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轮胎动态和静态臭氧老化现象研究
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摘要：随着全球经济的高速发展，环境保护问题越来越突出。经济发达地区的臭氧浓度高于经济欠发达地区，轮胎作为汽车主要零部件之一，其对于臭氧尤其敏感，容易产生臭氧老化。轮胎臭氧老化会影响其外观质量和使用寿命，因此，对汽车轮胎动态和静态臭氧老化现象进行研究具有重要性和现实意义。
关键词：轮胎；臭氧老化；动态；静态
中图分类号：U63文献标识码：A
1橡胶老化机理
轮胎胎面胶和胎侧胶通常采用的天然橡胶（NR）和顺丁橡胶（BR）属于不耐臭氧老化的橡胶，虽然轮胎在生产过程中会添加不同类型的防臭氧剂，但因橡胶品种和防臭氧剂的不同，臭氧浓度对胶料的龟裂时间和龟裂增长速率的影响程度有所差别。
2轮胎动态和静态臭氧老化试验
车辆正常使用过程中有闲置和行驶两种工作状态，因此同时进行轮胎静态和动态臭氧老化试验，模拟车辆使用过程中轮胎的两种状态，研究其臭氧老化现象。臭氧测试温度的选取很重要，较高的温度会使臭氧变得极不稳定，控制臭氧浓度和温度，在同一时间、同一试验箱内放置2条相同花纹的205/55R1691H轮胎，1条模拟静态工况，1条模拟行驶工况，同时进行试验（试验温度为40℃），72h后观察轮胎老化状态（选取相同的胎圈、胎侧和胎肩部位作为研究对象）。针对不同臭氧浓度和负荷，设计3组试验。第1组试验条件为：臭氧体积浓度50，负荷率120%；第2组试验条件为：臭氧体积浓度100，负荷率60%；第3组试验条件为：臭氧体积浓度100，负荷率120%。
3结果与讨论
第1，2和3组轮胎动态和静态臭氧老化试验结束后胎圈、胎侧和胎肩对比分别如图1—3，4—6和7—9所示。
从图1—6可以看出：动态臭氧老化试验后，轮胎胎圈和胎肩位置出现明显细密的裂纹，胎侧位置裂纹不明显；静态臭氧老化试验后，胎肩位置出现明显稀疏粗大的裂纹，胎侧和胎圈未发现裂纹产生；动态和静态臭氧老化后产生的裂纹均为水平方向。从图7—9可以看出：动态臭氧老化试验后，轮胎胎圈和胎肩位置出现明显细密的裂纹，胎侧位置未发现明显裂纹；静态臭氧老化试验后，胎肩、胎侧和胎圈出现稀疏粗大裂纹，数量较少；动态和静态臭氧老化后产生的裂纹均为水平方向。分析认为：在老化过程中，臭氧攻击橡胶分子，易与橡胶分子中的双键发生反应，且会在应力作用下分子断裂，出现龟裂现象。橡胶发生臭氧老化时，裂纹方向与受力方向垂直，通常较大的应变会产生更密的小裂纹[9]。动态臭氧老化试验中，轮胎受变应力作用会有较大的应变，应力集中在胎圈和胎肩位置，导致裂纹趋向于更加密集、细小；静态臭氧老化试验中，轮胎在充气状态下受恒定应力作用，受力均匀，裂纹趋向于稀疏、粗大，臭氧浓度越高，这种现象越明显，即随着臭氧浓度的不断增大，轮胎龟裂程度越来越高，静态臭氧老化条件下轮胎裂纹趋向于稀疏、粗大，动态臭氧老化条件下轮胎裂纹趋向于细小密集。
图1第1组轮胎动态和静态臭氧老化试验后胎圈对比
图2第1组轮胎动态和静态臭氧老化试验后胎侧对比
图3第1组轮胎动态和静态臭氧老化试验后胎肩对比
图4第2组轮胎动态和静态臭氧老化试验后胎圈对比
图5第2组轮胎动态和静态臭氧老化试验后胎侧对比
图6第2组轮胎动态和静态臭氧老化试验后胎肩对比
图7第3组轮胎动态和静态臭氧老化试验后胎圈对比
图8第3组轮胎动态和静态臭氧老化试验后胎侧对比
图9第3组轮胎动态和静态臭氧老化试验后胎肩对比
结语
臭氧浓度是影响轮胎龟裂程度的关键因素，应力变化影响裂纹大小。随着臭氧浓度的增大，轮胎龟裂程度越来越高；静态臭氧老化条件下轮胎裂纹趋向于稀疏宽大，动态臭氧老化条件下轮胎裂纹趋向于细小密集。本次轮胎动态和静态臭氧老化试验研究对轮胎龟裂等级评定有重要参考价值。
参考文献
[1]张广泰，王明阳，张文梅，章金鹏.老化-荷载下叠层轮胎隔震垫恢复力模型研究[J].振动工程学报，2021，34(04):809-818.
[2]张广泰，吴锐，李雪藩，阿迪力·赛买提.老化-荷载作用下叠层轮胎隔震垫时变力学性能[J].东北大学学报(自然科学版)，2021，42(08):1180-1185+1193.
[3]马德龙，孙庆刚，赵红霞，崔亭亭，李云峰.轮胎胎侧胶的耐老化性能及喷霜变色问题研究[J].橡胶科技，2021，19(05):223-228.
[4]贺玉函，张雨昕，张震，王仕峰.轮胎橡胶的热氧老化降解研究进展[J].合成材料老化与应用，2020，49(06):126-134.
[5]张广泰，曹银龙，陆东亮，王明阳，张文梅.热氧老化下废旧轮胎隔震垫隔震性能及压应力相关性研究[J].材料导报，2020，34(24):24170-24177.
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-全文完-
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