轮胎胎面耐磨性为什么随胶料的玻璃化温度的降低而提高？

轮胎性能的最终优化评价最好还是实际测试，但是轮胎现场试验很昂贵且评价周期长。所以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。动态粘弹性能测试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。

动态粘弹性能测试基本理论原理：

硫化橡胶等弹性体有两个突出的特性：弹性和粘性。

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。

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。

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。大型轮胎厂，北京化工大学，青岛科技大学，科学院化学所，北京橡胶设计研究院等有此仪器。（我们公司也有一台）

下面主要说一下胎面的魔鬼三角：滚动阻力、抗湿滑性和耐磨性；

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，耗散能越小，滚动阻力越低。

选P195/75R14轮胎，制备不同Tanδ值的胎冠胶(结构和硫化相同)，在1.7m轮鼓上用标准方法测定滚动阻力。

试验结果表明： 75℃下的Tanδ值与滚动阻力成正比，值越小滚动阻力越低。

抗湿滑性能：

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。

不同Tanδ值的胎冠胶制作P175/70R14轮胎，用ASTM湿牵引法测量装车后轮胎的实际湿牵引性和操纵性。

提高0 ℃下Tanδ值或损耗模量G″，使湿条件下产生摩擦作用的耗散能增大，改善湿牵引性和湿操纵性。

胎冠磨耗可从几个方面改善。最重要的是聚合物的种类，聚合物的玻璃化转变温度是预测磨耗的关键参数。聚合物的分子量也是一个重要参数。

碳黑生产商试图提供高结构和小粒子碳黑来改善胎冠耐磨性。设计人员试图从结构设计上改善胎冠耐磨性。低温破坏能与粘弹性能有很好的相关性。降低动态模量或复合模量可增大低温破坏能。

随着玻璃化转变温度Tg的提高，胶料的磨耗上升、湿抓着力也上升。

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轮胎使用性能 试验室粘弹性能预测参数 参数的期望方向

湿牵引性能 0℃温度下的G″或Tanδ 高

湿操纵性能 0℃温度下的G″或Tanδ 高

干牵引性能 室温下的J″或Tanδ 高

干操纵性能 室温下的G* 高

滚动阻力 75℃温度下的Tanδ 低

生热性和高速性 75℃温度下的Tanδ 低

冰雪地面牵引性能 -25℃温度下的G″或G* 低

转弯系数 室温度下的G″或G* 高

胎冠寿命 聚合物的Tg 低

-32℃温度下的G′或G* 低

乘坐舒适性 室温度下的G′或G* 低

资料来源：

《降低轮胎滚动阻力方法的初步探讨》

《高性能轮胎胎面胶的研究进展》

《用动态粘弹性能预测轮胎使用特性》