胎知识轮胎结构配方生产工艺概要
Ø课程安排
Ø轮胎简要介绍
Ø
第一课时
轮胎结构
Ø
第二课时
轮胎配方
Ø
第三课时
轮胎生产工艺
Ø考试
Ø
轮胎简要介绍
一、轮胎的性能
先举例说明，900-20轮胎，车速60KM/H，则轮胎各部位的变形达2万次/小时，传递90马力以上的功率，胎面表面温度70～100℃，缓冲层可达100℃以上。
我们不难想象车速达100KM/H以上的情况。
总之使用条件对轮胎性能要求是非常苛刻的，从社会、轮胎用户及生产厂家的要求出发，可归纳以下方面的要求：
1.经济性（要求使用寿命长，耐磨，节油）；
2.行驶安全（要求轮胎抓地力好）；
3.舒适性（低噪音，高缓冲性）；
4.承载能力强（超载）；
5.行驶速度高；
6.气候的要求（高纬度地区耐寒，低纬度地区耐热）；
7.路况的要求（良路面耐疲劳，低生热，耐热，低噪音）；
（差路面耐切割、刺扎、撕裂）；
8.低成本的要求。
轮胎能同时满足以上要求很困难，因为一些要求是矛盾的，例如轮胎抓地力好，其耐磨性就下降。
我们根据不同用途的轮胎所要求的性能侧重点，来进行轮胎的配方设计与结构设计，以达到较好的平衡。
二、轮胎的一般常识
一套有内胎轮胎包括外胎、内胎、垫带。
内胎有天然胶内胎（价格低，气密性差）与丁胶内胎（价格高，气密性优良，丁胶内胎能提高外胎寿命，为什么？
），外胎有斜胶胎bias与子午胎radial两种结构，子午胎多为无内胎轮胎。
1.轮胎的功用：
a承载；b传递牵引力、制动力；c缓冲冲击、振动；
d控制行驶方向。
2.轮胎的分类（粗黑字体为简称）
载重汽车胎Truck&BustireTB
轿车胎PssengerCartirePC
轻卡胎LightTrucktireLT
休闲车胎RecreationVehicletireRV
微型车胎UltraLightTrucktireULT
按车种分
工业轮胎InDustrialtireID
农业胎AGriculturaltireAG
工程机械胎OfftheRoadtireOR
摩托车胎MotorCycletireMC
自行车胎CYcletireCY
航空轮胎
按结构分类
斜交胎BiasTireB
子午线轮胎RadialTireR
3.轮胎规格的标识（举例）
斜交胎的标识
9.00-2016PR
层级
轮辋直径（英寸）
斜胶胎结构
轮胎断面宽度（英寸）
大卡、客车子午胎的标识
9.00R2016PR
层级
轮辋直径（英寸）
子午线结构代号
轮胎断面宽度（英寸）
315/80R22.518PR
层级
轮辋直径（英寸）
子午线结构代号
扁平率（%）
胎断面宽度（mm）
轿车子午胎的标识
205/65R1591H
速度级别代号
负荷指数
轮辋直径（英寸）
子午线结构代号
扁平率（%）
胎断面宽度（mm）
轻卡子午胎的标识
185R14C
商务（commercial）
轮辋直径（英寸）
子午线结构代号
胎断面宽度（mm）
235/85R16120S
速度级别代号
负荷指数
轮辋直径（英寸）
子午线结构代号
扁平率（%）
胎断面宽度（mm）
31×10.50R15
轮辋直径（英寸）
子午线结构代号
胎断面宽度（英寸）
轮胎外直径（英寸）
摩托车胎的标识
110/90—1754H
速度级别代号
负荷指数
轮辋直径（英寸）
斜交胎结构代号
扁平率（%）
胎断面宽度（mm）
4.关于几个相关概念的介绍：
部分速度级别代号举例：
速度记号
速度KM/H
速度记号
速度KM/H
L
M
N
R
S
T
120
130
140
170
180
190
U
H
V
W
Y
Z
200
210
240
270
300
240以上
扁平率
扁平率=轮胎高度H/轮胎宽度W×100%
扁平率越小，操控性越好，滚动阻力越小，为什么？
层级：
层级为轮胎强度的标示。
最初轮胎胎体以棉纱制层，后因胎体材料不断进步，强度大为增加，故现在仅10层（也许8层、6层）制成的轮胎其强度即可达到过去以棉纱14层所制成的轮胎。
此轮胎标为14PR。
负荷指数：
指1在标准规定的使用条件下，按速度符号标明的速度行驶时，轮胎所能承受最大负荷的数字代号。
负荷指数越大，代表承载能力越强。
全钢丝子午线轮胎简称全钢子午胎：
指胎体和带束层全部采用钢丝帘线的轮胎。
半钢丝子午线轮胎简称半钢：
指胎体用纤维材料，带束层采用钢丝帘线的轮胎。
5.轮胎花纹
1）功用：
a.保证车辆与路面有良好的附着力，以发挥车辆的牵引性能和制动效果。
b.具有排水功能，防止车辆打滑，实现安全行驶。
c.有助于轮胎行驶中散热。
2）花纹类型
类型
图例
特征
用途
纵向花纹Rib
花纹块占行驶面积约75%，具有导向作用，滚动阻力小，防侧滑好，噪音低，安全、舒适性高，耐磨、牵引、制动性较横向花纹差。
适用硬基良路、高速路。
用于轿车、客车、卡车前轮。
横向花纹
Lug
花纹块占行驶面积约78%，牵引、制动力强，耐磨性能好，滚动阻力大，噪音高，侧滑及散热性较纵向花纹差，易产生异磨。
适用于水泥、柏油、沙土、碎石路。
用于载重汽车或客车后轮。
混合花纹
花纹块面积略小于普通花纹，导向牵引、制动力较大、防滑性适中，耐磨性较横向花纹差。
适用城乡、山区良路、沙土、碎石路。
用于卡车、客车及轻卡车。
越野花纹
花纹块占行驶面面积约50%，牵引、制动性优，滚动阻力大，耐磨性最差，寿命短。
适用雪泥路，工地矿区。
用于军用汽车、工程车等。
6.常见汽车使用轮胎规格
序号
规格
车型
1
145/70R12
云雀、奥拓（长安）
2
145/80R12
奥拓（西安）、松花江、大发、夏利
3
155/80R12
长安（SC6330）大发、夏利
4
155/80R13
日本大发
5
165/70R13
夏利（TJ7100）（TJ7100C）、富康、拉达、司柯达、夏利
6
175/70R13
捷达（JETTA）、欧保、高尔夫、大宇、拉达
7
185/70R13
桑塔纳（SD1、TD2）、尼桑、本田、丰田面包车
8
165/70R14
富康（DC7140CZX）、富康（RX）、富康（RG）、神龙富康
9
185/70R14
奥迪（AUDI1002-E）、红旗（CA722K）、蓝鸟、沃尔沃240GL、现代、道奇、皇冠2.4、尼桑2.0、尼桑子弹头
10
185/80R14
奥迪（AUDI1002-E）、红旗（CA7220）、红旗（CA7221）、标致、皇冠2.8、尼桑、马自达面包、公爵（CEDRIC）
11
185/60R14
都市高尔夫（CITYGOLFASCLX）、捷达（JETTAGT）
12
195/60R14
桑塔纳（2000型）、本田（ACCORD）、丰田、宝马318
13
195/75R14
富迪（广东南海）、依维柯、别克、起亚、道奇子弹头、
14
205/75R14
金杯吉姆西、丰田大霸王、道奇、别克、旁帝克
15
185/80R15
标致、珠江、羊城
16
195/65R15
奔驰、欧宝、本田、日本马自达、日产、奥迪（2.6）、佳美V6、公爵、皇冠3.0、凌志、宝马520、沃尔沃940
17
205/60R15
奥迪（AUDI200）、奔驰、宝马、现代、日产、公爵、三菱
18
205/65R15
奔驰、日产、皇冠3.0、公爵、凌志300、马自达、丰田、佳美3.0
19
205/70R15
道奇、雪佛兰子弹头、别克
20
215/70R15
奥迪（AUDI100V84-2EL）、林肯、福特、墨秋利
21
215/75R15
切诺基（BJ7250）、黎明、林肯、雪佛兰、仪征、凯迪拉克、犀牛吉普
22
215/80R16
金旋风（北京）、城市猎人（BJ2020ST）丰田吉普
23
155R12CLT
昌河面包、五菱面包
24
185R12CLT
黑龙江（轻型载货汽车用）、厦门金龙
25
6.5R16LT
云鹰（昆明JMC6380）、金杯（沈阳）、北京（BJ6560A2）、昌河（CH6530）、南京依维柯
Ø轮胎结构
一、轮胎结构剖面图
轮辋
胎圈
胎侧
油皮胶
缓冲层
胎体
胎冠
胎肩
H
二.轮胎各部件介绍
1）.胎冠
因与地面直接接触，要耐磨、耐撕裂、耐刺扎，抓地力好。
2）.胎肩
应力集中的部位，此处橡胶较厚，散热性差，故要求有较高强伸性，较低的生热、较快的散热性、耐热性、高定伸。
3）.胎侧
保护胎体，要求耐屈挠龟裂和耐老化。
4）.胎体
轮胎承载的主要部件，要求尺寸稳定、耐疲劳、耐冲击。
5）.缓冲层
加强胎冠的强度，提高抗冲击耐刺伤，保护胎体。
6）.胎圈（BEAD）:
使轮胎牢固地固定在轮辋上。
7）.油皮胶：
保护胎体与内胎。
以上为斜胶胎的各部件，子午胎还有带束层，它就象履带一样，承载轮胎的大部分力量。
以上各部件性能的要求是笼统的，即使定出物性指标，也不能说明轮胎的耐磨性、耐久性，所以美国74年就取消了部件物性要求，取而代之的是测试轮胎的强度、耐久性、抗湿滑性、滚动阻力、噪音….等。
三、两种结构轮胎的比较
斜交轮胎B
半钢子午线轮胎R
胎冠
缓冲层
胎侧
带束层
胎体
气密层
胎圈
胎圈
胎体
构造图
结构特征
由两层以上的帘布交叉重叠而成，各层以30-40度的角度交叉通过胎面中心，并包过胎圈。
帘布层垂直通过胎面中心，且包过胎圈部位，在胎体与胎面间，加上两层以上的环带，使胎体结构加强。
胎面比较
为什么子午胎比斜交胎耐磨、抓地力好、又耐刺扎？
因子午胎冠基部为钢丝带束层，比合成纤维的斜交胎刚性大，因此接地均匀，不会产生蠕变与异常磨耗、且抓地力好。
子午胎冠部比斜交胎耐刺也是这个原因。
胎侧比较
子午胎胎侧比斜交胎胎侧刚性小10～30％，则子午胎低速行驶稳定性差，而高速时缓冲性能好、稳定性好。
因子午胎胎侧比斜交胎胎侧柔软，变形也比斜交胎胎侧大25～30％。
这就要求子午胎胎侧胶有优异的耐屈挠性。
高速时为什么子午胎的噪音比斜交胎小？
胎体
子午胎胎体帘纱同向排列，材料受力方向基本与材料的排列方向一致，剪切应力比斜交胎交叉排列小，摩擦小，生热低，所以子午胎省油。
轮胎的生热与热破坏是轮胎在高速破坏的主要原因，因此子午胎适于高速。
斜交胎则不行。
斜交轮胎B
半钢子午线轮胎R
轮胎强度
轮胎强度越大，斜交胎的胎体强度也越大，子午胎的带束层强度也越大，其胎体强度不一定大。
子午胎箍紧系数越大，带束层强度越大，胎体张力越小。
操纵性
因子午胎抓地力强、胎侧柔软，转弯容易，操纵性好。
易破坏部位
1.胎肩破坏，对策：
A胎肩基部胶用低升热、高
弹性、高定伸、耐高温的
胶料
B花纹设计帮助胎肩散热
C轮胎轮廓设计的改善
（如加大胎面弧度、减少胎
面厚度、减小胎侧刚性、
增大胎肩刚性）
D缓冲层端点避开胎肩
2.胎冠基部底层破坏，对策：
A基部底层用低升热、高强
力、稍高定伸、耐高温的
胶料
B加厚缓冲胶片
C加强胶料与帘线的粘合力
D花纹设计帮助散热
1带束层两端点破坏，对策：
A带束层端点使用封口胶
B加冠带层（NE、NF）
C带束层宽度合适
D增加钢丝与胶料的粘合
2子口部位破坏，对策：
A加大子口部位的刚性。
（如加大
三角胶、增加子口护胶硬度、帘
布反包高度增加）
B改善子口部位刚性、柔韧性向胎
侧的平滑过度
C降低胎侧刚性
Ø
轮胎配方
一、外胎是由胶料、骨架材料组成的。
骨架材料的主要作用是承受轮胎内部、外部的应力，保持轮胎的形状；对骨架材料的要求是：
强度、模量高，耐热性好，耐疲劳性好，尺寸稳定，与橡胶的粘合性好，价廉，比重小等。
骨架材料品种较多，常见的有：
1.合成纤维：
如
N661260D/252E表示：
N61260D/237E
帘线密度（37根/5CM）
由2股加捻成帘线
细度的单位（旦数）
细度
材质
尼龙子口布：
N66420D/1×420D/1表示：
N66420D/1×420D/1
由1股组成的纱线
纬纱细度
细度的单位（旦数）
经纱细度
材质（尼龙66）
N61260D/1表示：
N61260D/1
由1股1帘线组成
细度的单位（旦数）
细度
材质
聚脂帘布：
如
1500D/260E表示：
1500D/260E
帘线密度（60根/5CM）
由2股加捻成帘线
细度的单位（旦数）
细度
2.钢丝，如：
2+2×0.25HT表示：
2+2×0.25HT
高强力回火钢丝
钢丝直径为0.25mm
每股钢丝由2根钢丝加捻而成
由2股加捻而成
3.胎圈钢丝ф0.95mm
二、轮胎配方
1.一般配方的组成参考用量（PHR）用途
A.生胶100提供物性的主体
B.补强剂、填充剂35～80提高物性、降低成本
C.软化剂0～25改善物性、加工性、降低成本
D.
母炼细料
防老剂0～3防止、减缓胶料老化
E.活性剂2～8加快硫化、提高物性
F.其它
终炼细料
（增粘剂、增塑分散剂、增硬剂、着色剂）
G.硫化剂1.5～6使橡胶交联、架桥
H.促进剂0.7～1.5加快硫化、提高物性
2.配方的表示
A.以生胶的重量的为100份，其余配合剂占其重量份数（PHR）；B.各材料占胶料的重量的百分数；C.各材料按其体积占胶料总体积的百分数。
例如：
以生胶的重量的为100份（PHR）
材料占胶料的重量的百分数（％）
材料体积占胶料总体积的百分数（％）
材料比重
天然胶
100.0
65.4
79.1
0.92
炭黑N220
50.0
32.7
20.2
1.8
硫磺
2.0
1.3
0.2
8.2
促进剂NOBS
1.0
0.7
0.5
1.37
合计
153
100
100
二、原材料介绍
1.生胶
轮胎用生胶一般为：
●天然胶（RSS1#、RSS3#、SCR5、SCR10、SMR5、SMR10、SMR20、SIR10、SIR20、SVR5L、SVR3L等）。
天然胶与合成胶相比，其强伸性能、生热、耐撕裂、工艺性都较优，耐热性稍逊。
因天然胶的产地、加工方法不同，其品质差异也很大。
根据轮胎性能、成本的要求，我们把不同品质的天然胶区分使用。
例如胎肩胶要求高强伸性、较低的生热、耐热性、高定伸，可选用RSS1#、RSS3#；斜交胎胎侧及油皮胶的要求不太高，可选用SCR10、SIR20等级较低的天然胶。
一般天然胶比通用合成胶价格高，根据各合成胶特性，不同的配方并用不同的合成胶，以降低成本。
并用合成胶，亦有改善性能的考虑。
●合成胶
✓丁苯胶（SBR1500、SBR1502、SBR1712、SBR1721等）：
生热大，弹性、强力低，耐屈挠性、耐磨性较差，必须高补强炭黑补强，加工工艺性较差；但其抓地力好，耐热性强，价格低。
如轿车轮胎要求安全，胎体较薄，胎面可选用丁苯胶。
✓顺丁胶（BR9000、BR0153等）：
生热低，耐屈挠性、耐磨性好，定伸低，加工工艺性较差，耐湿滑性差。
如顺丁胶与天然胶并用可用于胎侧胶。
✓氯化丁基胶（CIIR1066）：
优良的气密性、耐老化性、耐屈挠性，但生热大，弹性低，适于气密层胶。
✓三元乙丙胶（Roylene505）：
优异的抗臭氧性能及天候老化性能。
如用在彩色胎侧是为了弥补取消污染性防老剂而产生的防老效果的不足。
2.补强剂、填充剂：
补强剂对橡胶有补强功能，无机补强剂主要有白碳黑，有机补强剂主要是炉法炭黑，其余无机补强剂的补强较差，视为填充剂。
其实炭黑亦有补强性强的，常称硬质炭黑（如N220、N330）；补强性差的，称软质炭黑（如N660、N990）；炭黑名称的含义：
如：
（N220）表示N220
无明确意义
炭黑粒子直径代号
正常硫化速度的炭黑
炭黑粒径越小，补强性越强，但炼胶时分散越困难；炭黑的结构度越大，补强性亦越大，炼胶时分散容易。
3.软化剂
液体软化剂石油系列最常用是芳烃油，还有环烷烃油、链烷烃油（石蜡基油）。
芳烃油有污染性，环烷烃油、链烷烃油为非污染性，用在浅色胶料中。
软化剂能够改善胶料的加工性能、物理机械性能，以及通过加入软化剂可以较大量的使用补强、填充剂，降低成本。
4.防老剂
有物理防老剂和化学防老剂。
物理防老剂如微晶蜡2122、P型蜡等，它在胶料中能逐渐迁移到胶料的表面，形成一层均匀的蜡膜，把空气中的O3、O2隔离，起到防老作用。
化学防老剂有耗O3型与活性基终止型。
综合防老效果最佳的应是对苯二胺类（如4010、4010NA、4020等），其它防老剂如RD防热老化较佳，防老剂AW防O3老化较佳，为提高防老效果，常几种防老剂并用。
5.活性剂
活性剂能够降低橡胶交联所需要的活化能，提高硫化速度及交联密度。
常用的有氧化锌、硬脂酸。
它们能生成硬脂酸锌在胶料中起作用。
6.其它
a增粘剂：
如C5树脂、SP1068、炭氢树脂1102B、松香等；
b增塑分散剂：
如SJ-103、增塑剂A、M50、FL-PLUS、T-78等；
c增硬剂：
如SP6700；
d着色剂：
如钛白粉、群青；
e钢丝-橡胶粘合剂：
环烷酸钴、硬脂酸钴。
7.硫化剂
常用的硫化剂为硫磺，它又分为普通硫磺与不溶性硫磺。
普通硫磺也称硫磺粉，其结构规则，在胶料中溶解，易于析出覆盖在胶料表面，造成喷霜，降低胶料粘性。
不溶性硫磺如HDOT20、IS-60等，其为无规则结构，不熔于橡胶。
不喷霜。
但在较高温度下不溶性硫磺会转变成普通硫磺，失去不喷霜的作用。
这就是为什么有不溶性硫磺的胶料加工温度不宜超过105℃的原因。
（如Z110、Z113等）
8.促进剂
促进剂能够加快硫化速度、提高物性。
最常用的是次磺酰胺类，如CZ、NOBS、DZ、TBBS，我厂亦用噻唑类，如DM、M；胍类如DGP。
9.防焦剂
能够延迟焦烧时间，防止胶料早期硫化。
如CTP、PVI，尽管CTP对胶料物性无不利影响，但它也能推迟正硫化时间。
我们可以利用它进行各胶料硫化速度匹配的调整。
三、轮胎配方原则
1.各部件胶料满足相应性能的要求，胎面胶耐磨，胎侧胶耐屈挠、老化，钢丝胶要硬度高、与钢丝粘合好等；
2.各部件胶料定伸或硬度的匹配，目的使轮胎各部位的应力均匀过度，避免应力集中及符合设计者的想法；
a如斜交胎定伸的匹配（举例）：
胎面
定伸
胎肩
胎面胶：
10Mpa（12Mpa）
外帘
胎面
胎肩胶：
12Mpa
油皮
内帘
外帘胶：
10Mpa
内帘胶：
8Mpa
油皮胶：
6Mpa
b如子午胎硬度的匹配（举例）：
胎面胶：
65
带束层：
79
硬度
肩垫胶：
64
钢丝胶
气密层
胎体胶：
63（全钢77）
子口护胶
三角胶
胎面
气密层：
55
胎体
垫胶
胎侧胶：
55
带束层
三角胶：
76
子口护胶：
76
钢丝胶（胎圈）：
90
由此看出斜交胎与子午胎的设计要求差别很大。
3.各部件胶料硫化速度的匹配，目的使轮胎各部位硫化度均匀，避免局部欠硫或过硫；因轮胎是厚橡胶制品，在加温硫化受热很不均匀，我们必须将受热效应大的胶料硫化速度慢一些，将热效应小的胶料硫化速度快一些，以保证各部分同步硫化。
Ø轮胎生产工艺
一、轮胎制造过程流程图：
斜交胎制造工艺流程
炼胶
帘布压延
钢丝押出
胎面押出
帘布裁断
钢丝成型
帘布制层
检查
修剪
硫化
成品
生胎刺孔
生胎成型
炼胶
半钢子午胎制造工艺流程
内衬胶压延
帘布压延
钢丝押出
胎侧押出
胎面押出
带束层押出
三角胶贴合
钢丝裁断
预复合
帘布裁断
NE/NF纵裁
一段成型
二段成型
内喷涂
成品
静、动平衡检查
均一性测试
检查
修剪
硫化
二、密炼工艺：
1.我公司胶料的代号说明如下：
a大写英文母M代表斜交胎胶料；Z代表子午胎胶料；X代表新开发胶料；大写英文母前有一位阿拉伯数字的，代表母炼胶；其中5代表第一段混炼，6代表第二段混炼，7代表第三段混炼···等。
如5M001、7Z110。
b如大写英文母前无阿拉伯数字的代表终炼胶。
如M001、Z110。
2.母炼胶是指除促进剂、硫化剂以外的其它配合剂混入胶料中的胶料。
为此母炼胶在硫化温度下不能硫化的，为了增加胶料的分散性，提高打胶效率，混炼母炼胶采用较高转速（如40rpm），打胶周期短，排胶温度高（160～170℃）。
因部分胶料炭黑填充量较大，或增加分散、降低门尼，母炼胶可采用多段混炼法，如5Z110、6Z110、7Z110、8Z110就是母炼胶采用了四段混炼。
控制的项目有门尼、分散度。
例如打胶工艺如下：
压60秒与160℃排胶
压50秒
生胶、母炼细料、炭黑注油
转速：
40rpm上顶栓压力：
0.50±0.05Mpa冷却水温度30±5℃
3.终炼胶是指包括促进剂、硫化剂在内的全部配合剂混入胶料中的胶料终炼胶在较高的温度下可以硫化，加工过程中因热积累可以焦烧。
为避免焦烧并能保证分散良好，终炼打胶用较低的转速（如20rpm）打胶，排胶温度亦在110℃以下。
例如打胶工艺如下：
压30秒与95℃排胶
压50秒
母炼胶、母炼细料提上顶栓10秒
转速：
20rpm上顶栓压力：
0.30±0.05Mpa冷却水温度30±5℃
快检项目有硫变仪、硬度、比重、门尼、焦烧时间，同时抽检物性。
4.为什么终炼胶不能用高转速打胶？
为什么打终炼胶排胶温度不能高？
如何鉴别终炼胶还是母炼胶？
为什么熔点为120℃的塑料袋允许混入母炼胶而不能混入终炼胶？
为什么终炼胶收胶温度要≤45℃？
胶料禁止落地、脚踏。
炼胶时禁止水分、异物（如材料卡、棉纱等）混入胶料。
二、押出：
押出也叫挤出，是利用挤出机使胶料在螺杆的推动下，连续不断地向前运动，借助口型押出所需要形状的半制品的工艺过程。
影响押出半制品尺寸波动的因素有胶料、喂料的均匀连续性、挤出机押出能力、螺杆转速、牵引速度、冷却、挤出机温度。
一般以口型温度最高，机头温度次之，机身温度最低。
这样可以使押出物表面光滑，减少收缩与胶料焦烧。
押出主要有：
1.胎面押出所使用的复合挤出机使用多种胶料。
斜交胎胎面押出设备为ф200×ф250×ф150（分别用胎侧胶、胎冠胶、基部胶）。
子午胎胎面押出设备为ф120×ф200×ф150（分别用胎翼
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