環(huán)保型輪胎及對(duì)炭黑性能的要求
時(shí)間:2005-09-22
安全、環(huán)保和節(jié)能是21世紀(jì)輪胎技術(shù)發(fā)展的主題。在提高輪胎性能的同時(shí)，必須要著力解決安全、環(huán)保和節(jié)能三個(gè)重要問(wèn)題。目前，在輪胎中，炭黑作為補(bǔ)強(qiáng)填充劑仍占有絕對(duì)的統(tǒng)治地位，但同時(shí)受到白炭黑強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)。因此，為滿足環(huán)保型輪胎發(fā)展的需求，炭黑質(zhì)量必須不斷提高，生產(chǎn)工藝必須不斷改進(jìn)，從而與白炭黑一起共同提高輪胎的性能。
一、國(guó)內(nèi)輪胎產(chǎn)量及市場(chǎng)預(yù)測(cè)
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和汽車工業(yè)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)輪胎工業(yè)近幾年的發(fā)展較快，1988~2003年輪胎產(chǎn)量（含摩托車輪胎）已經(jīng)達(dá)到2.39億條，其中子午線輪胎1.03億條，產(chǎn)量比2003年6900萬(wàn)條有大幅度增長(zhǎng)，子午化率也由2003年36.66%提高到43.62%。
預(yù)計(jì)2005年的輪胎總需求量為2.31億條，汽車輪胎需求量1.71億條（轎車輪胎7480萬(wàn)條，輕載輪胎5270萬(wàn)條，載重輪胎4370萬(wàn)條），其中子午線輪胎約1.29億條（轎車輪胎7480萬(wàn)條，輕載輪胎3190萬(wàn)條，載重輪胎2230萬(wàn)條），屆時(shí)我國(guó)輪胎子午化率將達(dá)到55.8%。
2010年的汽車輪胎總需求量預(yù)測(cè)為2.40億條（轎車輪胎1.26億條，輕載輪胎6125萬(wàn)條，載重輪胎5255萬(wàn)條），其中子午線輪胎2.06億條（轎車輪胎1.26億條，輕載輪胎4330萬(wàn)條，載重輪胎3710萬(wàn)條）。
二、環(huán)保型輪胎及其性能要求
1.環(huán)保型輪胎
目前“環(huán)保型輪胎”的提法越來(lái)越普遍，但還沒(méi)有一個(gè)明確的定義，從廣義上理解，凡是比目前常用輪胎更有利于環(huán)保的輪胎就可以稱之為環(huán)保型輪胎。
（1）節(jié)能
在汽車行駛過(guò)程中，能量被各種阻力所消耗，其中約20%的汽油被輪胎滾動(dòng)阻力所消耗，因此，能夠降低輪胎的滾動(dòng)阻力即可降低能耗（每減少3%~5%的滾動(dòng)阻力就能節(jié)約1%的燃油消耗）。同時(shí)降低油耗還意味著降低污染物的排放，這是一舉兩得的好事。
此外，如果在輪胎的生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了能耗的顯著降低，則此輪胎也應(yīng)可稱為環(huán)保型輪胎。
（2）降噪
輪胎行駛噪聲是汽車行駛中重要的外部噪聲，對(duì)周邊環(huán)境的影響比較大，對(duì)汽車本身的舒適性也有明顯影響，因此環(huán)保型輪胎有必要在降低噪聲上做些工作。
（3）不直接或間接污染環(huán)境
采用環(huán)保型材料是減少環(huán)境污染的有效措施。在生產(chǎn)過(guò)程中采用非污染型的、無(wú)毒無(wú)害的原材料和助劑有助于改善工人工作環(huán)境，同時(shí)避免使用在生產(chǎn)或使用過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致污染的原材料也是間接有利于環(huán)保的。
現(xiàn)在有的輪胎因?yàn)樵谠牧现惺褂昧嗽偕z，稱為環(huán)保型輪胎，從廣義上說(shuō)也未嘗不可。
（4）生產(chǎn)工藝過(guò)程的環(huán)保
目前國(guó)際上先進(jìn)輪胎制造技術(shù)發(fā)展很快，這些技術(shù)的特點(diǎn)除了可以更精確和高效的完成輪胎制造外，還有一個(gè)顯著特點(diǎn)就是更加環(huán)保。采用先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的能耗比傳統(tǒng)工藝下降30%~50%，其措施可能有采用低溫連續(xù)混煉工藝、微波硫化工藝等。這種生產(chǎn)技術(shù)和工藝的開(kāi)發(fā)也是我國(guó)未來(lái)一段時(shí)期要重點(diǎn)從事的工作。
（5）對(duì)路面和環(huán)境無(wú)害的輪胎
目前國(guó)外已開(kāi)發(fā)出無(wú)需鑲釘和防滑鏈的冬用輪胎，它可以明顯減小輪胎對(duì)路面的破壞和降低噪聲，也是十分有利于環(huán)保的。
除此之外，還有其它許多有利于環(huán)保的措施，如可翻新性、可降解性等等，范圍很廣，因此環(huán)保型輪胎并不應(yīng)僅僅形成一個(gè)概念，而要化為一種思想，是輪胎設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中要始終堅(jiān)持的一個(gè)原則。
盡管如此，我們?cè)谟懻摥h(huán)保型輪胎這個(gè)問(wèn)題時(shí)，還是希望進(jìn)一步明確其含義或?qū)V義的理解具體化，從而突出重點(diǎn)，在工作中更加有的放矢。為此我們列出目前市場(chǎng)上較典型的三大類環(huán)保型輪胎：①可以減少燃料消耗、降低廢氣排放量，達(dá)到節(jié)省能源和防止大氣污染目的的“綠色”輪胎；②具有良好的高速性、制動(dòng)性、安全性和舒適性，同時(shí)又能防止振動(dòng)和減少噪聲的高性能和超高性能輪胎；③取代鑲釘或掛鏈的輪胎，從而防止路面遭到破壞以及避免揚(yáng)塵和噪聲的非鑲釘冬用或全天侯輪胎。
通過(guò)對(duì)以上幾種環(huán)保型輪胎的性能分析可知，環(huán)保型輪胎與炭黑有關(guān)的主要技術(shù)指標(biāo)應(yīng)當(dāng)是更小的滾動(dòng)阻力、更小的滯后損失、更低的噪聲和更優(yōu)的抗?jié)裥阅堋?BR>2．環(huán)保型輪胎的發(fā)展趨勢(shì)
目前全世界范圍內(nèi)環(huán)保型輪胎的發(fā)展很快。
高性能輪胎2003年的銷售量是1997年的2.44倍，是2000年的1.43倍，達(dá)到1815萬(wàn)條，這期間的年均增長(zhǎng)率約為15%。今后5年內(nèi)，高性能輪胎銷量仍將持續(xù)增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)速度將有所下降，趨于平穩(wěn)。
冬季輪胎全球需求量約7800萬(wàn)條，消費(fèi)主要集中在歐、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家。
“綠色”輪胎是環(huán)保型輪胎中的主流產(chǎn)品，自1990年米其林公司率先推出后，已為全球市場(chǎng)所廣泛接受，并成為一個(gè)劃時(shí)代產(chǎn)品。目前許多公司都擁有自己的“綠色”輪胎產(chǎn)品，其市場(chǎng)占有率也不斷增長(zhǎng)。可以確信，未來(lái)市場(chǎng)上的“綠色”輪胎必然會(huì)越來(lái)越多，這畢竟已成為公認(rèn)的發(fā)展方向。
三．目前輪胎中炭黑的使用情況
有關(guān)各種炭黑的用量許多文獻(xiàn)中均有報(bào)道，此處不再贅述?，F(xiàn)以全鋼載重子午線輪胎為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明一下輪胎各膠料中炭黑的使用情況。在膠料配方中使用何種炭黑，主要取決于該膠料的性能要求?，F(xiàn)分述如下：
1．胎面膠
要求：耐磨、抗撕裂、強(qiáng)度高（通常高于20Mpa）、滾動(dòng)阻力小、滯后損失小。所用炭黑有N115、N121、N220、N234。有的配方使用部分白炭黑。
2．帶束層膠
要求：與鋼絲粘合性能好、可滲透到鋼絲內(nèi)部，定伸應(yīng)力大（16~19Mpa）、強(qiáng)度高、硫化速度快。所用炭黑有N375、N326、N330。
3．胎體膠
要求：粘合性好、動(dòng)態(tài)耐疲勞、滯后損失小、抗撕裂性能高、定伸強(qiáng)度大、未硫化膠挺性好。所用炭黑有N375、N326、N330。
4．胎圈鋼絲覆蓋膠
要求：粘合性好、硬度高、定伸應(yīng)力大、強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率要求不高。所用炭黑有N660。
5．胎側(cè)膠
要求：動(dòng)態(tài)性能好、耐屈撓性好、定伸應(yīng)力低、流動(dòng)性好、耐老化性能特別好、半成品自粘性好。所用炭黑的N375、N330、N660。
四．輪胎膠料對(duì)炭黑的要求
隨著輪胎性能要求、設(shè)計(jì)水平和生產(chǎn)工藝的不斷進(jìn)步，對(duì)于各種原材料和配合劑的要求也越來(lái)越高，對(duì)炭黑的要求也不例外。在設(shè)計(jì)原則要求盡可能少地采用炭黑品種的條件下，一條輪胎中所用到的炭黑仍達(dá)到六七種，一個(gè)輪胎生產(chǎn)中所用到的炭黑品種多達(dá)十余種。這就要求我國(guó)的炭黑生產(chǎn)企業(yè)要開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)更多品種規(guī)格的產(chǎn)品，以滿足輪胎生產(chǎn)企業(yè)的需要。
除了品種不全外，我國(guó)炭黑產(chǎn)品存在的另一個(gè)問(wèn)題就是產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差，也就是說(shuō)，同一個(gè)規(guī)格各批次炭黑的性能有較大差異。這種現(xiàn)象對(duì)于輪胎生產(chǎn)的影響實(shí)在太大了，膠料性能的微小變化都有可能導(dǎo)致整批輪胎出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題，特別是由于炭黑的用量較大，對(duì)膠料性能的影響也較大。
五．新品種炭黑的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用
汽車性能的發(fā)展對(duì)輪胎提出的要求太高了，輪胎生產(chǎn)企業(yè)也不遺余力地爭(zhēng)取制造出性能更卓越的輪胎。在這一過(guò)程中，輪胎生產(chǎn)企業(yè)對(duì)原材料生產(chǎn)企業(yè)也寄予厚望，希望他們能夠提供性能更加卓越的產(chǎn)品，使得輪胎設(shè)計(jì)上具有更大的空間。
實(shí)際上，炭黑生產(chǎn)企業(yè)也確實(shí)做得非常優(yōu)秀，甚至于比輪胎企業(yè)要求的還要多。例如卡博特公司的Vulcan系列、Ecoblack系列、炭黑/白炭黑雙相填料、摻硅炭黑或多相炭黑；德固薩公司的EB系列Inversion Black；哥倫比亞公司的CD系列；大陸碳公司的LH系列低滯后炭黑；炭黑工業(yè)研究設(shè)計(jì)院的Z系列低滯后炭黑。這些新品種炭黑的優(yōu)異性能也為輪胎性能的提高作出了很大的貢獻(xiàn)。
在環(huán)保型輪胎配合技術(shù)方面有了許多新的進(jìn)展。我們知道，米其林公司的“綠色”輪胎采用的是白炭黑和硅烷偶聯(lián)劑配合技術(shù)，這是輪胎膠料配合技術(shù)的一個(gè)重大進(jìn)展。除此之外，還有一些能與白炭黑競(jìng)爭(zhēng)的填料，如炭黑一白炭黑雙相填料和新的納米結(jié)構(gòu)炭黑。與此同時(shí)，還有人研究了無(wú)白炭黑的低滾動(dòng)阻力和高濕路面抓著力的膠面膠料，它是通過(guò)采用一種反應(yīng)性混煉技術(shù)，即在傳統(tǒng)炭黑填料和典型乳聚SBR/BR共混膠的第一段混煉時(shí)加入少量硫黃給予體實(shí)現(xiàn)的。
另外，卡博持公司的連續(xù)液相混煉工藝生產(chǎn)NR/炭黑混煉膠也為我們開(kāi)辟了新的思路。
但是有一點(diǎn)還應(yīng)注意到，盡管炭黑生產(chǎn)企業(yè)已開(kāi)發(fā)出一系列的新品種炭黑，但是國(guó)內(nèi)企業(yè)真正將其用于實(shí)際生產(chǎn)的還不算太多。其中一個(gè)重要的問(wèn)題是應(yīng)用研究與生產(chǎn)技術(shù)的結(jié)合不夠緊密。國(guó)外知名炭黑企業(yè)在應(yīng)用研究方面做得工作還比較多，但國(guó)內(nèi)企業(yè)就相對(duì)少一些，更重要的一點(diǎn)是，應(yīng)用研究的成果必須要與輪胎生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，才有可能進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的階段。
