轮胎橡胶检测中耐老化性能与耐磨性能的同步测试方法

轮胎橡胶的耐老化性能（抵御热、氧、臭氧等介质侵蚀的能力）与耐磨性能（抵抗路面摩擦磨损的能力）是决定轮胎使用寿命与行驶安全的核心指标。传统检测中，两者多为独立测试——先测老化后的力学性能，再测未老化或单一老化试样的耐磨表现，但实际使用中，橡胶老化会直接破坏耐磨层结构，而磨损又会加速内部橡胶的老化，形成“老化-磨损”恶性循环。因此，开发同步测试方法，还原两者的协同作用，成为橡胶材料检测的关键方向，既能更真实模拟服役环境，也能为配方优化提供精准依据。

同步测试的核心逻辑：性能关联的现实需求

轮胎在实际使用中，橡胶同时面临“老化”与“磨损”的双重作用。比如夏季高温时，胎面橡胶因热老化导致交联密度增加、弹性下降，原本的耐磨层变得脆硬，与路面摩擦时更易产生碎屑；而长期磨损会暴露内部未老化的橡胶，使其直接接触氧气、臭氧，加速老化进程。这种“动态交互”是独立测试无法捕获的——传统方法中，老化试样在转移至耐磨试验机时，会因环境变化产生二次老化，或耐磨测试时未考虑老化的持续影响，导致结果与实际偏差较大。

同步测试的本质是“还原真实场景”：让试样在模拟老化环境的同时，承受真实的磨损载荷。例如，在热老化箱中集成耐磨测试模块，试样一边承受70℃高温（模拟夏季路面），一边以8N负荷与砂轮摩擦（模拟轿车胎面压力），这样得到的磨耗量数据，能精准反映“高温老化+路面磨损”下的实际性能。

基础试样的制备：一致性是同步测试的前提

同步测试对试样一致性要求极高——任何原料配比、硫化工艺或尺寸的差异，都会放大老化与磨损的交互影响。因此，试样制备需严格遵循GB/T 9865.1等标准：

原料配比需精准：橡胶生胶（如天然橡胶与丁苯橡胶以7:3混合）、硫化剂（硫磺1.5phr）、促进剂（TBBS 1.0phr）、防老剂（RD 1.5phr）、炭黑（N330 50phr）等成分的称量误差需控制在±0.1%以内，避免因配方差异导致老化速率或耐磨性能波动。

硫化工艺需稳定：通过硫化仪确定正硫化点（如150℃×30min），确保所有试样的交联密度一致。若硫化不足，橡胶分子链未充分交联，耐磨性能会差；硫化过度则会导致橡胶变脆，老化后更易开裂。

尺寸需标准化：耐磨测试采用GB/T 1689规定的“旋转辊筒式”试片（直径16mm、厚度8mm），耐老化拉伸试样为哑铃型1型（长度115mm、窄部宽度6mm），尺寸误差控制在±0.05mm以内，避免因接触面积不同导致磨耗量偏差。

老化预处理的精准控制：模拟真实环境的关键

同步测试的老化预处理需贴合轮胎实际使用场景，常见类型及参数如下：

热老化：模拟夏季高温路面，温度设定为60℃-80℃（参考GB/T 3512），时间24h-168h。例如南方夏季路面温度可达70℃，热老化可设定为70℃×72h，模拟轮胎使用1-2个月的老化程度。

臭氧老化：模拟大气中臭氧侵蚀，臭氧浓度20pphm-100pphm（参考GB/T 7762），温度30℃-40℃，相对湿度50%-70%。针对城市拥堵路段（臭氧浓度高），可选择50pphm×48h的条件。

湿热老化：模拟雨季或潮湿环境，温度50℃-60℃，相对湿度90%-95%（参考GB/T 12000）。这种环境下，水会渗透橡胶内部，加速防老剂流失，需与磨损同时进行，模拟雨天行驶的“湿滑磨损+湿热老化”状态。

耐磨性能测试的参数协同：与老化状态匹配

耐磨测试的核心参数（负荷、转速、摩擦介质）需与试样老化状态协同，才能反映真实磨损：

负荷匹配实际负载：家用轿车胎面压力约250kPa，对应耐磨测试负荷5N-10N（按试片面积换算）。若试样经热老化后硬度从邵尔A 65度升至75度，需适当降低负荷（如从10N降至8N），避免硬橡胶因脆性断裂导致试片开裂，而非正常磨损。

转速模拟行驶速度：轿车行驶速度60-120km/h，对应旋转辊筒式试验机转速200-400r/min（辊筒直径150mm时，线速度0.15-0.3m/s，接近胎面实际线速度）。

摩擦介质贴合路面类型：沥青路面选CS-10型砂轮（中等硬度），混凝土路面选CS-17型砂轮（高硬度）。若试样经臭氧老化后表面有裂纹，需选择纹理接近实际路面的砂轮，避免裂纹被“碾压”无法反映真实磨损。

同步测试的设备整合：硬件层面的关键设计

同步测试需将老化箱与耐磨试验机整合，常见方式有两种：

在线式整合：将耐磨测试模块直接安装在老化箱内部。例如，将旋转辊筒、加载装置置于热老化箱中，试样固定在夹具上，一边承受70℃高温，一边与辊筒摩擦。这种方式避免了试样转移时的二次老化，数据更准确。

联动式整合：通过机械臂将老化箱与耐磨试验机连接，试样完成预设老化后自动传送至耐磨测试。适合“阶段性老化+阶段性磨损”场景，如模拟轮胎使用1个月老化后，再行驶1000公里的磨损情况。

无论哪种方式，都需保证温度均匀性（老化箱内温差±1℃以内）和负荷稳定性（负荷波动＜±0.1N），并配备实时监控系统，记录老化温度、湿度、臭氧浓度及耐磨负荷、转速、磨耗量等数据。

数据关联分析：从单一指标到复合性能

同步测试的价值在于揭示“老化程度-耐磨性能”的关联关系，分析步骤如下：

量化老化程度：用拉伸强度保留率（老化后/未老化×100%）、硬度变化率（老化后-未老化）、交联密度（溶胀法测试）等指标。例如某配方经70℃×72h热老化后，拉伸强度保留率85%，硬度增加5度，说明热老化抗性较好。

量化耐磨性能：用磨耗量（单位里程质量损失，g/km）、磨痕深度（磨损后厚度变化，mm）等指标。同步测试中，该配方磨耗量0.02g/km，而独立测试（先老化后耐磨）为0.015g/km，说明同步测试更能反映“老化加剧磨损”的实际情况。

关联分析：通过皮尔逊相关性分析或线性回归模型，建立两者的量化关系。例如，拉伸强度保留率每下降10%，磨耗量增加0.005g/km，说明老化对耐磨性能影响显著，配方需重点提升热老化抗性。

干扰因素的排除：确保结果可靠性

同步测试中，需排除以下干扰因素：

温度干扰：老化箱用PID控制器控温，避免加热管故障或通风不良导致的温度波动；耐磨测试中，摩擦产生的热量需用循环水冷却，控制测试区域温差±2℃以内，避免橡胶软化导致磨耗量虚高。

湿度干扰：湿热或臭氧老化时，用加湿器/除湿器稳定湿度（如湿热老化相对湿度90%±2%），避免湿度变化导致老化速率波动——湿度从90%降至80%，老化速率可能下降20%。

压力干扰：用称重传感器实时监控耐磨负荷，避免夹具松动或加载装置故障导致的负荷变化——负荷从10N降至8N，磨耗量可能减少15%。

环境洁净度：老化箱与耐磨试验机内部需清洁，避免灰尘（增加摩擦系数）、油污（渗透橡胶影响老化）等污染物附着试样表面。

案例验证：实际应用中的方法有效性

某轮胎企业针对夏季专用胎胎面橡胶，用同步测试与传统方法对比：

同步测试条件：70℃×72h热老化+8N负荷+300r/min转速+CS-10砂轮，结果：拉伸强度保留率82%，磨耗量0.022g/km。

独立测试条件：先70℃×72h热老化，再耐磨测试（同参数），结果：拉伸强度保留率85%，磨耗量0.018g/km。

对比发现，同步测试结果更接近实际（该轮胎夏季使用3个月后，实际磨耗量约0.021g/km），因独立测试忽略了“老化过程中磨损加速老化”的协同作用。基于同步测试结果，企业调整配方：防老剂RD从1.5phr增至2.0phr，炭黑N330从50phr降至45phr，调整后同步测试结果：拉伸强度保留率88%，磨耗量0.019g/km，满足夏季高温使用要求。