文/孫超

    眾所周知，輪胎因滾動(dòng)阻力造成的能量約占汽車能量總損失的15%，因此降低滾動(dòng)阻力30%即可減少油料消耗5%。作為占驅(qū)動(dòng)功能量1/3的輪胎，如何實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，也是汽車要求的重要方向之一。自從1992年法國(guó)米其林公司提出綠色輪胎概念以來，“綠色輪胎”的概念深得人心，各國(guó)爭(zhēng)相發(fā)展，國(guó)際上通指滾動(dòng)阻力小、廢氣排放少的子午胎為綠色輪胎。但從和諧和可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，綠色輪胎的定義還應(yīng)包括生產(chǎn)所用的原料為綠色環(huán)保材料，報(bào)廢的輪胎可持續(xù)利用等，現(xiàn)已成為世界各國(guó)輪胎行業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略要點(diǎn)。

    輪胎材料對(duì)降低滾動(dòng)阻力、節(jié)省燃料消耗也起著極為重要的作用，特別是像膠和補(bǔ)強(qiáng)材料表現(xiàn)出的效果最為顯著，已成為輪胎節(jié)能環(huán)保不可缺少的因素。最近20年來進(jìn)展神速，碩果累累。隨著子午胎的普及發(fā)展，橡膠原料也從以合成像膠為主和合成像膠取代天然橡膠，又重新回歸到重視天然橡膠和同合成橡膠平分秋色的時(shí)期。補(bǔ)強(qiáng)材料由于白炭黑的廣泛使用，已告別從1912年以來一直用炭黑單一補(bǔ)強(qiáng)的歷史?，F(xiàn)在，各種有毒、污染、致癌的像膠助劑也得到有效控制并大部分遭到淘汰，迎來了綠色環(huán)保助劑的時(shí)代。

    新材料

    隨著輪胎材料、結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)的進(jìn)步出現(xiàn)了新型輪胎，廠商開發(fā)了新的輪胎市場(chǎng)。輪胎材料也發(fā)生了許多新的變化。尤其是可調(diào)分子量的溶聚丁苯像膠(S-SBR) ,高乙烯順丁橡膠(HV-BR)和高分散白炭黑、低滯后、低滾阻炭黑的使用，有效地解決了天然橡膠(NR),丁苯像膠(SBR)和順丁像膠(BR)在輪胎抗?jié)窕偷蜐L阻兩個(gè)性能上存在的二律背反難題，把高性能輪胎和低滾阻節(jié)油輪胎的矛盾統(tǒng)一起來，使輪胎的環(huán)保性能上了一個(gè)新的臺(tái)階。

    這種具有里程碑意義的環(huán)保節(jié)能輪胎，首先由米其林在1992年率先研制成功，并稱之為“綠色”輪胎(Green Tire)，它可使輪胎滾動(dòng)阻力下降35%,燃料節(jié)省3%~5%。隨后不久，固特異、大陸、普利司通等也分別開發(fā)出類似的燃料利用率高(GFE)輪胎、最佳節(jié)能(FOT)輪胎、節(jié)油者(FS)輪胎，滾阻可降低30%左右。由于這種節(jié)油輪胎不僅節(jié)約了燃料，同時(shí)還能大幅降低尾氣CO2的排放量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，又成為一種環(huán)保型輪胎。除了S-SBR之外，近年使用E-SBR并使用TPI(反式異戍橡膠)，也可制造同樣低滾阻性的輪胎，節(jié)油在2.5%左右。一般通過節(jié)油10t，可減少CO2排放2.5t。同樣，TPI摻用在S-SBR中，還會(huì)產(chǎn)生更佳的效果。

    新技術(shù)三部曲

    Step1、白炭黑于偶聯(lián)劑的聯(lián)合使用

    輪胎的補(bǔ)強(qiáng)材料—白炭黑，從1968年被制成藍(lán)色冬用輪胎以來，一直沒有大的建樹，同炭黑相比處于微不足道的地位。1990年，通過并用偶聯(lián)劑使白炭黑分散性和補(bǔ)強(qiáng)性得到大幅改善之后，又發(fā)現(xiàn)具有優(yōu)越的集抗?jié)窕偷蜐L阻于一體的性能，因而用其成功地制成了對(duì)環(huán)境友好的“綠色”輪胎。這種輪胎可使抗?jié)裥阅芴岣?%,滾動(dòng)阻力降低19%，詳見表1。

    偶聯(lián)劑是白炭黑性能發(fā)揮的關(guān)健，它能使白炭黑與橡膠分子很好地進(jìn)行化學(xué)結(jié)合而提高補(bǔ)強(qiáng)性。偶聯(lián)劑的種類甚多，適于輪胎用的主要為四硫化物(TESPT)。另外，為了更好地與白炭黑反應(yīng)結(jié)合，也開發(fā)了可與白炭黑反應(yīng)的末端基改性的合成橡膠。此時(shí)可以省去偶聯(lián)劑。當(dāng)然，偶聯(lián)劑和白炭黑會(huì)造成輪胎成本升高，同時(shí)白炭黑又非常難以混均，易于焦燒，使橡膠混煉難度加大。因此，目前大多采用白炭黑與炭黑以1:4的并用比方式使用。對(duì)于“綠色”輪胎來說，白炭黑與炭黑的比例已達(dá)4:1。      

    Step2、炭黑技術(shù)的再次飛躍

    白炭黑的推廣使用對(duì)炭黑提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，促使炭黑進(jìn)一步改革創(chuàng)新，很快開發(fā)出一系列結(jié)構(gòu)更高、粒子更細(xì)的高性能、低滯后和低滾阻等多種類型的新炭黑與之競(jìng)爭(zhēng)。而且為應(yīng)對(duì)“綠色”輪胎的出現(xiàn)，還開發(fā)出以硅化學(xué)改性的雙相炭黑，又稱之為白炭黑一炭黑雙相填料。并且還為解決傳統(tǒng)炭黑低滾阻、耐磨與抗?jié)窕g的矛盾，研制出物理改性的反向炭黑，又稱為納米結(jié)構(gòu)炭黑。

    現(xiàn)在，白炭黑與炭黑已處于勢(shì)均力敵、共同發(fā)展的狀態(tài)。以耐磨方面來看，炭黑仍處于優(yōu)勢(shì)地位;以摩擦系數(shù)來說，白炭黑則占上乘位置。目前，這兩種補(bǔ)強(qiáng)劑均已進(jìn)入納米級(jí)材料領(lǐng)域，再加上納米活性氧化鋅和碳酸鈣的使用，輪胎材料實(shí)際上已經(jīng)在向納米級(jí)的方向發(fā)展。

    Step3、天然橡膠大規(guī)模使用

    最近，由于世界石油價(jià)格不斷上漲，下游產(chǎn)品供應(yīng)趨緊，橡膠、有機(jī)化纖簾線、炭黑及像膠助劑等輪番漲價(jià)，給輪胎生產(chǎn)帶來前所未有的困難。許多生產(chǎn)廠家都已開始采取對(duì)策，考慮研究生產(chǎn)非石油資源輪胎，即盡量多用可再生性的天然像膠，減少以石油為原料的合成像膠；多用來自礦物原料的白炭黑及其他填料和植物油類軟化劑，少用石油化學(xué)衍生的炭黑及石油系軟化劑。

    現(xiàn)在，從技術(shù)上已開發(fā)出60%非石油資源的由環(huán)氧化天然橡膠和白炭黑、植物油配制的脫石油資源輪胎，同時(shí)，在混煉設(shè)備方面也出現(xiàn)了適于煉制白炭黑等難混膠料的強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)型、轉(zhuǎn)子嚙合型的大容量變速密煉機(jī)。因此，白炭黑的使用比例在逐步擴(kuò)大，在未來不長(zhǎng)的時(shí)間里，有可能實(shí)現(xiàn)白炭黑/炭黑2:1的發(fā)展水平。

    對(duì)環(huán)保型輪胎來說，減少行駛中的噪音和振動(dòng)也是一項(xiàng)主要的內(nèi)容。除了對(duì)輪胎行駛均一性和動(dòng)平衡性能提出更加嚴(yán)格的指標(biāo)限制以外，胎面材質(zhì)及花紋成為主要研究課題。特別是在花紋上早已呈現(xiàn)百花競(jìng)放的形勢(shì)，并已出現(xiàn)了仿生輪胎，各式各樣的靜音輪胎、無噪聲輪胎等等。

    胎面內(nèi)部也開發(fā)出微孔、混短纖維一類有別于傳統(tǒng)的新型輪胎。輪胎已進(jìn)入從高速安全走上節(jié)省燃料、減少尾氣排放以及無振動(dòng)和靜音的發(fā)展時(shí)代。

    TIPS

    米其林ENERGY XM1+

    米其林ENERGYXM1+輪胎的最大優(yōu)點(diǎn)就是超長(zhǎng)的行駛里程。這款專門為中國(guó)市場(chǎng)設(shè)計(jì)的輪胎在保證其他輪胎性能不損失的情況下，比2005年推出的綠色環(huán)保輪胎EnergyXM1增加至少25%的行駛里程，除此以外它在安全駕控、節(jié)油和環(huán)保性能以及舒適與寧?kù)o表現(xiàn)上都可圈可點(diǎn)。與之前相比，它采用先進(jìn)胎面橡膠配方改進(jìn)了輪胎的耐磨性,帶來更高里程；此外，由于應(yīng)用了更為優(yōu)化的輪胎結(jié)構(gòu)，使得單位接地面上的橡膠磨損量趨于最少，從而能夠獲得更高里程。

   有人曾對(duì)米其林綠色輪胎做過這樣一項(xiàng)測(cè)試，在同時(shí)停止發(fā)動(dòng)機(jī)的推動(dòng)力后，使用米其林綠色輪胎的汽車遠(yuǎn)比使用一般輪胎的車滑行得更遠(yuǎn)。眾所周知，在汽車行駛中，能量會(huì)被各種阻力所消耗，其中約20%的汽油被輪胎滾動(dòng)阻力所消耗。而綠色輪胎胎面可有效降低輪胎滾動(dòng)阻力。換句話說，一部使用米其林綠色輪胎的車，平均可降低5%的汽車燃油量。

    普利司通綠歌伴

   “ECOPIA”是普利司通創(chuàng)造的由ECOLOGY（環(huán)境）＋UTOPIA（烏托邦）組成的合成詞。該款輪胎采用了特殊改性聚合物與碳化合而成的“ECOPIA化合物”，有效解決了能量損失問題。在確保安全性能（特別是濕路制動(dòng)性）的前提下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力高達(dá)20%~25%的改善率。相比一般舒適性輪胎，EP100A能夠幫助車主節(jié)約3%-5%的油耗，在節(jié)約用車成本的同時(shí)，為我們的地球減負(fù)。

    錦湖SOLUS KH19

    錦湖SOLUSKH19高性價(jià)比節(jié)能環(huán)保輪胎，采用歐洲最嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，減少對(duì)環(huán)境有害原料的使用，采用了高強(qiáng)度輕重量的結(jié)構(gòu)材料，不但能夠有效減少輪胎磨損，還大大提高了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性，在濕地剎車能力表現(xiàn)卓越。

《產(chǎn)品可靠性報(bào)告》2012年4月刊