胎壳的组成部分包括胎边(这其中包括嵌入填充物的钢丝束和包住钢丝束的包扎物)。帘布层从一侧的胎边到另一侧的胎边包住胎壳。轮胎的充气室内壁由一层橡胶垫覆盖,这样既可以防漏,又可以防湿。为增加胎面强度和有助于具有特定的行驶和操控性能,胎面下还铺有衬带和顶部帘布层。
用构成胎壁和胎面用料的橡胶化合物把胎壳包起来并做成指定的形状再在模具中定形,接着就是专门的精加工和硫化过程,对这些专门的精加工和硫化方法各轮胎生产厂家都严格保密。
轮胎用化合物
要想对胎面的构成有一个基本的了解,就首先要懂得轮胎整体设计的复杂性。对轮胎的各种性能因素要平衡兼顾,要努力协调各方面的因素,才能使轮胎具有所要求的性能。这些因素包括:胎面所用的化合物、花纹形状、缓冲层的设计、胎壁和胎缘的设计以及如何强化等。
用什么样的化合物做胎面只是设计时所有因素中的一个。如果想要操控性和抓地力好,当然需要考虑用什么样的化合物做胎面材料,但最终的结果是由所有设计因素的相互作用关系决定的。增加抓地力有可能要重新考虑胎壁、缓冲层、胎缘、用料以及硫化过程等,这也只是其中几个需要考虑的因素。同样,如果上述因素中某一个因素要改变,那么为了平衡各种因素,胎面所用化合物的成分也要改变。
增加某一方面的性能,而另外一些方面的性能就肯定会降低。例如:假设要增加附着力,滚动阻力和胎面磨损就会受到负面影响。胎面材料的配方对滚动阻力、磨损和附着力都能达到设计要求起着一定的作用。有三种基本的材料与此有关,这就是合成橡胶、填充物和工艺油。
合成橡胶是由橡胶和能使橡胶具有弹性的聚合物组成。有几百种可用的聚合物,这些聚合物能组成许许多多不同的配方,这绝非一件简单的事。虽然大多数外行人甚至轮胎发烧友都把胎面的材料叫做“橡胶”,但实际上这种通称不完全正确。
用于制造胎面化合物的填充物包括几种不同的炭黑和二氧化硅。从动力学的角度来讲,填充物的作用是增强合成橡胶的强度。从工程学的角度来讲,填充物有助于提高胎面的阻滞力。
阻滞力是胎面吸收能量的计量单位。用高阻滞力的化合物就表明胎面能吸收更多的能量(简单地说就是胎面更容易变形),其结果是滚动阻力增大,这也就意味着行驶时需要更多的动力。低阻滞力的化合物弹性大、吸收的能量少,因此滚动的阻力就小,其结果是所需的动力减少,这也就意味着发动机动力的有效利用率高,因此,至少可以从理论上降低燃油消耗。
制造胎面化合物时可选用许多不同的工艺油,工艺油的作用是调整成品的弹性,同时也容易使胎面在模具中热压成形。通常这两者是矛盾的,容易热压成形的胎面材料也许在性能方面不够理想,而性能理想的胎面材料也许很难热压成形。工艺油的选择有助于在性能、质量和制造的难易度几个方面都达到最佳效果。
尽管胎面化合物的生产已经综合考虑了合成橡胶、填充物和工艺油的因素,但这还不够。在生产过程的本身另外一些因素也有关系。调整硫化方法(包括硫催化剂等)、硫化温度和硫化操作过程能进一步确保胎面的性能符合要求。
现有的胎面材料配方(合成橡胶的类型、填充物的密度、工艺油的种类以及各种硫化方法)能使胎面具有所需的性能。其中有些特性是相克的,有些特性是互补的。
例如:为了增加在潮湿路面上的附着力而改变配方中的材料,会造成胎面磨损得过快;或者增加在干燥路面上的操控性就会降低在雪地上的抓地力。与此同时,增加行驶时的舒适性也能有助于提高在潮湿路面上的附着力。这是用合成材料制造各方面性能均优的胎面所带来的难题。对设计者来说,兼顾各方面性能
的得失始终是一道主要的难题。虽然如此,但技术的进步正使这道难题变得易于解开。可是无论技术怎样进步,人们都无法造出各种性能都上乘的轮胎。
尽管轮胎的设计和结构多种多样,但要使轮胎具有所希望的滚动阻力、干湿路面的附着力、雪地上的附着力以及磨损率,胎面的化学配方是最主要的因素,无数种的组合使配制胎面材料成为轮胎设计中最有神奇力的一面。