黃向前,吳桂忠(北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院,北京　100039)

摘要:環(huán)保型輪胎的主要特點(diǎn)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(guān)的輪胎性能。保持炭黑產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、加大新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究力度是我國(guó)炭黑行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。優(yōu)化炭黑配合或/和采用新品種炭黑,同時(shí)提高輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、膠料配合和生產(chǎn)工藝技術(shù)水平是改善輪胎環(huán)保性的有效手段。

關(guān)鍵詞:環(huán)保型輪胎;炭黑

中圖分類(lèi)號(hào):TQ336·1;U463·341;TQ330·38+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1006-8171(2005)11-0643-03

安全、環(huán)保和節(jié)能是21世紀(jì)輪胎技術(shù)的發(fā)展方向。在提高輪胎性能時(shí),必須要著力達(dá)到這3項(xiàng)要求。目前,在輪胎膠料補(bǔ)強(qiáng)劑中炭黑仍占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì),但白炭黑已對(duì)其發(fā)起了強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)。只有不斷優(yōu)化炭黑結(jié)構(gòu)和形態(tài)以及開(kāi)發(fā)新品種炭黑,并同時(shí)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(guó)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(chē)工業(yè)的快速發(fā)展,我國(guó)輪胎工業(yè)近年來(lái)發(fā)展較快,1998~2003年輪胎產(chǎn)量的年均增長(zhǎng)率接近12%。2004年我國(guó)輪胎(含摩托車(chē)輪胎)總產(chǎn)量達(dá)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(wàn)條相比增幅較大,子午化率也由2003年的36.66%提高到43.51%。

預(yù)計(jì)2005年我國(guó)輪胎總需求量為2.31億條,其中汽車(chē)輪胎需求量為1.71億條(轎車(chē)輪胎7 480萬(wàn)條,輕型載重輪胎5 270萬(wàn)條,載重輪胎4 370萬(wàn)條),子午線輪胎需求量為1.29億條(轎車(chē)輪胎7 480萬(wàn)條,輕型載重輪胎3 190萬(wàn)條,載重輪胎2 230萬(wàn)條),屆時(shí)我國(guó)輪胎子午化率將達(dá)到55.8%。

預(yù)計(jì)2010年我國(guó)汽車(chē)輪胎需求量為2.4億條(轎車(chē)輪胎1.26億條,輕型載重輪胎6 125萬(wàn)條,載重輪胎5 255萬(wàn)條),其中子午線輪胎需求量為2.06億條(轎車(chē)輪胎1.26億條,輕型載重輪胎4 330萬(wàn)條,載重輪胎3 710萬(wàn)條)。

2　環(huán)保型輪胎的性能要求及發(fā)展趨勢(shì)

2.1　性能要求

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

(1)能耗低

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

(2)噪聲低

輪胎行駛噪聲是汽車(chē)行駛中主要的外部噪聲,對(duì)周邊環(huán)境的影響較大,對(duì)汽車(chē)的舒適性也有明顯影響,因此應(yīng)嚴(yán)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(wú)毒、無(wú)害且不污染環(huán)境(包括輪胎使用過(guò)程中)的原材料對(duì)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(chēng)為環(huán)保型輪胎。

(4)生產(chǎn)環(huán)保性

目前國(guó)際上先進(jìn)的輪胎生產(chǎn)技術(shù),如低溫連續(xù)混煉和微波硫化等技術(shù)發(fā)展很快。這些技術(shù)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(shù)減小30%~50%。低能耗輪胎生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用是我國(guó)輪胎工業(yè)及相關(guān)行業(yè)近期研究的重要課題。

(5)其它

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

目前,市場(chǎng)上的環(huán)保型輪胎可分為三大類(lèi)?？蓽p小車(chē)輛燃料消耗量和廢物排放量的綠色輪胎;

高速、制動(dòng)、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?、?duì)路面破壞小、揚(yáng)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(gè)概念,而是一種思想,是輪胎設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持的原則。

2·2　發(fā)展趨勢(shì)

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(xiāo)售量達(dá)到1 815萬(wàn)條,是1997年的2.44倍,是2000年的1.43倍,年均增長(zhǎng)率約為15%。今后5年內(nèi),高性能輪胎銷(xiāo)量仍將持續(xù)增長(zhǎng),但增長(zhǎng)速度有所下降,增長(zhǎng)趨于平緩。全球冬季輪胎需求量約為7 800萬(wàn)條,消費(fèi)主要集中在歐、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)。綠色輪胎是米其林公司1990年率先推出的劃時(shí)代產(chǎn)品,其環(huán)保理念已逐漸被全球市場(chǎng)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(shù)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(huì)越來(lái)越多,市場(chǎng)占有率會(huì)越來(lái)越大。

3　輪胎中炭黑的使用情況

目前,我國(guó)輪胎生產(chǎn)使用的炭黑已基本國(guó)產(chǎn)化(見(jiàn)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(qiáng)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(shí)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(yīng)力大,拉伸強(qiáng)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(yīng)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(yīng)力大。所用炭黑品種:N660。

(5)胎側(cè)膠

性能要求:流動(dòng)性和自粘性好,耐屈撓性能、耐老化性能和動(dòng)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(duì)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(shí)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(guó)炭黑生產(chǎn)中存在的問(wèn)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(guān)的輪胎性能。

品種不全是我國(guó)炭黑產(chǎn)品不能完全滿足輪胎生產(chǎn)的問(wèn)題之一。一般而言,一條輪胎至少需要六七種炭黑,一個(gè)輪胎生產(chǎn)廠至少需要十余種炭黑。炭黑品種少對(duì)輪胎技術(shù)改進(jìn)和新型輪胎開(kāi)發(fā)極為不利。我國(guó)炭黑生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)加大炭黑新產(chǎn)品開(kāi)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(zhì)量不穩(wěn)定是我國(guó)炭黑產(chǎn)品存在的另一個(gè)問(wèn)題。同一規(guī)格不同批次的炭黑性能差異較大,對(duì)輪胎生產(chǎn)的影響極大。因此,炭黑生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格控制炭黑的性能指標(biāo),避免炭黑性能波動(dòng)導(dǎo)致的輪胎質(zhì)量問(wèn)題。

5　新品種炭黑的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

為滿足輪胎性能不斷提高的要求,國(guó)內(nèi)外炭黑生產(chǎn)企業(yè)不斷開(kāi)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(tuán)炭黑工業(yè)研究設(shè)計(jì)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(shù)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(jié)構(gòu)炭黑等;炭黑與橡膠進(jìn)行反應(yīng)性混煉,如ESBR/BR并用體系與炭黑共混時(shí)加入少量硫給予體以生產(chǎn)滾動(dòng)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(guó)輪胎產(chǎn)品中的應(yīng)用卻較少,主要原因是我國(guó)炭黑和輪胎行業(yè)對(duì)新品種炭黑的應(yīng)用研究不夠重視,同時(shí)新品種炭黑的開(kāi)發(fā)與輪胎需求脫節(jié),從而導(dǎo)致新品種炭黑的推廣應(yīng)用較困難。

6　結(jié)語(yǔ)

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(shí)提高輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、膠料配合和生產(chǎn)技術(shù)水平是改善輪胎環(huán)保性的有效手段。