RFID電子標(biāo)簽在全鋼子午線輪胎中的應(yīng)用

牛 飛，馬鵬之，晉 琦，胡 源，邱新新，王素芳，牟成乾，高 明

（1.華勤橡膠工業(yè)集團(tuán)，山東 濟(jì)寧 272100；2.山東華勤橡膠科技有限公司，山東 濟(jì)寧 272100；3.通力輪胎有限公司，山東 濟(jì)寧 272100；4.濟(jì)寧齊魯檢測技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)寧 272000）

射頻識別（Radio Frequency Identification，簡稱RFID）是自動識別技術(shù)的一種，利用無線射頻方式對電子標(biāo)簽進(jìn)行讀寫，實現(xiàn)非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，從而達(dá)到識別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的，這一技術(shù)被認(rèn)為是21世紀(jì)具有發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一。

RFID電子標(biāo)簽的應(yīng)用前景廣闊，具備掃描速度快、體積小、容量大、壽命長、數(shù)據(jù)可讀寫等優(yōu)點，作為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的興盛技術(shù)，被廣泛運用在輪胎物流倉儲管理、身份信息追溯以及全生命周期管理等方面[1-4]。

2016年7月1日，由工業(yè)和信息化部準(zhǔn)許的輪胎用RFID電子標(biāo)簽等4項行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正式實施，標(biāo)準(zhǔn)對RFID電子標(biāo)簽的功能、植入方法和編碼方法等進(jìn)行了規(guī)范，確保植入電子標(biāo)簽后的輪胎安全。該標(biāo)準(zhǔn)的使用將加速RFID技術(shù)在輪胎行業(yè)內(nèi)的推廣，促進(jìn)國內(nèi)智能輪胎快速發(fā)展。

RFID電子標(biāo)簽在輪胎產(chǎn)業(yè)化中被廣泛應(yīng)用，RFID電子標(biāo)簽可寫入輪胎生產(chǎn)數(shù)據(jù)、銷售數(shù)據(jù)、使用數(shù)據(jù)、翻新數(shù)據(jù)等，將其植入輪胎內(nèi)部，隨時可以通過終端采集讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)，再結(jié)合相應(yīng)的管理軟件，即可實現(xiàn)對輪胎全生命周期數(shù)據(jù)的記錄及追溯。但是RFID電子標(biāo)簽在輪胎產(chǎn)業(yè)化中的使用仍然存在多項技術(shù)難點，尤其是對于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的全鋼子午線輪胎，電子標(biāo)簽的可靠性及其對全鋼子午線輪胎性能的影響有待驗證。

針對上述問題，本工作對于RFID電子標(biāo)簽在全鋼子午線輪胎植入位置和植入方法的合理性、識別功能的可靠性進(jìn)行了驗證，并通過輪胎內(nèi)部質(zhì)量檢查、室內(nèi)機(jī)床測試和道路測試，對RFID電子標(biāo)簽對全鋼子午線輪胎質(zhì)量及性能的影響進(jìn)行了研究。

1 RFID電子標(biāo)簽的應(yīng)用

1.1 RFID電子標(biāo)簽類型

目前輪胎用RFID電子標(biāo)簽主要有兩種形式：（1）植入式，需要使用復(fù)合膠料封裝，封裝后在成型過程中植入；（2）內(nèi)貼式，可直接粘貼于內(nèi)襯層表面。兩種RFID電子標(biāo)簽參數(shù)[5]對比見表1。

表1 兩種RFID電子標(biāo)簽參數(shù)對比

1.2 RFID電子標(biāo)簽使用方法

1.2.1 植入式RFID電子標(biāo)簽

1.2.1.1 電子標(biāo)簽準(zhǔn)備

對于植入式RFID電子標(biāo)簽的封裝，本研究使用自行開發(fā)的標(biāo)簽復(fù)合膠料壓延膠片，膠料的性能參數(shù)為剝離力（與填充膠和胎側(cè)膠） ≥50 N，撕裂強(qiáng)度 104 kN·m-1，拉伸強(qiáng)度 ≥29.3 MPa，拉斷伸長率 ≥655%，介電常數(shù) 3.6 F·m-1。

對膠片進(jìn)行裁斷，并進(jìn)行兩面復(fù)合。由于復(fù)合后的基板與天線之間存在高度差，會有氣體存在，因此在復(fù)合時要進(jìn)行刺扎排氣，以保證RFID電子標(biāo)簽質(zhì)量。復(fù)合后的封裝電子標(biāo)簽上、下表面均襯有包裝材料，用以保護(hù)封裝電子標(biāo)簽不受污染。

1.2.1.2 電子標(biāo)簽植入

對于全鋼子午線輪胎，RFID電子標(biāo)簽的最佳植入位置為胎體反包端點[6]。輪胎該位置變形小、無鋼絲，既可以減少信號被屏蔽，又可以減輕對RFID電子標(biāo)簽的撕裂扭變。同時該位置與輪輞邊緣相差20 mm以上，在一定程度上能夠防止信號被干擾。

在工業(yè)階段，根據(jù)輪胎材料分布圖確認(rèn)RFID電子標(biāo)簽可植入在三角膠外端點位置，跟蹤結(jié)果表明，RFID電子標(biāo)簽經(jīng)過壓合、反包后不產(chǎn)生變形，掃描不會失效，對成型周期也不會產(chǎn)生影響，且貼合后RFID電子標(biāo)簽無移位，仍處于胎體反包端點位置（見圖1）。由此可以得出，RFID電子標(biāo)簽植入在三角膠外側(cè)不會影響工藝過程及電子標(biāo)簽質(zhì)量。

1.2.2 內(nèi)貼式RFID電子標(biāo)簽

1.2.2.1 電子標(biāo)簽準(zhǔn)備

內(nèi)貼式RFID電子標(biāo)簽采用高耐磨材料塑封，表面涂有耐高溫粘合劑，貼于內(nèi)襯層表面，經(jīng)過高溫硫化后可與內(nèi)襯層牢固貼合。

1.2.2.2 電子標(biāo)簽貼合

電子標(biāo)簽貼合于內(nèi)襯層表面，貼合位置為趾口內(nèi)側(cè)胎圈包布反包上端點上方10 mm左右（見圖2）。其優(yōu)點是貼合容易，成型修胎人員2 s即可完成，且經(jīng)過高溫硫化，電子標(biāo)簽不會發(fā)生損壞、失效、移位。但貼合時要注意避開內(nèi)襯層接頭、趾口接頭位置。

2 RFID電子標(biāo)簽的可靠性驗證

2.1 靜態(tài)識別驗證

對RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行測試驗證，測試環(huán)境、設(shè)備及軟件按照HG/T 4955—2016《輪胎用射頻識別（RFID）電子標(biāo)簽性能試驗方法》要求。RFID電子標(biāo)簽采用非金屬工裝固定，需使問詢器與電子標(biāo)簽保持在同一水平面（如圖3所示）。

對主流輪胎使用的RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行對比分析，結(jié)果如表2所示。

表2 主流輪胎使用的RFID電子標(biāo)簽對比

通過對比，分析如下。

（1）電子標(biāo)簽形式。植入式RFID電子標(biāo)簽為輪胎廠使用的主流形式，原因基于RFID電子標(biāo)簽的穩(wěn)定性及防偽可靠性[7]。植入式RFID電子標(biāo)簽植入到輪胎內(nèi)部，更能防止信息篡改和惡意損壞，提高輪胎的防偽性能。

（2）識別距離?；径荚? m左右，滿足工廠及客戶使用需求。

（3）編碼規(guī)則。以“字母A—F＋數(shù)字”居多，既可以提高輪胎防偽性能，又可以通過特定的編碼規(guī)則，對每位數(shù)字賦意，便于寫入和獲取更全面的輪胎信息[8]。

（4）植入位置。植入式RFID電子標(biāo)簽的植入位置都選擇在胎體反包端點、三角膠外側(cè)，主要是考慮到植入過程易操作和減少輪胎變形等因素。

2.2 充氣停放識別驗證

對植入RFID電子標(biāo)簽的成品輪胎，按規(guī)定輪輞進(jìn)行裝配，充氣后在25 ℃環(huán)境下停放，每48 h進(jìn)行一次讀寫驗證，經(jīng)過2個月持續(xù)識別驗證RFID電子標(biāo)簽不會失效，識別距離未發(fā)生變化。

2.3 室內(nèi)機(jī)床測試識別驗證

植入RFID電子標(biāo)簽的成品輪胎進(jìn)行胎面耐久性能、胎圈耐久性能、高速性能機(jī)床測試后，對RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行掃描識別，檢測數(shù)據(jù)見表3。

表3 RFID電子標(biāo)簽及其成品輪胎測試前后識別距離 m

對于無內(nèi)胎輪胎，植入式RFID電子標(biāo)簽和內(nèi)貼式RFID電子標(biāo)簽都可以被正常識別；對于有內(nèi)胎輪胎，植入式RFID電子標(biāo)簽可以被正常識別，但內(nèi)貼式RFID電子標(biāo)簽出現(xiàn)失效現(xiàn)象。

兩種電子標(biāo)簽識別距離情況分析如下。

（1）對于植入式RFID電子標(biāo)簽，用于常規(guī)輪胎時，復(fù)合膠料后電子標(biāo)簽識別距離為1.2 m，植

入輪胎硫化后的識別距離為1.2 m，耐久性能測試結(jié)束后的識別距離為1.2 m；對于295/60R22.5規(guī)格低扁平比輪胎，RFID電子標(biāo)簽植入輪胎硫化后出現(xiàn)了識別距離衰減的情況。通過切割輪胎斷面分析，低扁平比輪胎由于斷面高較小，胎體反包端點與輪輞較近，輪胎在室內(nèi)機(jī)床測試中發(fā)生了胎圈部位的變形，因而造成電子標(biāo)簽識別距離出現(xiàn)衰減現(xiàn)象。

（2）對于內(nèi)貼式RFID電子標(biāo)簽，其裸標(biāo)簽識別距離為1 m，植入輪胎硫化后的識別距離為1 m，室內(nèi)機(jī)床測試結(jié)束后，用于無內(nèi)胎輪胎上的內(nèi)貼式RFID電子標(biāo)簽識別距離仍為1 m，不會發(fā)生信號衰減現(xiàn)象，但用于有內(nèi)胎輪胎上的內(nèi)貼式RFID電子標(biāo)簽會出現(xiàn)移位、表層脫離現(xiàn)象，根據(jù)電子標(biāo)簽移位方向，可推斷內(nèi)胎和墊帶的蠕動帶動了內(nèi)貼式RFID電子標(biāo)簽的移位，使電子標(biāo)簽表層脫離，造成內(nèi)貼式RFID電子標(biāo)簽失效。

綜上所述，植入式RFID電子標(biāo)簽可應(yīng)用于有內(nèi)胎和無內(nèi)胎輪胎，內(nèi)貼式RFID電子標(biāo)簽在有內(nèi)胎輪胎上的使用還需繼續(xù)驗證。

2.4 道路測試識別驗證

基于室內(nèi)機(jī)床測試的驗證結(jié)果，分別選取有內(nèi)胎輪胎和無內(nèi)胎輪胎，對植入式RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行道路測試識別驗證，并按工況進(jìn)行分類，按照每1萬km跟蹤識別1次的頻率，驗證RFID電子標(biāo)簽輪胎的道路使用可靠性，試驗參數(shù)如表4所示。

表4 道路測試識別驗證參數(shù)

采用12R22.5規(guī)格長途高速標(biāo)載輪胎驗證植入式RFID電子標(biāo)簽在長時間高速高溫負(fù)載下的耐溫性能，采用13R22.5規(guī)格重載輪胎驗證植入式RFID電子標(biāo)簽在長時間受力變形負(fù)載下的耐沖擊變形性能，采用12.00R20規(guī)格重載輪胎驗證植入式RFID電子標(biāo)簽在有內(nèi)胎和墊帶內(nèi)部蠕動變形狀況下的穩(wěn)定性，采用445/45R19.5規(guī)格超低扁平比輪胎驗證植入式RFID電子標(biāo)簽在輪胎斷面高度小、胎體反包高度較小的狀況下的耐剪切性能，采用255/70R22.5規(guī)格城市公交用輪胎驗證植入式RFID電子標(biāo)簽在輪胎頻繁剎車啟動的狀況下的穩(wěn)定性。

在跟蹤道路測試RFID電子標(biāo)簽輪胎時，因輪胎在車輛上會出現(xiàn)雙胎屏蔽等因素，以車輛外側(cè)輪胎測試數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，具備拆卸輪胎條件時，可從車輛上卸下輪胎進(jìn)行掃描識別。對所有道路測試輪胎進(jìn)行讀寫識別，植入式RFID電子標(biāo)簽可以正常讀寫識別，識別距離始終在0.6～1.0 m，但植入式RFID電子標(biāo)簽會隨輪胎行駛里程的增加出現(xiàn)信號衰減、識別距離減小的現(xiàn)象。

3 RFID電子標(biāo)簽對輪胎性能的影響

3.1 輪胎外觀檢測

對植入RFID電子標(biāo)簽的成品輪胎進(jìn)行外觀檢測。植入式RFID電子標(biāo)簽位置未出現(xiàn)因膠量不足造成的凹陷現(xiàn)象、因表面膠料中或?qū)娱g有氣泡而鼓起的現(xiàn)象，以及胎里脫層現(xiàn)象。由此可以得出RFID電子標(biāo)簽不會影響輪胎外觀質(zhì)量。

3.2 輪胎X光檢測

輪胎制造要經(jīng)過成型、高溫高壓硫化等過程，因此對植入RFID電子標(biāo)簽的成品輪胎進(jìn)行X光檢測，以探知電子標(biāo)簽是否有損壞。

檢測結(jié)果表明：植入式RFID電子標(biāo)簽未發(fā)生彎折、斷裂現(xiàn)象；RFID電子標(biāo)簽附近鋼絲簾線未出現(xiàn)稀疏、彎曲、打褶、拉伸、波動、折斷等現(xiàn)象（如圖4所示）。由此可以得出，植入式RFID電子標(biāo)簽不會影響輪胎鋼絲簾布的質(zhì)量。

3.3 輪胎全息氣泡檢測

對植入RFID電子標(biāo)簽的成品輪胎進(jìn)行全息氣泡檢測，發(fā)現(xiàn)RFID電子標(biāo)簽植入位置沒有氣泡（見圖5和6）。由此可以得出，植入式RFID電子標(biāo)簽不會影響輪胎部件之間的粘合，不會產(chǎn)生氣泡。

3.4 輪胎均勻性、動平衡檢測

對植入RFID電子標(biāo)簽的成品輪胎進(jìn)行均勻性、動平衡檢測，輪胎各項檢測數(shù)據(jù)均在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。檢測打點位置與RFID電子標(biāo)簽植入位置沒有相關(guān)性。檢測數(shù)據(jù)見表5。由此可以得出，植入式RFID電子標(biāo)簽不會影響輪胎的均勻性和動平衡性能。

表5 輪胎均勻性和動平衡檢測數(shù)據(jù)

3.5 室內(nèi)機(jī)床性能檢測

對植入RFID電子標(biāo)簽的成品輪胎進(jìn)行胎面耐久性能、胎圈耐久性能、高速性能室內(nèi)機(jī)床測試，對比結(jié)果顯示：含電子標(biāo)簽的輪胎試驗數(shù)據(jù)與正常輪胎相同，且測試后的充氣壓力不低于初始充氣壓力；輪胎外觀沒有脫層、簾布層裂縫、簾線剝離、簾線斷裂、胎體異常變形等缺陷。對RFID電子標(biāo)簽植入位置進(jìn)行斷面切割，分析得出輪胎內(nèi)部損壞位置與RFID電子標(biāo)簽植入位置沒有相關(guān)性（見圖7），同時發(fā)現(xiàn)RFID電子標(biāo)簽未發(fā)生移位。由此可以得出，植入式RFID電子標(biāo)簽不會影響輪胎室內(nèi)機(jī)床性能。

3.6 道路測試

進(jìn)行多種工況的道路測試后，對植入RFID電子標(biāo)簽的輪胎進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)輪胎有起鼓、凹陷等缺陷。對植入RFID電子標(biāo)簽的位置進(jìn)行斷面切割，電子標(biāo)簽位置未出現(xiàn)脫層和分離現(xiàn)象，含電子標(biāo)簽輪胎與正常輪胎的實際行駛里程和損壞形式?jīng)]有差異。由此可以得出，植入式RFID電子標(biāo)簽不會影響輪胎實際道路使用性能。

4 結(jié)論

對于RFID電子標(biāo)簽的可靠性驗證得出以下結(jié)論：（1）RFID電子標(biāo)簽在輪胎安裝輪輞充氣后可正常識別；（2）植入式RFID電子標(biāo)簽在輪胎室內(nèi)機(jī)床測試后，可正常識別；（3）內(nèi)貼式RFID電子標(biāo)簽用于有內(nèi)胎輪胎，經(jīng)過室內(nèi)機(jī)床測試后電子標(biāo)簽發(fā)生移位、失效，可靠性需繼續(xù)驗證；（4）植入式RFID電子標(biāo)簽在輪胎道路測試后可正常識別。

對于植入式RFID電子標(biāo)簽對輪胎性能的影響研究得出以下結(jié)論：（1）RFID電子標(biāo)簽復(fù)合膠料不會影響電子標(biāo)簽自身性能及輪胎質(zhì)量；（2）RFID電子標(biāo)簽的植入位置選擇在胎體反包端點、三角膠外側(cè)是合理的，不會帶來輪胎質(zhì)量風(fēng)險及性能損耗；（3）RFID電子標(biāo)簽不會影響輪胎外觀質(zhì)量；（4）RFID電子標(biāo)簽不會影響輪胎鋼絲簾布質(zhì)量；（5）RFID電子標(biāo)簽不會影響輪胎均勻性和動平衡性能；（6）RFID電子標(biāo)簽不會影響輪胎室內(nèi)機(jī)床性能；（7）RFID電子標(biāo)簽不會影響輪胎實際道路使用性能。

作為輪胎的電子身份證，RFID電子標(biāo)簽可以為輪胎整個產(chǎn)業(yè)鏈信息追溯提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，擁有廣闊的市場應(yīng)用前景。