綠色輪胎

優(yōu)勢(shì)

綠色輪胎具有彈性好、滾動(dòng)阻力小、耗油低、生熱低、耐磨、耐穿刺、承載能力大、乘坐舒適等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)輪胎比，凸現(xiàn)了環(huán)保、節(jié)能、新工藝、新材料等多方面的優(yōu)勢(shì)。 

高環(huán)保

傳統(tǒng)輪胎由于添加了有致癌作用的橡膠配合劑，它們隨著胎面磨損散發(fā)在空氣中，嚴(yán)重污染了環(huán)境，同時(shí)世界上每年有數(shù)億條輪胎被廢棄，它們不但占據(jù)大量空間，而且難以分解，對(duì)環(huán)境造成了極大威脅，被人們稱為“黑色污染”。隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高，在繼續(xù)努力降低滾動(dòng)阻力的同時(shí)，已開始重視使用不污染環(huán)境的材料制造輪胎，而且努力延長(zhǎng)輪胎的行駛里程，以減少?gòu)U舊輪胎的數(shù)量。在大量的汽車使用綠色輪胎以后，對(duì)節(jié)油和減少污染產(chǎn)生巨大作用。綠色輪胎的廣泛應(yīng)用將為全球每年節(jié)省數(shù)百萬(wàn)桶石油，并顯著減少CO的排放量。

低消耗

習(xí)慣使用的黑色輪胎是以標(biāo)準(zhǔn)的合成橡膠和天然橡膠制成的，在汽車行駛溫度升高的條件下，其防護(hù)材料的結(jié)構(gòu)和性能都發(fā)生改變，同時(shí)車輪滾動(dòng)的阻力也在增加。綠色輪胎與普通輪胎相比，減輕了輪胎重量，減少了復(fù)合材料的能耗(滯后損失)。所以，綠色輪胎與同等規(guī)格的輪胎相比，滾動(dòng)阻力可降低22%-35%，并因此減少汽車燃料消耗3%-8%，使汽車CO的排放量有所下降，其他性能如耐磨耗、低噪音、干濕路面抓著力等均保持良好水平。

超安全

綠色輪胎通過優(yōu)化胎體設(shè)計(jì)，以絕佳的彈性胎面改進(jìn)汽車在光滑路面的抓地性能，使駕駛更平穩(wěn)、制動(dòng)距離更短，大大提高了駕駛安全性。研究證明，綠色輪胎產(chǎn)生的摩擦力可以減少汽車在濕滑或結(jié)冰路面上15%的剎車距離，使汽車的冬季駕駛性能提高10%-15%。這對(duì)減少事故率和人員傷亡有著重大的意義。

設(shè)計(jì)方法

從理論上講，降低汽車油耗的途徑有輕量化、減小輪胎滾動(dòng)阻力及采用稀混合氣發(fā)動(dòng)機(jī)等。實(shí)際上，只有減小輪胎滾動(dòng)阻力才是最切實(shí)可行的綠色輪胎設(shè)計(jì)途徑，研究結(jié)果表明，輪胎的模具、花紋設(shè)計(jì)和輪胎結(jié)構(gòu)和材料均對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力有影響。克服輪胎滾動(dòng)阻力消耗的燃油占汽車總油耗的14.4%，而僅由胎面產(chǎn)生的滾動(dòng)阻力就占輪胎滾動(dòng)阻力的49%，其他部件的影響比例分別為：胎側(cè)14%、胎體11%、胎圈11%、帶束層8%、其余部件7%。由胎面直接造成的油耗約占7.1%。降低胎面的滾動(dòng)阻力并保證抗?jié)窕阅芰己脤⑹蔷G色輪胎最基本的要求。

綠色輪胎技術(shù)主要從選擇合適的膠種和配合劑，改進(jìn)胎面膠料配方入手，再輔以減薄胎體、優(yōu)化輪胎輪廓等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手段，來達(dá)到降低輪胎滾動(dòng)阻力的目的?？梢灶A(yù)料，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的介入和聚合物分子定向設(shè)計(jì)成果的推出，無(wú)疑將加速綠色輪胎開發(fā)進(jìn)程。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

子午化、無(wú)內(nèi)胎化和扁平化是輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展的方向, 也是綠色輪胎的首選。

綠色輪胎胎面一般由胎面膠和胎面基部膠兩部分組成, 胎面膠的動(dòng)態(tài)模量大于胎面基部膠, 胎面基部膠厚度與胎面膠厚度之比為0. 25~ 0. 70。通過用有限元法分析輪胎的水滑現(xiàn)象, 可以設(shè)計(jì)出能夠明顯改善水滑現(xiàn)象的胎面花紋, 如固特異公司的A quat red、米其林公司的Catamaran、普利司通公司的F170C 和倍耐力公司的P5000Dr ag o 等輪胎。

胎體結(jié)構(gòu)子午線化

輪胎結(jié)構(gòu) 大體可分為兩種，即子午線結(jié)構(gòu)和斜交結(jié)構(gòu)。子午線結(jié)構(gòu)與斜交結(jié)構(gòu)的根本區(qū)別在于胎體。胎體是輪胎的基礎(chǔ)，它是由簾線組成的層狀結(jié)構(gòu)。胎體層上部有簾線為周向排列的帶束層，這種結(jié)構(gòu)使簾線強(qiáng)度能夠得到充分利用，故子午胎的簾布層數(shù)比斜交輪胎少40%-50%。

從設(shè)計(jì)上講，斜交輪胎有很多局限性，由于斜交輪胎交叉排列的簾線強(qiáng)烈摩擦，使胎體容易生熱，而且加速胎面花紋磨耗，其簾線布局也不能很好地提供優(yōu)良的操縱性能和乘坐舒適性；而子午線輪胎的鋼絲帶束層則有較好的柔韌性以適應(yīng)路面的不規(guī)則沖擊，且經(jīng)久耐用。它的簾布層結(jié)構(gòu)還意味著在行駛中有小得多的摩擦，從而獲得較長(zhǎng)的胎面壽命和較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。

子午線輪胎本身的優(yōu)點(diǎn)使輪胎無(wú)內(nèi)胎化成為可能。無(wú)內(nèi)胎輪胎有一個(gè)公認(rèn)優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)輪胎被扎破后，不是像有內(nèi)胎的輪胎(普通的斜交胎是有內(nèi)胎的)那樣爆裂，而是在一段時(shí)間內(nèi)保持氣壓，從而提高了安全性。

由于子午線輪胎胎體的特殊結(jié)構(gòu)，使得在行駛中輪胎的路面抓力大、效果好，裝有子午線輪胎的汽車與裝有斜交輪胎的汽車相比，其耐磨性可提高50%-100%，滾動(dòng)阻力降低20%-30%，可以節(jié)約油耗約6%-8%。也正因?yàn)檫@樣，同樣車型選用子午線輪胎比選用斜交輪胎操縱性好，有較好的駕駛舒適性。

輪胎斷面寬度增大時(shí)，滾動(dòng)阻力呈下降趨勢(shì)。這是因?yàn)檩喬嗝鎸捲黾佣固?cè)部剛性減小，而對(duì)滾動(dòng)阻力影響較小的側(cè)部的變形增加，對(duì)滾動(dòng)阻力影響較大的胎面部的變形減小所致。另外，隨著輪胎斷面寬度的加寬，胎面、帶束層等主要部位的能量損失減小。因此加大輪胎斷面寬度對(duì)降低滾動(dòng)阻力有利。

如果胎圈部的填充膠條高度增高，則滾動(dòng)阻力亦增加。因?yàn)殡S著填充膠條高度增高，產(chǎn)生滯后損失的物質(zhì)體積增加，胎側(cè)下部的能量損失亦增加。另外，填充膠條高度增加會(huì)因胎側(cè)的剛性增加而使胎側(cè)部變形減小，而對(duì)滾動(dòng)阻力影響較大的胎面部的變形相對(duì)增大，這會(huì)導(dǎo)致滾動(dòng)阻力增加。目前，胎體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是向低斷面方向發(fā)展。

胎面

胎面半徑增大時(shí)，可降低輪胎的滾動(dòng)阻力。這是因?yàn)樘ッ姘霃皆龃髸r(shí)輪胎產(chǎn)生平面接地屈撓變形，使因輪胎斷面方向的屈撓變形所產(chǎn)生的應(yīng)變能變小的緣故。也就是說，滾動(dòng)阻力隨著胎面半徑的增大而減小，這主要得益于胎冠部和帶束層能量損失減小。今后綠色輪胎胎面結(jié)構(gòu)應(yīng)朝如下方向發(fā)展：

(1)雙層胎面

雙層胎面輪胎具有高速、穩(wěn)定、耐磨及生熱低等優(yōu)點(diǎn)，一般是由胎面和胎面基部?jī)刹糠謽?gòu)成，其胎面與胎面基部膠具有不同的動(dòng)態(tài)模量和tanδ。有關(guān)文獻(xiàn)指出，胎面動(dòng)態(tài)模量大于胎面基部動(dòng)態(tài)模量(≥8.5 MPa)，tanδ大于0.12，胎面基部厚度與胎面厚度之比為0.25-0.70。

(2)發(fā)泡胎面

發(fā)泡胎面是由發(fā)泡橡膠制成的，除胎面膠的一般組分外，還含有結(jié)晶型間同立構(gòu)1，2-聚丁二烯(粉末狀，平均粒徑為60 nm)，再配合發(fā)泡劑、抗氧劑等其他助劑。試驗(yàn)表明，使用發(fā)泡胎面制備的輪胎在干、濕路面上特別是在冰面上具有良好的制動(dòng)和牽引性能，即使在炎熱的夏季也完全能夠保持駕駛穩(wěn)定性、耐久性和低油耗，因此是綠色輪胎胎面膠的發(fā)展方向。

在進(jìn)行輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須能夠在不降低與滾動(dòng)阻力相互矛盾的其他特性(濕滑性、安全性、振動(dòng)性等)的前提下降低滾動(dòng)阻力。作為具體的降低滾動(dòng)阻力方案，必須綜合考慮輪胎形狀和橡膠配置，特別是要考慮對(duì)由復(fù)合材料構(gòu)成的帶束層、胎體簾布層滾動(dòng)阻力的影響。作為輪胎結(jié)構(gòu)研究，不能僅憑過去的直覺和經(jīng)驗(yàn)，還要用模擬技術(shù)來加速低滾動(dòng)阻力輪胎的開發(fā)。

有限元法采用橡膠材料的能量結(jié)構(gòu)方程式已有數(shù)十年的歷史，已從線性彈性方程式過渡到Mooney-Rivlin方程式，最近還在大變形領(lǐng)域引入了非線性結(jié)構(gòu)方程式。作為以輪胎為代表的許多工業(yè)橡膠材料使用的填充橡膠，在0-100%的應(yīng)變領(lǐng)域中的儲(chǔ)能模量、損耗模量、tan8這些黏彈特性使應(yīng)變具有非線性，一般被理解為佩因效應(yīng)(弗萊徹-金特效應(yīng))?？紤]這一點(diǎn)的非線性結(jié)構(gòu)方程式近幾年也被提出來了。在正常車輪轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下，應(yīng)變?cè)谳喬プ冃沃幸舱即蟛糠郑刂圃搼?yīng)變領(lǐng)域的黏彈性對(duì)控制輪胎滾動(dòng)阻力也尤為重要。實(shí)際上，通過將表示填充橡膠在0-100%的應(yīng)變領(lǐng)域的儲(chǔ)能模量、損耗模量、tanδ這些黏彈特性的非線性黏彈性結(jié)構(gòu)方程式應(yīng)用于FEA（有限元分析），可使輪胎滾動(dòng)阻力的預(yù)測(cè)精度較傳統(tǒng)預(yù)測(cè)有大幅度的提高。這樣一來，降低輪胎滾動(dòng)阻力的輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、新材料開發(fā)和配方設(shè)計(jì)的精度和效率就相應(yīng)地得到提高。目前已經(jīng)開發(fā)出通過用有限元法模擬輪胎滾動(dòng)阻力，進(jìn)而進(jìn)行綠色輪胎設(shè)計(jì)的方法。

降低阻力的方法

通常，降低輪胎滾動(dòng)阻力有如下兩種基本方法：

（1）減小輪胎質(zhì)量

減小輪胎質(zhì)量是降低輪胎滾動(dòng)阻力最快速、最有效的方法。為了保證輪胎質(zhì)量小，在確保輪胎使用性能的前提下，必須采用最小的部件厚度。輪胎生產(chǎn)廠必須嚴(yán)格控制工藝，以保證部件達(dá)到最小厚度，絕不允許工廠采取擅自加大部件厚度的辦法來解決生產(chǎn)問題。采用輕質(zhì)材料制造各輪胎部件也是減小輪胎質(zhì)量的一種有效方法，采用芳綸帶束層替代鋼絲帶束層就是一個(gè)明顯的例子。

（2）減小材料能效

降低輪胎滾動(dòng)阻力的第二種方法是減小輪胎材料的能量損失(滯后損失)。聚酯簾線的滯后損失較大，但經(jīng)過合適的改良后，有可能推出較小滯后損失的品種。

材料應(yīng)用

在材料應(yīng)用方面, 降低輪胎滾動(dòng)阻力通常有如下兩種基本方法: 減小輪胎質(zhì)量和材料能耗( 滯后損失) 。 

聚合物體系

天然橡膠(NR)是非極性橡膠，雖然本身具有優(yōu)良的電性能，但在非極性溶劑中易溶脹，故其耐油、耐有機(jī)溶劑性差。NR分子中含有不飽和雙鍵，故其耐熱氧老化、耐臭氧化和抗紫外線性都較差，限制了它在一些特殊場(chǎng)合的應(yīng)用。但NR通過改性可大大擴(kuò)展NR的應(yīng)用范圍。

（1）NR

NR 是非極性橡膠, 雖然本身具有優(yōu)良的綜合性能, 但其耐油、耐有機(jī)溶劑、耐熱氧老化、耐臭氧老化和抗紫外線等性能都較差, 限制了其在一些特殊場(chǎng)合的應(yīng)用。通過改性可大大擴(kuò)展NR 的應(yīng)用范圍。

a) 環(huán)氧化天然橡膠( ENR)

環(huán)氧化天然橡膠(ENR)是天然橡膠(NR)經(jīng)化學(xué)改性制得的特種天然橡膠。與NR相比，ENR具有完全不同的黏彈性和熱力學(xué)性能，如具有優(yōu)良的氣密性、黏合性、耐濕滑性和良好的耐油性。ENR可與極性填充劑(如白炭黑)強(qiáng)烈結(jié)合，在無(wú)填充劑時(shí)，ENR硫化膠仍能保持NR所具有的高模量和拉伸強(qiáng)度。ENR 50具有良好的耐油性和阻尼性，在輪胎胎面膠中應(yīng)用時(shí)，在沒有偶聯(lián)劑的情況下，ENR與白炭黑強(qiáng)的相互作用是提高滾動(dòng)阻力和濕抓著力綜合性能的重要因素，ENR25與白炭黑/炭黑填充劑混合可獲得最佳的耐磨性。

b) 接枝天然橡膠

目前研究得最多的是甲基丙烯酸甲酯(MMA)與NR接枝共聚，MMA接枝NR伸長(zhǎng)率大，硬度高，具有良好的抗沖擊性能、耐屈撓龜裂、動(dòng)態(tài)疲勞性能、黏合性和較好的可填充性。工業(yè)上主要用來制造具有良好沖擊性能的彈性制品，如無(wú)內(nèi)胎輪胎中的氣密層等。如果與丁苯膠共混，可用作胎圈三角膠膠料，其生膠強(qiáng)度及與鋼絲圈的黏合力明顯提高，并能增加鋼絲圈的挺性，保持鋼絲圈的形狀穩(wěn)定。

異戊二烯的新發(fā)展是合成3，4-聚異戊二烯橡膠(高的玻璃化溫良)。這種橡膠與天然橡膠、丁苯橡膠、聚丁二烯橡膠并用可改善抓著性能。已研制成功異戊二烯與丁二烯的共聚物，還研究成功了異戊二烯與苯乙烯、丁二烯的三聚物。用這些橡膠制造的胎面膠具有良好的滾動(dòng)阻力與濕路抓著力綜合平衡性能。

中國(guó)發(fā)明專利ZL95110352.0介紹了采用負(fù)載鈦催化異戊二烯本體沉淀聚合方法直接合成出反式-1，4-聚異戊二烯(TPI)粉料的新技術(shù)。據(jù)介紹，在胎面膠中以20-25重量份TPI取代等量丁苯膠制造的轎車和輕型載重半鋼子午胎，獲得了綜合行駛性能良好，而且百公里油耗試驗(yàn)燃油消耗降低2.5%左右的效果。

（2）IR

IR 的新發(fā)展是3, 4-聚異戊二烯橡膠( 高玻璃化溫度) , 其與NR, SBR, BR 并用作胎面膠可改善輪胎的抓著性能?，F(xiàn)已研制成功異戊二烯與丁二烯的共聚物及異戊二烯與苯乙烯、丁二烯的三聚物, 用其作胎面膠可使輪胎具有良好的滾動(dòng)阻力與濕抓著力綜合平衡性能。中國(guó)發(fā)明專利( ZL 95110352. 0) 介紹了反式-1, 4-聚異戊二烯( T PI) 粉料的合成新技術(shù)。在胎面膠中以20~ 25 份TPI 等量替代SBR 生產(chǎn)的轎車和輕型載重子午線輪胎綜合性能良好, 而且燃油消耗降低2. 5% 左右。

（3）SSBR

溶聚丁苯橡膠( SSBR) 被廣泛用于綠色輪胎胎面, 可根據(jù)要求生產(chǎn)不同宏觀結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)以及鏈節(jié)終端改性的專用品種。在聚合物生產(chǎn)過程中, 添加一定的化學(xué)品能夠改變聚合物鏈節(jié)終端,顯著增強(qiáng)聚合物與炭黑之間的相互作用, 減小填料與填料之間的相互作用, 從而可降低輪胎的滾動(dòng)阻力。

第3 代SSBR 通過分子設(shè)計(jì)和鏈結(jié)構(gòu)的優(yōu)化組合, 最大限度地提高了橡膠的綜合性能, 主要有3 種產(chǎn)品: 一是大分子鏈中引入異戊二烯鏈段制成的苯乙烯-異戊二烯-丁二烯共聚物, 即集成橡膠( SIBR) , 集良好的低溫性能、低滾動(dòng)阻力和高抓著性能于一身, 是迄今為止性能最為全面的二烯烴類合成橡膠, 極具市場(chǎng)潛力; 二是漸變式序列結(jié)構(gòu)分布的嵌段型SSBR, 能較好地平衡抗?jié)窕院蜐L動(dòng)阻力; 三是硅烷改性SSBR, 增強(qiáng)了橡膠與白炭黑等白色補(bǔ)強(qiáng)劑之間的親和性, 配合時(shí)可不用或少用鈦酸酯等昂貴的偶聯(lián)劑, 這種環(huán)保型產(chǎn)品可滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求, 符合現(xiàn)代輪胎的發(fā)展方向。

（4）BR

汽車輪胎必須盡可能使?jié)L動(dòng)阻力、耐磨性和抗?jié)窕赃@一魔三角得到最佳平衡。高順式BR不僅可解決胎面耐磨性問題, 還可在輪胎的其它部位發(fā)揮其優(yōu)越性。BR 與SSBR 并用作胎面膠可使輪胎具有最佳的抓著力與磨耗的綜合平衡性能, 還能降低滾動(dòng)阻力, 節(jié)省燃料5% 。BR/ SSBR 胎面膠采用白炭黑和硅烷偶聯(lián)劑。BR 用量提高到40 份可保持耐磨性能, 而SSBR 和白炭黑則可降低滾動(dòng)阻力, 提高輪胎的雪地和濕路面抓著力 。BR 用量最大的部位是子午線輪胎胎側(cè)。配合有防老劑6PPD 的NR/ BR 并用膠( 并用比為50 ： 50) 具有最佳的抗龜裂增長(zhǎng)性能, 且具有良好的抗刺扎性能和長(zhǎng)使用壽命。BR 作為胎圈用膠可改善耐磨性和彈性, 降低生熱。高乙烯基含量BR( HVBR) 與NR 并用作胎體膠可提高耐老化性能和抗硫化返原性能。

（5）IIR

IIR 最主要的應(yīng)用領(lǐng)域是輪胎, 占其總消耗量的80% 以上。隨著無(wú)內(nèi)胎輪胎的發(fā)展, HIIR的需求正逐年上升。目前, HIIR 需求量已占IIR總需求量的60% 左右。IIR 具有優(yōu)良的氣密性和耐化學(xué)藥品性等。

（6）發(fā)泡橡膠

為了解決鑲釘輪胎引起的粉塵問題, 用無(wú)防滑釘輪胎取代了鑲釘輪胎。無(wú)防滑釘輪胎的重要特征是在0攝氏度 左右的摩擦力高。在濕冰上, 需要大幅度提高排水效果, 光靠花紋溝和刀槽花紋的排水作用是不夠的, 現(xiàn)已開發(fā)出可提高排水、嚙合效果和粘著摩擦力的新型橡膠, 其中具有代表性的是發(fā)泡橡膠。發(fā)泡橡膠是指具有許多微型獨(dú)立氣泡的橡膠。

（7）聚氨酯彈性體

聚氨酯彈性體與橡膠相比具有更優(yōu)異的耐磨性能、較高的撕裂強(qiáng)度和較寬的硬度范圍等特性。澆注型聚氨酯彈性體是目前最耐磨的彈性體, 具有高耐磨、可著色、高抗切割性、優(yōu)良的耐油及耐化學(xué)品等優(yōu)點(diǎn), 而且對(duì)人體無(wú)毒害作用, 又能完全生物降解, 還不必添加炭黑和芳烴油, 是輪胎胎面的理想材料。米其林公司的PAX 跑氣保用輪胎配備了新型輕量聚氨酯輔助支撐環(huán), 比原來的橡膠支撐環(huán)小4 kg 左右。用聚氨酯作為輪胎翻新材料的關(guān)鍵技術(shù)是采用納米技術(shù)提高聚氨酯彈性體的熱穩(wěn)定性, 使其最高使用溫度達(dá)到120 攝氏度，其次是研制出成本低廉、使用方便、效果好的橡膠表面處理劑和粘合劑, 使聚氨酯胎面與普通橡膠能牢固地粘合在一起。采用聚氨酯胎面翻新的輪胎實(shí)際行駛里程可比普通輪胎高1~ 2 倍, 同時(shí)能消除大量炭黑和芳烴油對(duì)環(huán)境的污染, 是提高翻新輪胎性能的新途徑。

簾線增強(qiáng)體系

（1）人造絲

由于人造絲尺寸穩(wěn)定性好, 用其作子午線輪胎胎體骨架材料能獲得優(yōu)異的操縱性能, 因此目前還常用于高性能輪胎和跑氣保用輪胎, 但是人造絲耗用天然森林資源和生產(chǎn)過程嚴(yán)重污染等問題已日益被人們所重視。

（2）錦綸

錦綸簾線主要用于斜交輪胎, 最新推出的新產(chǎn)品主要為聚己二酰丁二胺纖維和杜邦公司的HYTEN 高強(qiáng)度聚酰胺纖維等。聚己二酰丁二胺纖維( 錦綸46) 具有熔點(diǎn)高、熱收縮小及模量高的特點(diǎn), 不像錦綸6 和錦綸66 那樣易因生熱而使簾線熔化, 降低輪胎的耐久性。用HYTEN 作子午線輪胎胎體骨架材料可使輪胎具有良好的耐久性和低生熱性, 且可小輪胎質(zhì)量。固特異公司使用大直徑HYTEN 簾線作為緩沖層和胎體簾布層試制的航空輪胎可分別約簾布和膠料約17% 和45%, 使輪胎減少駐波現(xiàn)象、減小簾布層剪切變形和降低生熱。

（3）聚酯

聚酯是在橡膠工業(yè)中穩(wěn)步發(fā)展的纖維之一。20 世紀(jì)80 年代便成功地開發(fā)出尺寸穩(wěn)定型聚酯( DSP) , 使用尺寸穩(wěn)定型聚酯簾布制造子午線輪胎可免除硫化后充氣工藝, 而且解決了因熱收縮而導(dǎo)致的輪胎胎側(cè)產(chǎn)生凹陷的外觀問題。聚酯用于輕型載重輪胎的原材料成本比人造絲降低35% 。由于聚酯的強(qiáng)度高于人造絲, 使用聚酯時(shí)通?？梢詼p少胎體層數(shù)。

（4）鋼絲

鋼絲的最大特點(diǎn)是強(qiáng)度高。近年來, 輪胎用鋼絲骨架材料的主要新產(chǎn)品如下。

a) 高強(qiáng)度鋼絲

近年來, 高強(qiáng)度鋼絲簾線在輪胎中大量使用,其強(qiáng)度比普通鋼絲簾線高20% ~ 40%。目前還在研制強(qiáng)度高達(dá)4. 0 GPa 的超高強(qiáng)度鋼絲。

b) 超細(xì)超強(qiáng)鋼絲

固特異公司專為跑氣保用輪胎開發(fā)了超細(xì)超強(qiáng)鋼絲( 在25 mm 內(nèi)可排列7 000 根) 。這種超細(xì)鋼絲簾線的開發(fā)成功開創(chuàng)了轎車輪胎胎體使用鋼絲簾線的先河。

（5）芳綸

芳綸纖維具有很高的熱穩(wěn)定性, 在400~ 430攝氏度 下才發(fā)生氧化降解, 融點(diǎn)高達(dá)500 攝氏度 , 模量很高。

（6）復(fù)合簾線

到目前為止, 還沒有一種市售的簾線能完全滿足輪胎所要求的各種性能。為充分利用各種簾線的優(yōu)點(diǎn)而克服其缺點(diǎn), 人們提出采用復(fù)合簾線的方法。已有專利提出, 以錦綸長(zhǎng)絲作表層、聚酯絲作芯層制造錦綸/ 聚酯復(fù)合簾線, 該復(fù)合簾線集聚酯簾線的彈性、強(qiáng)度以及錦綸簾線良好的粘合性于一身。與芳綸簾線相比, 由1~ 2 股芳綸和1 股錦綸或聚酯并捻而成的復(fù)合簾線具有如下特征: 耐疲勞性和斷裂伸長(zhǎng)率較高、模量較低、收縮率可控、強(qiáng)度成本比更好或相當(dāng)。與芳綸/ 錦綸復(fù)合簾線相比, 芳綸/ 聚酯復(fù)合簾線具有稍低的拉伸性能、高得多的模量、較小的永久變形和較差的粘合力。目前已有部分大型工程機(jī)械輪胎采用復(fù)合簾線。

填充補(bǔ)強(qiáng)體系

近年來, 高結(jié)構(gòu)炭黑、納米結(jié)構(gòu)炭黑、白炭黑和炭黑-白炭黑雙相填充劑等新品種填充劑的相繼研制成功在保持輪胎胎面膠低滾動(dòng)阻力的前提下, 提高了輪胎的耐磨性, 使輪胎綜合性能得到提高, 推動(dòng)了綠色輪胎的發(fā)展。

（1）炭黑

a) 高性能和低滯后損失炭黑

高性能炭黑的特征是粒徑小, 結(jié)構(gòu)適宜, 聚集體尺寸分布較窄, 表面活性高, 而低滯后損失炭黑的特征是結(jié)構(gòu)高, 聚集體尺寸分布較寬, 表面活性高。

b) 納米結(jié)構(gòu)炭黑

納米結(jié)構(gòu)炭黑采用經(jīng)改進(jìn)的爐法工藝生產(chǎn)。與傳統(tǒng)炭黑相比, 納米結(jié)構(gòu)炭黑具有更高的表面粗糙度和活性。較高的表面活性主要與高度無(wú)序交聯(lián)的較小結(jié)晶粒子有關(guān)。這種結(jié)晶粒子具有大量的棱邊, 成為具有高表面能的活性場(chǎng), 與聚合物產(chǎn)生很強(qiáng)的相互作用。

( 2) 白炭黑

白炭黑為高度分散狀的無(wú)定形粉末或絮狀粉末, 具有很高的電絕緣性、多孔性和吸水性。其原始顆粒粒徑小于3 μm, 故比表面積大。胎面使用特殊的聚合物和白炭黑/ 硅烷體系,可以獲得高濕路面牽引性能和濕路面剎車性能,并降低滾動(dòng)阻力。在歐洲的原配轎車輪胎市場(chǎng),胎面采用白炭黑/ 硅烷填充體系的輪胎已經(jīng)達(dá)80% 以上?，F(xiàn)代冬季輪胎性能的大幅度提高也主要依賴在胎面膠中采用白炭黑/ 硅烷體系。專用高分散性白炭黑配合高結(jié)構(gòu)細(xì)粒子炭黑用于載重汽車輪胎, 可以降低滾動(dòng)阻力, 同時(shí)可保持耐磨性能。

( 3) 炭黑-白炭黑雙相填充劑

炭黑-白炭黑雙相填充劑提高了彈性體與填充劑的相互作用, 降低了填充劑與填充劑的相互作用, 可大大降低輪胎的滾動(dòng)阻力, 提高牽引力,卻不降低傳統(tǒng)炭黑的耐磨性能[ 20] 。

( 4) 以淀粉為基料的新型填充劑( BoT red)

BoT red 是一種以淀粉為基料的新型填充劑,先從玉米中提取玉米淀粉衍生物, 變成微滴后經(jīng)處理轉(zhuǎn)換成生物聚合物填充劑。BoT red 為球形粒子, 便于將機(jī)械能降至最小和降低滾動(dòng)阻力。固特異公司用BoT red 制造的GT3 綠色輪胎與其前一代產(chǎn)品相比, 抗水滑性能提高5%, 質(zhì)量減小100 g, 滾動(dòng)阻力降低10%。

( 5) 短纖維

短纖維應(yīng)用于輪胎胎面中對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力的影響主要有以下兩方面: a) 提高輪胎的剛性, 使輪胎在行駛過程中承受同樣載荷時(shí)下沉量明顯減小, 即輪胎的變形減小, 因而降低滾動(dòng)阻力;b) 短纖維用于胎面膠不僅可以提高胎面的剛性, 而且可以使胎面的摩擦因數(shù)減小, 滾動(dòng)阻力也相應(yīng)下降。

未來發(fā)展

綠色輪胎集中體現(xiàn)了推行環(huán)保節(jié)能、促進(jìn)全球經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的歷史潮流。1997 年綠色輪胎在歐洲乘用輪胎市場(chǎng)占有率已達(dá)60% , 2002 年進(jìn)一步上升到90% 。綠色輪胎的研制是目前世界各大輪胎企業(yè)競(jìng)相投入的重點(diǎn), 綠色輪胎的發(fā)展前景非常廣闊。