汽车用轮胎对内部氮气阻隔性能的评价方法

摘要：氮气具有防止轮胎氧化腐蚀、保持胎压平稳等优点，是轮胎常用的充填气体。本文利用压差法原理测试了轮胎橡胶的氮气透过量，并介绍了试验原理、压差法气体渗透仪相关试验设备的参数及适用范围、试验过程等内容，为监测轮胎对氮气的阻隔性能提供参考。

关键词：氮气透过量、氮气阻隔性能、轮胎、橡胶、压差法气体渗透仪

1、意义

因氮气是一种化学性能稳定的惰性气体，作为轮胎内填充气体可有效防止轮胎内衬层和橡胶氧化而出现的弹性、强度降低及龟裂等老化现象，还可避免对金属成分的腐蚀，极大程度减轻轮辋生锈的状况，延长轮胎的使用寿命。

胎压是影响汽车行驶平稳性及油耗大小的重要因素，胎压过大汽车运行不平稳且易爆胎，胎压不足则会增加油耗，平稳胎压的维持除了与轮胎初始充填氮气量有关外，还与使用过程中轮胎对氮气的保存能力有关，其中对氮气的阻隔性能是评价轮胎保存氮气能力的重要因素，较高的氮气阻隔性能可降低轮胎内氮气向环境中的渗透量，使轮胎内的氮气量长时间维持在初始水平。因此，本文针对性的测试了轮胎用橡胶材料的氮气透过量。

2、试验样品

汽车轮胎用橡胶材料。

3、试验方法

本次试验采用压差法原理对样品的氮气透过量进行测试，试验依据为GB/T 7755-2003《硫化橡胶或热塑性橡胶 透气性的测定》中的恒容法。

4、试验设备

本文采用VAC-V2压差法气体渗透仪进行试验，该设备由济南兰光机电技术有限公司自主研发生产。

图1  VAC-V2压差法气体渗透仪

4.1 试验原理

压差法原理是指通过使试样两侧保持一定压力差来实现气体的渗透过程。设备的测试腔被装夹的试样分成上、下两个腔，上腔为高压腔，充填一定压力的试验气体，下腔为低压腔，通过抽真空形成低压环境，上腔气体在压力差的作用下，由上腔通过试样渗透到下腔，下腔的体积是恒定的，渗透的气体会引起腔内压力的变化，当达到渗透平衡时，下腔内压力随时间的变化成线性关系，通过监测下腔内压力的变化情况可得到试样的气体透过量及相关参数。

4.2 适用范围

(1) 本设备专业用于多种薄膜、片材试样在各种温度下的气体透过率、渗透系数、溶解度系数、扩散系数的测试。薄膜类包括各种塑料薄膜、纸塑复合膜、共挤膜、镀铝膜、铝箔、铝箔复合膜等膜状材料；片材类包括各种工程塑料、橡胶、建材等片状材料，如PP片材、PVC片材、PVDC片材。

(2) 本设备还可扩展到航空航天用材料、纸及纸板、漆膜、玻纤布、玻纤纸、化妆品软管片材、各种橡胶片材等材料的透气性测试。

(3) 本设备适用于多种气体的透过率测试，如氧气、二氧化碳、氮气、氦气、空气等。

(4) 本设备可满足ISO 15105-1、ISO 2556、GB/T 1038、GB/T 7755、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003等多项国家和国际标准。

4.3 设备参数

• 0.05 ~ 50,000 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，真空分辨率可达到0.1 Pa；控温范围为5℃ ~ 95℃，控温精度为±0.1℃；控湿范围为0%RH、2%RH ~ 98.5%RH、100%RH，控湿精度为±1%RH，可满足客户不同试验条件下的检测需求；有三个完全独立的试验腔，可同时测试三种相同或不同的试样；可进行任意温度下的数据拟合，轻松获得极端测试条件下的试验结果；经过改制，本设备还可支持有毒气体、易燃易爆气体的测试；提供标准膜进行快速校准，保证检测数据的准确性和通用性；支持Lystem^TM实验室数据共享系统，统一管理试验结果和检测报告。

5、试验过程

(1) 从待测轮胎橡胶样品表面裁取3片直径为97 mm的试样。

(2) 在3个测试腔周边均匀涂抹一层真空油脂，并分别在渗透区域内放置直径65 mm的滤纸。将试样放置到测试腔上，并去除试样与测试腔间的气泡。闭合上腔，并用固定结构夹紧。

(3) 在控制软件上设置试验温度、试验湿度、试样名称、试验模式等参数信息，打开真空泵、水浴控温装置、氮气气源，点击试验选项，试验开始。设备根据程序及设定参数自动进行试验，并在试验结束后报告试验结果。

6、试验结果

本次试验所测试的3片试样的结果值为12.8771 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、13.0849 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、12.0016 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，轮胎橡胶样品的氮气透过量取3片试样测试结果的平均值12.6545 cm³/(m²·24h·0.1MPa)。

7、结论

轮胎对内部充填的氮气的阻隔性能是影响胎压稳定性的重要因素。本文通过对轮胎用橡胶氮气透过量的测试，介绍了轮胎氮气阻隔性能的有效评价方法。从试验过程来看，设备的操作简单，智能化程度高，避免了繁琐的人为调节毛细管测量装置的过程，且低压腔内压力的间歇性测量由设备自动完成，提高了测量的准确性及试验效率；从试验结果来看，平行性较好，精准度高。济南兰光机电技术有限公司是一家专业从事包装检测设备研发生产与包装检测服务的高新技术企业，现有设备还可测试轮胎对空气、氧气等其他气体的阻隔性能，汽车部件及内饰品的雾化性能、雾气凝结性能等多种性能。愈了解，愈信任！Labthink兰光期待与行业中的企事业单位增进技术沟通与合作。