汽車用輪胎對內(nèi)部氮氣阻隔性能的評價方法

摘要：氮氣具有防止輪胎氧化腐蝕、保持胎壓平穩(wěn)等優(yōu)點，是輪胎常用的充填氣體。本文利用壓差法原理測試了輪胎橡膠的氮氣透過量，并介紹了試驗原理、壓差法氣體滲透儀相關(guān)試驗設(shè)備的參數(shù)及適用范圍、試驗過程等內(nèi)容，為監(jiān)測輪胎對氮氣的阻隔性能提供參考。

關(guān)鍵詞：氮氣透過量、氮氣阻隔性能、輪胎、橡膠、壓差法氣體滲透儀

1、意義

因氮氣是一種化學(xué)性能穩(wěn)定的惰性氣體，作為輪胎內(nèi)填充氣體可有效防止輪胎內(nèi)襯層和橡膠氧化而出現(xiàn)的彈性、強度降低及龜裂等老化現(xiàn)象，還可避免對金屬成分的腐蝕，極大程度減輕輪輞生銹的狀況，延長輪胎的使用壽命。

胎壓是影響汽車行駛平穩(wěn)性及油耗大小的重要因素，胎壓過大汽車運行不平穩(wěn)且易爆胎，胎壓不足則會增加油耗，平穩(wěn)胎壓的維持除了與輪胎初始充填氮氣量有關(guān)外，還與使用過程中輪胎對氮氣的保存能力有關(guān)，其中對氮氣的阻隔性能是評價輪胎保存氮氣能力的重要因素，較高的氮氣阻隔性能可降低輪胎內(nèi)氮氣向環(huán)境中的滲透量，使輪胎內(nèi)的氮氣量長時間維持在初始水平。因此，本文針對性的測試了輪胎用橡膠材料的氮氣透過量。

2、試驗樣品

汽車輪胎用橡膠材料。

3、試驗方法

本次試驗采用壓差法原理對樣品的氮氣透過量進行測試，試驗依據(jù)為GB/T 7755-2003《硫化橡膠或熱塑性橡膠 透氣性的測定》中的恒容法。

4、試驗設(shè)備

本文采用VAC-V2壓差法氣體滲透儀進行試驗，該設(shè)備由濟南蘭光機電技術(shù)有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)。

圖1  VAC-V2壓差法氣體滲透儀

4.1 試驗原理

壓差法原理是指通過使試樣兩側(cè)保持一定壓力差來實現(xiàn)氣體的滲透過程。設(shè)備的測試腔被裝夾的試樣分成上、下兩個腔，上腔為高壓腔，充填一定壓力的試驗氣體，下腔為低壓腔，通過抽真空形成低壓環(huán)境，上腔氣體在壓力差的作用下，由上腔通過試樣滲透到下腔，下腔的體積是恒定的，滲透的氣體會引起腔內(nèi)壓力的變化，當(dāng)達到滲透平衡時，下腔內(nèi)壓力隨時間的變化成線性關(guān)系，通過監(jiān)測下腔內(nèi)壓力的變化情況可得到試樣的氣體透過量及相關(guān)參數(shù)。

4.2 適用范圍

(1) 本設(shè)備專業(yè)用于多種薄膜、片材試樣在各種溫度下的氣體透過率、滲透系數(shù)、溶解度系數(shù)、擴散系數(shù)的測試。薄膜類包括各種塑料薄膜、紙塑復(fù)合膜、共擠膜、鍍鋁膜、鋁箔、鋁箔復(fù)合膜等膜狀材料；片材類包括各種工程塑料、橡膠、建材等片狀材料，如PP片材、PVC片材、PVDC片材。

(2) 本設(shè)備還可擴展到航空航天用材料、紙及紙板、漆膜、玻纖布、玻纖紙、化妝品軟管片材、各種橡膠片材等材料的透氣性測試。

(3) 本設(shè)備適用于多種氣體的透過率測試，如氧氣、二氧化碳、氮氣、氦氣、空氣等。

(4) 本設(shè)備可滿足ISO 15105-1、ISO 2556、GB/T 1038、GB/T 7755、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003等多項國家和國際標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 設(shè)備參數(shù)

• 0.05 ~ 50,000 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，真空分辨率可達到0.1 Pa；控溫范圍為5℃ ~ 95℃，控溫精度為±0.1℃；控濕范圍為0%RH、2%RH ~ 98.5%RH、100%RH，控濕精度為±1%RH，可滿足客戶不同試驗條件下的檢測需求；有三個完全獨立的試驗腔，可同時測試三種相同或不同的試樣；可進行任意溫度下的數(shù)據(jù)擬合，輕松獲得極端測試條件下的試驗結(jié)果；經(jīng)過改制，本設(shè)備還可支持有毒氣體、易燃易爆氣體的測試；提供標(biāo)準(zhǔn)膜進行快速校準(zhǔn)，保證檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和通用性；支持Lystem^TM實驗室數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，統(tǒng)一管理試驗結(jié)果和檢測報告。

5、試驗過程

(1) 從待測輪胎橡膠樣品表面裁取3片直徑為97 mm的試樣。

(2) 在3個測試腔周邊均勻涂抹一層真空油脂，并分別在滲透區(qū)域內(nèi)放置直徑65 mm的濾紙。將試樣放置到測試腔上，并去除試樣與測試腔間的氣泡。閉合上腔，并用固定結(jié)構(gòu)夾緊。

(3) 在控制軟件上設(shè)置試驗溫度、試驗濕度、試樣名稱、試驗?zāi)Ｊ降葏?shù)信息，打開真空泵、水浴控溫裝置、氮氣氣源，點擊試驗選項，試驗開始。設(shè)備根據(jù)程序及設(shè)定參數(shù)自動進行試驗，并在試驗結(jié)束后報告試驗結(jié)果。

6、試驗結(jié)果

本次試驗所測試的3片試樣的結(jié)果值為12.8771 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、13.0849 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、12.0016 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，輪胎橡膠樣品的氮氣透過量取3片試樣測試結(jié)果的平均值12.6545 cm³/(m²·24h·0.1MPa)。

7、結(jié)論

輪胎對內(nèi)部充填的氮氣的阻隔性能是影響胎壓穩(wěn)定性的重要因素。本文通過對輪胎用橡膠氮氣透過量的測試，介紹了輪胎氮氣阻隔性能的有效評價方法。從試驗過程來看，設(shè)備的操作簡單，智能化程度高，避免了繁瑣的人為調(diào)節(jié)毛細(xì)管測量裝置的過程，且低壓腔內(nèi)壓力的間歇性測量由設(shè)備自動完成，提高了測量的準(zhǔn)確性及試驗效率；從試驗結(jié)果來看，平行性較好，精準(zhǔn)度高。濟南蘭光機電技術(shù)有限公司是一家專業(yè)從事包裝檢測設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)與包裝檢測服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)，現(xiàn)有設(shè)備還可測試輪胎對空氣、氧氣等其他氣體的阻隔性能，汽車部件及內(nèi)飾品的霧化性能、霧氣凝結(jié)性能等多種性能。愈了解，愈信任！Labthink蘭光期待與行業(yè)中的企事業(yè)單位增進技術(shù)溝通與合作。