省油從腳下開始

    文/孫超

    眾所周知，輪胎因滾動阻力造成的能量約占汽車能量總損失的15%，因此降低滾動阻力30%即可減少油料消耗5%。作為占驅動功能量1/3的輪胎，如何實現(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，各國爭相發(fā)展，國際上通指滾動阻力小、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包括生產(chǎn)所用的原料為綠色環(huán)保材料，報廢的輪胎可持續(xù)利用等，現(xiàn)已成為世界各國輪胎行業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略要點。

    輪胎材料對降低滾動阻力、節(jié)省燃料消耗也起著極為重要的作用，特別是像膠和補強材料表現(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期。補強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強的歷史。現(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)保助劑的時代。

    新材料

    隨著輪胎材料、結構和制造技術的進步出現(xiàn)了新型輪胎，廠商開發(fā)了新的輪胎市場。輪胎材料也發(fā)生了許多新的變化。尤其是可調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)保性能上了一個新的臺階。

    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，同時還能大幅降低尾氣CO2的排放量，實現(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，還會產(chǎn)生更佳的效果。

    新技術三部曲

    Step1、白炭黑于偶聯(lián)劑的聯(lián)合使用

    輪胎的補強材料—白炭黑，從1968年被制成藍色冬用輪胎以來，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強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環(huán)境友好的“綠色”輪胎。這種輪胎可使抗?jié)裥阅芴岣?%,滾動阻力降低19%，詳見表1。

    偶聯(lián)劑是白炭黑性能發(fā)揮的關健，它能使白炭黑與橡膠分子很好地進行化學結合而提高補強性。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結合，也開發(fā)了可與白炭黑反應的末端基改性的合成橡膠。此時可以省去偶聯(lián)劑。當然，偶聯(lián)劑和白炭黑會造成輪胎成本升高，同時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。對于“綠色”輪胎來說，白炭黑與炭黑的比例已達4:1。      

    Step2、炭黑技術的再次飛躍

    白炭黑的推廣使用對炭黑提出了嚴峻挑戰(zhàn)，促使炭黑進一步改革創(chuàng)新，很快開發(fā)出一系列結構更高、粒子更細的高性能、低滯后和低滾阻等多種類型的新炭黑與之競爭。而且為應對“綠色”輪胎的出現(xiàn)，還開發(fā)出以硅化學改性的雙相炭黑，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，又稱為納米結構炭黑。

    現(xiàn)在，白炭黑與炭黑已處于勢均力敵、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，這兩種補強劑均已進入納米級材料領域，再加上納米活性氧化鋅和碳酸鈣的使用，輪胎材料實際上已經(jīng)在向納米級的方向發(fā)展。

    Step3、天然橡膠大規(guī)模使用

    最近，由于世界石油價格不斷上漲，下游產(chǎn)品供應趨緊，橡膠、有機化纖簾線、炭黑及像膠助劑等輪番漲價，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，少用石油化學衍生的炭黑及石油系軟化劑。

    現(xiàn)在，從技術上已開發(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，在混煉設備方面也出現(xiàn)了適于煉制白炭黑等難混膠料的強力驅動型、轉子嚙合型的大容量變速密煉機。因此，白炭黑的使用比例在逐步擴大，在未來不長的時間里，有可能實現(xiàn)白炭黑/炭黑2:1的發(fā)展水平。

    對環(huán)保型輪胎來說，減少行駛中的噪音和振動也是一項主要的內(nèi)容。除了對輪胎行駛均一性和動平衡性能提出更加嚴格的指標限制以外，胎面材質及花紋成為主要研究課題。特別是在花紋上早已呈現(xiàn)百花競放的形勢，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。輪胎已進入從高速安全走上節(jié)省燃料、減少尾氣排放以及無振動和靜音的發(fā)展時代。

    TIPS

    米其林ENERGY XM1+

    米其林ENERGYXM1+輪胎的最大優(yōu)點就是超長的行駛里程。這款專門為中國市場設計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靜表現(xiàn)上都可圈可點。與之前相比，它采用先進胎面橡膠配方改進了輪胎的耐磨性,帶來更高里程；此外，由于應用了更為優(yōu)化的輪胎結構，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。

   有人曾對米其林綠色輪胎做過這樣一項測試，在同時停止發(fā)動機的推動力后，使用米其林綠色輪胎的汽車遠比使用一般輪胎的車滑行得更遠。眾所周知，在汽車行駛中，能量會被各種阻力所消耗，其中約20%的汽油被輪胎滾動阻力所消耗。而綠色輪胎胎面可有效降低輪胎滾動阻力。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（特別是濕路制動性）的前提下，實現(xiàn)了對輪胎滾動阻力高達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，為我們的地球減負。

    錦湖SOLUS KH19

    錦湖SOLUSKH19高性價比節(jié)能環(huán)保輪胎，采用歐洲最嚴格的環(huán)保標準，減少對環(huán)境有害原料的使用，采用了高強度輕重量的結構材料，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)濟性，在濕地剎車能力表現(xiàn)卓越。

《產(chǎn)品可靠性報告》2012年4月刊