降低轮胎滚动阻力的方法

xmfeiru

随着全球汽车的日益增多，二氧化碳排放量越来越高，这直接导致了全球气候变暖，产生温室效应。同时，由于油价的不断上涨，人们对节约石油资源和节能日益重视。轮胎滚动阻力耗油占汽车燃油消耗的14% ^-170oC']，轮胎滚动阻力每降低10% ，通常可使燃料消耗降低I o- 2% 。因此低滚动阻力轮胎的研究和开发成为人们关注的热点，世界上许多轮胎公司纷纷推出低滚动阻力轮胎，并冠以绿色轮胎的美名。轮胎滚动阻力受轮胎材料特性、轮胎结构、轮胎质量和使用条件等诸多因素的影响，其中某些因素之间相互影响。单纯降低轮胎滚动阻力并不难，但通常要牺牲轮胎的某些性能，特别是抗湿滑性能。对轮胎耐磨性能、滚动阻力和抗湿滑性能三大重要性能中的 1 项或 2 项进行改进时，往往会引起第 3 项性能的损失，这被称为“魔三角”。从安全角度出发，轮胎应保持一定的抗湿滑性能。
本文从材料选择和结构设计两方面探讨降低轮胎滚动阻力的途径。
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材料选择
4 T6 A- ~3 e, x6 E/ ~轮胎材料滞后损失主要集中于胎冠部位。轮胎滚动时胎面胶、胎圈包布、三角胶、带束层、内衬层、胎侧、帘布层和基部胶所占轮胎能耗的比例分别为 39% , 14% , 1300, 8纬,8% ,7% ,6% 和5%在轮胎部件中，胎面是轮胎最大的构成部件，因此，在通过原材料途径降低轮胎滚动阻力方面，胎面胶是最重要的设计改进部件。
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1
7 e5 X& r) m  d$ E. K聚合物
材料滞后损失消耗的能量占轮胎总能量损耗的90% ^-95% ，配方中所有配合组分对滞后损失均有一定影响，但聚合物类型是影响最大的因素。因此优化配方设计的关键是降低聚合物滞后损失的同时不牺牲其它性能。传统胎面胶配方一般采用 N R ,SBR 和 BR 等胶种。SBR 可以改善轮胎的抗湿滑性能和操纵性能，但却增大了滚动阻力;N R 和BR 有利于降低滚动阻力，但抗湿滑性能和操纵性能较差。在较低温度(0 ℃左右)下具有较高损耗因子(tan韵的聚合物可以改善抗湿滑性能，在较高温度下(70 ℃左右)具有较低 tan8 的聚合物可以降低滚动阻力，即低玻璃化温度的聚合物的滚动阻力较低，高玻璃化温度的聚合物有利于改善抗湿滑性能。通用橡胶SBR ,NR 和BR等难以同时满足上述特性，因此，国内外纷纷研发性能优良的新型聚合物或对现有聚合物进行改性，以期平衡轮胎的三大重要性能。

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  @; N$ ~* A. R1 W3 _" uSSB R
- B+ a0 _% \- o2 @2 [* Q& ~SSBR 的相对分子质量分布比 ESBR 窄，滞后损失相对小，且其玻璃化温度可以通过在聚合过程中改变主链结构进行控制，即改变苯乙烯基、乙烯基和顺反式结构单元的比例。因此，SSBR日益受到国内外研究人员的重视。于福水等闭研究表明，高速轿车子午线轮胎胎面胶配方为 SS-BR230570,BR900030，炭黑65，芳烃油12，防老剂4.5，硫化剂3.3，其它20 时，胎面胶的硬度、定伸应力和撕裂强度较高，拉断伸长率略低，轮胎生热和滚动阻力降低，抗湿滑性能较好，磨耗性能保持一定水平，这说明SSBR 可以显著改善高速轿车子午线轮胎胎面胶性能。潘大海等[’] 研究表明，用SSBR 替代 ESBR 、白炭黑部分替代炭黑可以有效降低胎面胶的滚动阻力。
$ n: \+ m; n* D9 G4 _1.1.2
2 a7 b) j( E1 i( a! |2 k- |2 P# P# I" t反式 1,4一聚异戊二烯(TPI)
T PI作为一种低生热橡胶，在低滚动阻力轮胎中具有良好的应用前景闹。宋景社等[61研究表明，用 ‘I'PI部分替代 N R 用于胎面胶和胎侧胶在工艺上是可行的，且可以提高胶料的定伸应力，降低滚动阻力和压缩生热，使磨耗性能和干湿路面摩擦因数均保持较高水平，同时耐疲劳性能优异，轮胎三大性能达到较好的综合平衡。孟凡良等川研究表明，采用炭黑 N 330 补强的 N R/T PI 和SBR/T PI并用胶可满足高速低滚动阻力轮胎胎面胶性能的要求。
1.1.3
' n" o# P, [3 ^4 {* i0 R9 z集成橡胶(异戊二烯一丁二烯一苯乙烯共聚物，SIBR )SIBR 被称为“第 3 代 SBR"，兼具 N R ,BR 和SBR 的优点，用于胎面胶可以改善轮胎的抗湿滑性能，对滚动阻力和耐磨性能影响较小。北京合成橡胶技术开发应用联合研究所与中石化燕山石化研究院合作项目“集成橡胶 SIBR 结构与性能的研究”已于2004 年年底通过中石化鉴定。研究表明，以电磁加热器为主体材料的胎面胶具有更低的滚动阻力 、优异的抗湿滑性能和 良好的耐磨性能[8]。
1.1.4
1 l- f7 M" B# o5 A高乙烯基聚丁二烯橡胶(H VBR )
H V BR 具有低滚动阻力和高抗湿滑性的特点。中国科学院长春应用化学研究所于2004 年年底完成了 H V BR 研究与开发课题。这是世界上首次以铁系络合催化剂合成乙烯基质量分数大于0.80 的 H VBR中试技术。初步研究结果表明，H V BR 性能优于SSBR ，但生产成本将大大低于SSBR ，具有良好的发展前景[)l
1.1.5
聚氨酉旨《PU )
PU 胎面具有耐磨、抗刺扎和滚动阻力低等优点，引起了轮胎行业的日益重视。广州华工百川自控科技有限公司开发的 PU 胎面/橡胶胎体复合轮胎技术于 2005 年年初通过了鉴定。该项目以PU 弹性体作为轮胎胎面材料，开发了由多种多元醇、异氰酸酩、扩链剂和固化剂组成的配方体系，材料的邵尔 A 型硬度可在 60- 90 度范围内选择，耐热性能和动态性能满足胎面性能的要求，同时较好地解决了 PU 胎面/橡胶胎体复合轮胎关键的粘合技术，PU 胎面与橡胶胎体的粘合性能达到了国际领先水平。该项目试制了载重子午线轮胎、轿车子午线轮胎和工业车辆轮胎，技术还将用于翻新轮胎胎面和工程机械轮胎等，将很快实现产业化[l()〕。
+ A8 `' m* I& d/ c+ v" Y' d1.1.6
8 t* X! G6 E1 b* M: H4 r/ [4 @改性 ESBR
" z/ |% I$ o9 b% j" D在SBR 乳聚过程中加人硅氧烷单体或胺类单体可增强SBR 与白炭黑的亲和性〔.,2]，从而降低胶料的滞后损失。日本住友橡胶工业公司通过将接枝有硅烷偶联剂[如(y一琉基丙基)三甲基硅烷」的SBR 胶乳与通式为 R ,R,SiR;,R,(R ,,Rx,R:,和 R，为一价烷氧基)的化合物(如四乙氧基硅烷)混合，通过溶胶、凝胶化反应制备出一种高强度、高弹性、低能耗的原位增强ESBRI'Z1。日本瑞翁公司用p-N ,
N一二甲基氨基甲基苯乙烯作第三单体，开发出一种生热低且耐磨、可填充白炭黑或炭黑、门尼粘度为10- 200的ESBRI"],米其林公司用低乳化剂合成 ESBR ，乳化剂有效成分为T M Q 单体(2,2,4一三基一1,2一二氢喳琳)、6PPD[N-(1,3一二甲基)丁基一N'-苯基对苯二胺」和油酸，分别用低乳化剂(1^ 3.5 份)合成的结合苯乙烯质量分数为0.23 和0.40 的丁苯胶乳进行掺合共混凝聚，从根本上改善了橡胶共混物的耐磨性能并降低了其滞后损失，其它性能不变[141在常规乳液聚合单体 丁二烯、苯乙烯的基础上，选择合适的单体进行共聚改性，可以提高ESBR 的性能。普利司通公司用梭酸单体作软化接枝改性 ESBR ，成功地应用于低生热轮胎，该轮胎在高温状态下能保持很好的路面抓着性，特别适合于连续行驶r1:,1ESBR 也可与其它聚合物共混改性，从而降低滞后损失。拜耳公司用聚丁二烯橡胶凝胶与丁苯胶乳共混，利用该共混物生产的轮胎具有低生
) B1 h4 D7 [. _$ L6 M$ ~! z( L热和低滚动阻力「’‘1。

limingleihuo

学习了，谢谢楼主

叫啥好呢

学习学习

lanqiumvp

其实结构才重要，过分强调材料了。

116700167

结构设计呢

ntrgzxd

学习一下，感谢分享

运动13731575627

谢谢分享