黃向前,吳桂忠(北京橡膠工業(yè)研究設計院,北京　100039)

摘要:環(huán)保型輪胎的主要特點是能耗和噪聲低、不污染環(huán)境。炭黑可調(diào)節(jié)滯后損失、噪聲和抗?jié)窕阅艿扰c環(huán)保有關的輪胎性能。保持炭黑產(chǎn)品質量穩(wěn)定、加大新產(chǎn)品開發(fā)和應用研究力度是我國炭黑行業(yè)亟待解決的問題。優(yōu)化炭黑配合或/和采用新品種炭黑,同時提高輪胎結構設計、膠料配合和生產(chǎn)工藝技術水平是改善輪胎環(huán)保性的有效手段。

關鍵詞:環(huán)保型輪胎;炭黑

中圖分類號:TQ336·1;U463·341;TQ330·38+1文獻標識碼:B文章編號:1006-8171(2005)11-0643-03

安全、環(huán)保和節(jié)能是21世紀輪胎技術的發(fā)展方向。在提高輪胎性能時,必須要著力達到這3項要求。目前,在輪胎膠料補強劑中炭黑仍占有絕對優(yōu)勢,但白炭黑已對其發(fā)起了強有力的挑戰(zhàn)。只有不斷優(yōu)化炭黑結構和形態(tài)以及開發(fā)新品種炭黑,并同時使用炭黑和白炭黑,才能滿足環(huán)保型輪胎的發(fā)展需要。

1　我國輪胎產(chǎn)量及市場預測

隨著國民經(jīng)濟和汽車工業(yè)的快速發(fā)展,我國輪胎工業(yè)近年來發(fā)展較快,1998~2003年輪胎產(chǎn)量的年均增長率接近12%。2004年我國輪胎(含摩托車輪胎)總產(chǎn)量達到2.39億條,其中子午線輪胎產(chǎn)量為1.04億條,與2003年的6 900萬條相比增幅較大,子午化率也由2003年的36.66%提高到43.51%。

預計2005年我國輪胎總需求量為2.31億條,其中汽車輪胎需求量為1.71億條(轎車輪胎7 480萬條,輕型載重輪胎5 270萬條,載重輪胎4 370萬條),子午線輪胎需求量為1.29億條(轎車輪胎7 480萬條,輕型載重輪胎3 190萬條,載重輪胎2 230萬條),屆時我國輪胎子午化率將達到55.8%。

預計2010年我國汽車輪胎需求量為2.4億條(轎車輪胎1.26億條,輕型載重輪胎6 125萬條,載重輪胎5 255萬條),其中子午線輪胎需求量為2.06億條(轎車輪胎1.26億條,輕型載重輪胎4 330萬條,載重輪胎3 710萬條)。

2　環(huán)保型輪胎的性能要求及發(fā)展趨勢

2.1　性能要求

目前,環(huán)保型輪胎的生產(chǎn)和應用已越來越多,但環(huán)保型輪胎的定義卻并不明確。從本質上講,凡是比常用輪胎更有利于環(huán)保的輪胎都可稱為環(huán)保型輪胎。

(1)能耗低

輪胎克服滾動阻力的燃料消耗量約占車輛燃料消耗量的20%,因此降低輪胎滾動阻力可顯著減小車輛燃料消耗量(輪胎滾動阻力降低3%~5%,車輛燃料消耗量減小約1%),而減小車輛燃料消耗量又會減小廢物排放量,故降低輪胎滾動阻力是一舉多得的舉措。

(2)噪聲低

輪胎行駛噪聲是汽車行駛中主要的外部噪聲,對周邊環(huán)境的影響較大,對汽車的舒適性也有明顯影響,因此應嚴格控制環(huán)保型輪胎的噪聲。

(3)不污染環(huán)境

輪胎生產(chǎn)采用無毒、無害且不污染環(huán)境(包括輪胎使用過程中)的原材料對環(huán)保十分有利。從廣義上講,采用再生膠等再生材料制造的輪胎也可稱為環(huán)保型輪胎。

(4)生產(chǎn)環(huán)保性

目前國際上先進的輪胎生產(chǎn)技術,如低溫連續(xù)混煉和微波硫化等技術發(fā)展很快。這些技術除可以精確、高效地完成輪胎生產(chǎn)外,還有利于環(huán)保,即其能耗比傳統(tǒng)技術減小30%~50%。低能耗輪胎生產(chǎn)技術的研發(fā)和應用是我國輪胎工業(yè)及相關行業(yè)近期研究的重要課題。

(5)其它

國外已開發(fā)出非鑲釘和非掛鏈(防滑鏈)冬季輪胎,其抗?jié)窕阅芎?、對路面的破壞小及噪聲?十分有利于環(huán)保。另外,可翻新和可降解輪胎也是值得開發(fā)的環(huán)保型輪胎。

目前,市場上的環(huán)保型輪胎可分為三大類。可減小車輛燃料消耗量和廢物排放量的綠色輪胎;

高速、制動、安全及舒適性能好,減震和降噪性能優(yōu)異的高性能和超高性能輪胎;

抗?jié)窕阅芎谩β访嫫茐男?、揚塵少及噪聲低的非鑲釘冬季和全天候輪胎(取代鑲釘和掛鏈輪胎)。

從根本上講,環(huán)保型輪胎并不是一個概念,而是一種思想,是輪胎設計和生產(chǎn)中應當堅持的原則。

2·2　發(fā)展趨勢

近幾年環(huán)保型輪胎發(fā)展很快。2003年全球高性能輪胎的銷售量達到1 815萬條,是1997年的2.44倍,是2000年的1.43倍,年均增長率約為15%。今后5年內(nèi),高性能輪胎銷量仍將持續(xù)增長,但增長速度有所下降,增長趨于平緩。全球冬季輪胎需求量約為7 800萬條,消費主要集中在歐、美、日等發(fā)達國家和地區(qū)。綠色輪胎是米其林公司1990年率先推出的劃時代產(chǎn)品,其環(huán)保理念已逐漸被全球市場所接受。目前,許多輪胎公司都擁有自己的綠色輪胎生產(chǎn)技術且在不斷完善,綠色輪胎已成為環(huán)保型輪胎的主流產(chǎn)品。

可以確信,今后環(huán)保型輪胎產(chǎn)品品種會越來越多,市場占有率會越來越大。

3　輪胎中炭黑的使用情況

目前,我國輪胎生產(chǎn)使用的炭黑已基本國產(chǎn)化(見表1)?，F(xiàn)以全鋼載重子午線輪胎和半鋼子午線輪胎為例,介紹輪胎各部位炭黑的使用情況

3·1　全鋼載重子午線輪胎

(1)胎面膠

性能要求:拉伸強度高,抗撕裂性能和耐磨性能好,滯后損失低。所用炭黑品種:N115,N121,N220和N234,有時并用白炭黑/硅烷偶聯(lián)劑體系。

(2)帶束層膠

性能要求:可滲透到鋼絲簾線內(nèi),與鋼絲粘合性能好,硫化速度快,定伸應力大,拉伸強度高。所用炭黑品種:N326,N330和N375。

(3)胎體膠

性能要求:挺性好,定伸應力大,粘合性能、抗撕裂性能和耐疲勞性能好,滯后損失低。所用炭黑品種:N326,N330和N375。

(4)胎圈鋼絲包膠

性能要求:粘合性能好,硬度高,定伸應力大。所用炭黑品種:N660。

(5)胎側膠

性能要求:流動性和自粘性好,耐屈撓性能、耐老化性能和動態(tài)性能優(yōu)異。所用炭黑品種:N330,N375和N660。

3·2　半鋼子午線輪胎

(1)胎面膠

半鋼子午線輪胎對高速安全和節(jié)能環(huán)保性能要求較高,胎面膠一般采用炭黑N234和N375等,高性能半鋼子午線輪胎胎面膠有時采用炭黑N134。

(2)帶束層膠

為滿足與鋼絲簾線粘合性能好、模量與輪胎整體剛性匹配的要求,半鋼子午線輪胎帶束層膠一般采用炭黑N326和N375等。

(3)胎體膠

由于胎體骨架為纖維簾線,模量較小,半鋼子午線輪胎胎體膠一般采用炭黑N550和N660等。

4　我國炭黑生產(chǎn)中存在的問題

炭黑可調(diào)節(jié)滯后損失、噪聲和抗?jié)窕阅艿扰c環(huán)保有關的輪胎性能。

品種不全是我國炭黑產(chǎn)品不能完全滿足輪胎生產(chǎn)的問題之一。一般而言,一條輪胎至少需要六七種炭黑,一個輪胎生產(chǎn)廠至少需要十余種炭黑。炭黑品種少對輪胎技術改進和新型輪胎開發(fā)極為不利。我國炭黑生產(chǎn)企業(yè)應加大炭黑新產(chǎn)品開發(fā)力度,生產(chǎn)更多品種及規(guī)格炭黑以滿足輪胎生產(chǎn)的需要。

產(chǎn)品質量不穩(wěn)定是我國炭黑產(chǎn)品存在的另一個問題。同一規(guī)格不同批次的炭黑性能差異較大,對輪胎生產(chǎn)的影響極大。因此,炭黑生產(chǎn)企業(yè)應嚴格控制炭黑的性能指標,避免炭黑性能波動導致的輪胎質量問題。

5　新品種炭黑的開發(fā)與應用

為滿足輪胎性能不斷提高的要求,國內(nèi)外炭黑生產(chǎn)企業(yè)不斷開發(fā)新品種炭黑,如卡博特公司的Vulcan系列炭黑、Ecoblack系列炭黑、炭黑-白炭黑雙相填料和摻硅炭黑(或多相炭黑);德固薩公司的EB系列反向炭黑;哥倫比亞公司的CD系列炭黑;大陸碳公司的LH系列低滯后炭黑;中橡集團炭黑工業(yè)研究設計院的Z系列低滯后炭黑。

除采用白炭黑/硅烷偶聯(lián)劑體系外,環(huán)保型輪胎膠料的配合技術還有:采用新品種炭黑,如炭黑-白炭黑雙相填料和新型納米結構炭黑等;炭黑與橡膠進行反應性混煉,如ESBR/BR并用體系與炭黑共混時加入少量硫給予體以生產(chǎn)滾動阻力低和抗?jié)窕阅芎玫奶ッ婺笩捘z以及卡博特公司采用連續(xù)液相混合凝固工藝生產(chǎn)NR/炭黑母煉膠。新品種炭黑雖然不斷涌現(xiàn),但在我國輪胎產(chǎn)品中的應用卻較少,主要原因是我國炭黑和輪胎行業(yè)對新品種炭黑的應用研究不夠重視,同時新品種炭黑的開發(fā)與輪胎需求脫節(jié),從而導致新品種炭黑的推廣應用較困難。

6　結語

環(huán)保型輪胎是輪胎的發(fā)展方向。優(yōu)化炭黑配合或/和采用新品種炭黑,同時提高輪胎結構設計、膠料配合和生產(chǎn)技術水平是改善輪胎環(huán)保性的有效手段。