用动态粘弹性能预测轮胎使用特性.doc

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1、用动态粘弹性能预测轮胎使用特性随着科技的发展，轮胎制造业不断提高轮胎的安全性、降低滚动阻力、改善操纵性和乘坐舒适性、延长使用寿命。安全性要求轮胎具有更好的湿滑/牵引性、耐久性和使用寿命(提高胎面耐磨性)。为满足技术要求，橡胶生产商开发出特种聚合物。例如：为降低轮胎滚动阻力和提高耐磨性开发出溶聚丁苯橡胶(S-SBR)和化学改性溶聚丁苯橡胶等。橡胶助剂生产商不断努力开发新的硫化体系。消除促进剂中的亚硝胺，有利于环保。使用新型抗氧剂和抗臭氧剂，改善轮胎老化性能。炭黑和其它填充剂生产商者也努力开发出性能得到改善的补强材料。以提高耐磨性并降低滚动阻力。上

2、述进展离不开轮胎试验，商业化生产前的最终优化评价仍需现场实际评价。轮胎现场试验很昂贵且评价周期长。用动态粘弹性能可预测轮胎的耐磨性、操纵性、乘坐舒适性、滚动阻力、干/湿牵引性、冰牵引性、生热及耐久性等使用性能。动态粘弹性能预测可减少为获得最佳性能而进行现场实际评价的时间和资金。一、基本理论原理：硫化橡胶等弹性体有两个突出的特性：弹性和粘性。1.弹性理论研究的是应力与应变成正比而与应变率无关的理想弹性体的机械性能。虎克定律：应力=虎克定律弹性系数×应变在应力的作用下，弹性体产生形变储存能量。去除应力，弹性体恢复原状释放能量。弹性有利于轮胎承受周期

3、性形变后保持形状，储存和释放周期性形变中输入的能量，降低滚动阻力，进而提高燃油经济效率，降低生热、改善屈挠龟裂性等。2.粘性理论研究的是应力与应变率成正比而与应变无关的理想粘性流体。牛顿定律：应力=粘度或粘性常数×应变率在应力的作用下，粘性体产生形变，去除应力，形变的粘性体不能恢复原状，输入的能量化为热能或摩擦能消散。粘性有利于轮胎消除噪音和震动。提供转弯时防滑以及制动时将动能传给制动闸所要求的摩擦力等。橡胶在受力变形时既有弹性响应也有粘性行为，属于粘弹体。二、粘弹性能的重要参数：动态粘弹性预测轮胎使用性能的常用基本参数如下：剪切方法：G*复数

4、剪切模量G*=G′+G″(矢量和)G′:与弹性和能量储存有关。弹性剪切模量、储能剪切模量G″:与粘性能量耗散有关。损耗剪切模量拉伸方法：E*复数法向模量复数杨氏模量E*=E′+E″(矢量和)损耗角正切（损耗因子）：Tanδ=G″/G′=E″/E′柔量定义为：1/G(模量倒数)J*复合柔量J′储存柔量J″损耗柔量粘弹谱仪又称动态热机械分析仪(DMA)，是一种热分析仪。常用热分析仪有：①热重仪(TG)②差热分析仪(DTA)和差式扫描分析仪(DSC)③高压DTA仪④动态热机械分析仪(DMA)⑤膨胀计等。研究高分子材料性能、胶料配方时常用此仪器。北京化

5、工大学，北京纺织学院，科学院化学所，北京橡胶设计研究院等有此仪器。动态力学分析仪是在程序温度下，测量物质在振动负荷下的动态模量和阻尼与温度的关系的技术。它能测出材料的粘弹性能和玻璃化转变等，这些数值对轮胎配方的研究是非常重要的。橡胶粘弹性测试的仪器很多,如强迫震动非共振类:日本产DDV-III型粘弹谱仪，频率0.01-110赫兹，温度-150-+250℃，试样受拉伸变形。美国PE公司DMA7e：测试频率范围0.01—51赫兹，温度-170-+500℃。三、应用1.滚动阻力：科学家指出50-100℃下的Tanδ与滚动阻力有关。Tanδ值越小，耗散

6、能越小，滚动阻力越低。2.湿牵引性能和湿操作性能：轮胎75℃下滚动变形频率约为10-100HZ，由于路面不平整轮胎滑动中决定抗湿滑的轮胎表面在室温下的微观变形频率105～106HZ，高频无法测实际粘弹性，用0℃下10-100HZ频率下测的Tanδ值与室温106HZ频率下的计算值相关。可用0℃下的Tanδ值或损耗模量G″预测湿牵引性。3.干牵引性：干路面条件下的摩擦力约为湿路面条件下的3倍。60℃温度条件下的干路面上滑动时胎面表面的微观变形频率为105～106HZ，高频无法测其实际粘弹性，室温下低频的损耗因子值与60℃高频的损耗因子值相关。4.干

7、操作性能和乘坐舒适性：高性能轮胎须具备更优异的耐热性、耐久性、耐氧化龟裂性，同时具有更好的抗滑牵引性及操作性。改善操纵性应提高子午胎胎冠的刚性，以增大转弯系数。方法1：减少钢丝带束层的角度，但可能降低乘坐舒适性。方法2：提高胎冠胶的动态模量或硬度，以增大转弯系数。胎冠胶料：增大胶料在室温下的动态模量或复合模量，可增大转弯系数即改善轮胎的操纵性。而改善乘坐舒适性，应降低室温下动态模量或复合模量。改善操纵性←======→改善乘坐舒适性5.冰雪路面牵引性能：雪地轮胎已采用NR和BR并用配方，以获得低温的低动态模量。也有采用海绵胶胎冠降低轮胎动态模量

8、或复合模量。通过Futamura研究发现，冰面牵引性能随聚合物类型和碳黑用量不同而不同。炭黑用量的影响与聚合物类型一样大。低Tg聚合物与较低用量炭黑相