汽車用輪胎對內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、保持胎壓平穩等優點，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試驗設備的參數及適用范圍、試驗過程等內容，為監測輪胎對氮氣的阻隔性能提供參考。

關鍵詞：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

因氮氣是一種化學性能穩定的惰性氣體，作為輪胎內填充氣體可有效防止輪胎內襯層和橡膠氧化而出現的彈性、強度降低及龜裂等老化現象，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性及油耗大小的重要因素，胎壓過大汽車運行不平穩且易爆胎，胎壓不足則會增加油耗，平穩胎壓的維持除了與輪胎初始充填氮氣量有關外，還與使用過程中輪胎對氮氣的保存能力有關，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氮氣向環境中的滲透量，使輪胎內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、試驗設備

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

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保持一定壓力差來實現氣體的滲透過程。設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壓力的變化，當達到滲透平衡時，下腔內壓力隨時間的變化成線性關系，通過監測下腔內壓力的變化情況可得到試樣的氣體透過量及相關參數。

4.2 適用范圍

(1) 本設備專業用于多種薄膜、片材試樣在各種溫度下的氣體透過率、滲透系數、溶解度系數、擴散系數的測試。薄膜類包括各種塑料薄膜、紙塑復合膜、共擠膜、鍍鋁膜、鋁箔、鋁箔復合膜等膜狀材料；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等多項國家和標準。

4.3 設備參數

• 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*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據擬合，輕松獲得測試條件下的試驗結果；經過改制，本設備還可支持有毒氣體、易燃易爆氣體的測試；提供標準膜進行快速校準，保證檢測數據的準確性和通用性；支持Lystem^TM實驗室數據共享系統，統一管理試驗結果和檢測報告。

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，并分別在滲透區域內放置直徑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，并用固定結構夾緊。

(3) 在控制軟件上設置試驗溫度、試驗濕度、試樣名稱、試驗模式等參數信息，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。設備根據程序及設定參數自動進行試驗，并在試驗結束后報告試驗結果。

6、試驗結果

本次試驗所測試的3片試樣的結果值為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片試樣測試結果的平均值12.6545 cm³/(m²·24h·0.1MPa)。

7、結論

輪胎對內部充填的氮氣的阻隔性能是影響胎壓穩定性的重要因素。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，設備的操作簡單，智能化程度高，避免了繁瑣的人為調節毛細管測量裝置的過程，且低壓腔內壓力的間歇性測量由設備自動完成，提高了測量的準確性及試驗效率；從試驗結果來看，平行性較好，度高。濟南蘭光機電技術有限公司是一家專業從事包裝檢測設備研發生產與包裝檢測服務的優良企業，現有設備還可測試輪胎對空氣、氧氣等其他氣體的阻隔性能，汽車部件及內飾品的霧化性能、霧氣凝結性能等多種性能。愈了解，愈信任！Labthink蘭光期待與行業中的企事業單位增進技術溝通與合作。