汽车用轮胎对内部氮气阻隔性能的评价方法
摘要：轮胎填充氮气具备提升行车安全性、降低车辆油耗、延缓轮胎氧化腐蚀、维持胎压稳定、延长轮胎使用寿命等诸多优势，因此氮气成为轮胎常用填充气体。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、C106H气体渗透测试系统的设备参数及适用范围、试验过程等内容，为监测轮胎橡胶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、C106H气体渗透测试系统
1、意义
轮胎填充氮气具备提升行车安全性、降低车辆油耗、延缓轮胎氧化腐蚀、维持胎压稳定、延长轮胎使用寿命等诸多优势，因此氮气成为轮胎常用填充气体。究其原因，氮气属于化学性能稳定的惰性气体，且氮气分子体积大于氧气分子，热胀冷缩效应更弱，能有效减少轮胎内部空气湿度，从根源降低水分对轮胎造成的腐蚀与损坏；同时，氮气的热膨胀系数较低，可让轮胎胎压保持长期稳定，减少轮胎异常磨损，进而助力延长轮胎使用寿命、提升行车安全性。
正因如此，轮胎对氮气的阻隔性能，成为评价轮胎橡胶品质的一项重要参考指标。轮胎橡胶具备较高的氮气阻隔性能，可大幅降低内部氮气向外界环境的渗透量，使轮胎内氮气含量长期维持在初始填充水平，保障车辆行驶全程的稳定与安全。反之，若轮胎氮气阻隔性能较差，不仅会增加频繁补充氮气的使用成本，还会因胎压易波动影响行车体验，甚至埋下安全隐患。基于此，轮胎生产厂家需高度重视橡胶材料氮气阻隔性能的优化与提升。本文主要介绍用压差法的测试原理测试轮胎用橡胶材料的氮气透过量，希望可以为大家提供参考。
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/T7755.1-2018《硫化橡胶或热塑性橡胶 透气性的测定第1部分：压差法》。
4、试验设备
本文采用C106H气体渗透测试系统进行试验，该设备由济南兰光机电技术有限公司自主研发生产。
图1 C106H气体渗透测试系统
4.1 试验原理
压差法是根据渗透气体压力随渗透时间的变化情况得到试样的气体透过量。采用压差法的试验原理研发：将预先处理好的试样放置在上下测试腔之间，夹紧，首先对低压腔（下腔）进行真空处理，然后对整个系统抽真空；当达到规定的真空度后，关闭测试下腔，向高压腔（上腔）充入一定压力的试验气体，并保证在试样两侧形成一个恒定的压差（可调）；这样气体会在压差梯度的作用下，由高压侧向低压侧渗透，通过对低压侧内压强的监测分析，从而得出所测试样的各项阻隔性参数。
4.2 适用范围
l 薄膜材料：适用于各种塑料薄膜、塑料复合薄膜、纸塑复合膜、共挤膜、镀铝膜、铝箔、铝箔复合膜等。
l 片材：适用于各种工程塑料、橡胶、建材等片状材料的透气性测试。如PP片材、PVC片材、PVDC片材等。
l 测试气体：适用于多种气体的渗透性能测试。如氧气，二氧化碳，氮气，空气，氦气等还可定制易燃易爆有毒气体的测试。
l 扩展应用：通过专项定制还可适用于生物降解膜、航空航天用材料、涂层纸张及纸板制品，漆膜，玻纤布、玻纤纸，化妆品软管片材，各种橡胶片材等的测试。
l 应用标准：本设备可满足ISO15105-1、ISO2556、GB/T1038.1-2022、ASTMD1434、JIS K7126-1、YBB00082003、GB/T7755.1等多项国家和国际标准。
4.3 设备参数
l 测试范围：0.01-50000cm3/ m2·24h·0.1MPa；
l 温度范围：15-50℃，5-60℃（选配）；
l 湿度范围（标配温度范围内）：0%RH，5-90%±2%（定制）；
l 测试腔真空度≤10Pa；
l 试验气体：O2、N2、CO2等气体，支持H2、CH4等危险气体测试（定制）；
l 全新彩虹桥式测试腔，采用360°气流循环恒温技术，温度稳定性更佳；
l 原装进口气动控制系统，具有超低故障率和超长使用寿命，确保系统整体密封良好，保障测试精度；
l 兰光独有的试验过程高精度自动补压技术，实现高压腔压差恒定，压力变化小于0.2kPa；
l 支持同一条件下6个试样同时测试，数据相互独立；
l 内嵌Labthink独有的高端工业计算机，杜绝由计算机病毒等引起的系统故障，保证运行可靠性与数据存储安全性；
l 专业试验模式，提供了灵活丰富的控制功能，满足科研需要。
5、试验过程
(1) 从待测轮胎橡胶样品表面裁取6片试样。
(2) 在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定量滤纸。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，设备自动夹紧。
(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，打开氮气气源，点击试验选项，试验开始。
(4) 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。
图2 C106H设备运行中
6、试验结果
本次试验所测试的6片试样的结果值为20.5813cm3/(m2·24h·0.1MPa)、21.0049cm3/(m2·24h·0.1MPa)、20.8526cm3/(m2·24h·0.1MPa)、19.8868 cm3/(m2·24h·0.1MPa)、20.8526cm3/(m2·24h·0.1MPa) 、21.7432 cm3/(m2·24h·0.1MPa)，轮胎橡胶样品的氮气透过量取6片试样测试结果的平均值20.8202cm3/(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，C106H设备的操作简单，智能化程度高，且低压腔内压力的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，了解相关设备及检测服务信息，可网站留言或直接致电0531-85068566垂询。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。