汽車輪胎材料與材料發(fā)展趨勢(shì)綜述

1、汽車輪胎材料與材料發(fā)展趨勢(shì)綜述學(xué)生姓名：方鵬學(xué)號(hào)： 201402180228摘要： 據(jù)悉， 2009年，我國(guó)國(guó)內(nèi)汽車輪胎總產(chǎn)量達(dá)到3.8 億條，今年預(yù)計(jì)可達(dá)4 億條，占全球總產(chǎn)量的近三分之一。本文綜合論述了常用汽車輪胎橡膠材料的種類和性能，包括改性天然橡膠以及丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠、丁基橡膠和乙丙橡膠等合成橡膠。近年來，汽車工業(yè)迅猛發(fā)展，現(xiàn)代汽車在高速、安全、1 ），從而對(duì)合成橡膠節(jié)能、環(huán)保方面的發(fā)展對(duì)輪胎性能提出了新的要求（見表原料也提出了更高的要求（見表2 ）表 1 現(xiàn)代汽車對(duì)輪胎性能的需求表 2 輪胎研究課題及對(duì)橡膠的性能要求輪胎課題橡膠性能低油耗低滾動(dòng)阻力（高回彈性）高速，行駛安

2、全高花紋性（低回彈性）無銷釘輪胎低溫性能（耐冰雪性能）耐久性耐磨耗性輕量化耐磨耗性安全性，全天候性在雨天、冰雪路面的滑動(dòng)阻力年份轎車輪胎載重輪胎1970耐久性，經(jīng)濟(jì)性耐久性1980經(jīng)濟(jì)性，高速性經(jīng)濟(jì)性1990環(huán)保，低滾動(dòng)阻力，外觀，高 速化，輕量化，彩色輪胎經(jīng)濟(jì)性2000安全，環(huán)保，低滾動(dòng)阻力，舒適 /操控性，零壓安全胎，新制造技術(shù)，氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，低噪聲安全，舒適，四季輪胎，氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，低噪聲關(guān)鍵詞：輪胎、汽車、材料、汽車輪胎、合成橡膠、生產(chǎn)能力1 天然橡膠1.1 環(huán) 氧化天然橡膠（ENR）用過氧化有機(jī)酸或過氧化氫與有機(jī)酸處理使天然橡膠形成環(huán)氧化基團(tuán)結(jié)構(gòu)的生膠。該橡膠具有抗?jié)窕院谩饷苄詢?yōu)

3、良、耐油性能佳等諸多優(yōu)點(diǎn)。按環(huán)氧化程度的高低一般有ENR75,ENR50和 ENR25三個(gè)品種環(huán)氧化天然橡膠（ENR）是天然橡膠（NR）經(jīng)化學(xué)改性制得的特種天然橡膠。ENR 具有優(yōu)良的氣密性、粘合性、耐濕滑性。ENR 50 具有良好的阻尼性，其滾動(dòng)阻力小于NR，濕路面抓著性優(yōu)于充油丁苯橡膠（OESBR。用于輪胎胎面膠時(shí)，）ENR 與白炭黑強(qiáng)的相互作用是濕路面抓著力的重要因素。1.2 充油天然橡膠充油橡膠是指在橡膠（ 包 括天然橡膠、合成橡膠） 中填充了一定數(shù)量礦物油的混合物。 充油可以在天然或合成膠乳中進(jìn)行，也可以在干膠中完成，前者稱濕法充油，后者稱干法充油。汽車輪胎不僅要求有優(yōu)良的干濕路面抓

4、著性能，還需要有良好的冰面牽引性能。有研究表明，以充油天然橡膠（OENR部分替代充油丁苯橡膠）（OESBR時(shí)，不）僅可以大幅降低滾動(dòng)阻力，而且可以提高冰面抓力。1.3 接 枝天然橡膠在天然橡膠分子主鏈上接上烯烴類不飽和分子的單體，使長(zhǎng)鏈線性分子變成具有支鏈型結(jié)構(gòu)的橡膠。主要是甲基丙烯酸甲酯（MMA） 與 NR 接枝共聚，MMA接枝NR 材料具有良好抗沖擊性能、耐屈撓性、粘合性以及較高的硬度。在汽車輪胎中主要運(yùn)用于無內(nèi)胎輪胎中的氣密層等。將材料與丁苯橡膠共混，可用作胎圈三角膠膠料，其生膠強(qiáng)度及與鋼絲圈的粘合力明顯提高，可以較好地保持鋼絲圈的形狀穩(wěn)定。2 合成橡膠2.1 丁苯橡膠（SBR）目前市場(chǎng)

5、丁苯橡膠以乳聚丁苯橡膠（ ESBR） 為主。近年來， 溶聚丁苯橡膠（ SSBR）通過高分子合成技術(shù)，在滾動(dòng)阻力、抗?jié)窕阅芎湍湍バ阅苤g具有良好的平衡關(guān)系，具有優(yōu)良耐磨性能、耐屈撓性能、耐低溫性能和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，特別適合用于轎車輪胎的胎面、胎體和胎側(cè)等部位。乳聚丁苯橡膠的工業(yè)化始于1960 年，經(jīng)過不斷改造擴(kuò)能和新建，包括中國(guó)石化和中國(guó)石油在內(nèi)的共7 家企業(yè) 10 家工廠在生產(chǎn)乳聚丁苯4，產(chǎn)能達(dá)130.5 萬 t/a ，詳見表3。近年來，溶聚丁苯橡膠（SSBR）逐漸在中國(guó)興起。通過高分子合成技術(shù)，溶聚丁苯橡膠可以在滾動(dòng)阻力、 抗?jié)窕阅芎湍湍バ阅苤g建立最佳平衡，具有優(yōu)良耐磨性能、耐屈撓性能、

6、 耐低溫性能和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，特別適合用于轎車輪胎的胎面、胎體和胎側(cè)等部位， 代表著丁苯橡膠的發(fā)展方向。目前溶聚丁苯橡膠主要的已建和在建裝置及其產(chǎn)能情況詳見表4，產(chǎn)能共計(jì)28.2 萬。由于溶聚丁苯橡膠生產(chǎn)可以與熱塑性 丁苯橡膠及鋰系聚丁二烯橡膠等一套裝置，各廠家會(huì)依據(jù)市場(chǎng)情況隨時(shí)調(diào)整產(chǎn)能，因此統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)偏差較大。表 3 我國(guó) 2011 年乳聚丁苯橡膠裝置及產(chǎn)能生產(chǎn)商工廠產(chǎn)能/（萬t/a）備注中國(guó)石油吉林14.0多功能裝置蘭州15.5多功能裝置撫順20.02010 年建成普利斯通惠州5.0日本技術(shù)福橡集團(tuán)福建泉港10.02011 年建成天津陸港天津10.02011 年投產(chǎn)申花化工/臺(tái)橡南通18.0

7、浙晨橡膠杭州5.02010 年投產(chǎn)表 4 我國(guó) 2011 年溶聚丁苯橡膠已建/在建裝置及產(chǎn)能生產(chǎn)商工廠產(chǎn)能 /（萬t/a）備注中國(guó)石化北京燕山3.0多功能裝置，已建成上海高橋4.2多功能裝置，已建成茂名3.0多功能裝置，已建成中國(guó)石油獨(dú)山子8.0多功能裝置，已建成中國(guó)北方盤錦10.0多功能裝置，在建2.3 順丁橡膠（BR）我國(guó)在 20 世紀(jì) 70 年代就自主實(shí)現(xiàn)了鎳系順丁橡膠工業(yè)化生產(chǎn)。近年來，稀土順丁橡膠因其優(yōu)異的性能日益受到重視。稀土順丁橡膠與鎳系順丁橡膠相比具有較高的彈性、較好的拉伸性能、較低的生熱和滾動(dòng)阻力以及優(yōu)異的耐磨耗和抗疲勞性，符合高性能輪胎高速、節(jié)能、安全、環(huán)保的要求，常用于高

8、性能輪胎的胎面和胎側(cè)。釹 （Nd）是最活潑的稀土金屬之一。1984 年，意大利Enichem Elastomeri公司在脂肪族溶劑中使用以Nd 為主體的催化劑，工業(yè)化生產(chǎn)了順式-1,4 含量更高的Nd-BR。隨后，德國(guó)Bayer 公司也生產(chǎn)了類似的Nd -BR。這些 Nd -BR的加工性能及綜合物理機(jī)械性能都優(yōu)于其它BR， 近十年來在國(guó)外輪胎橡膠中的應(yīng)用日趨廣泛。未來幾年，我國(guó)鎳系順丁橡膠產(chǎn)能進(jìn)一步擴(kuò)大，預(yù)計(jì)在 2 年內(nèi)鎳系順丁橡膠產(chǎn)能醬超過 100 萬 t/a近年來，稀土順丁橡膠因其優(yōu)異的性能被視為鎳系順丁橡膠的升級(jí)品種，逐漸被工業(yè)屆發(fā)展方向所重視。稀土順丁橡膠與鎳系順丁橡膠相比具有較高的彈

9、性、 較好的拉伸性能、較低的生熱和滾動(dòng)阻力以及優(yōu)異的耐磨耗和抗疲勞等物理機(jī)械性能，符合高性能輪胎在高速、節(jié)能、安全、環(huán)保等方面發(fā)展的需要，常用于高性能輪胎的胎面和胎側(cè)7 。據(jù)世界合成橡膠生產(chǎn)者協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2011 年全球有 7 個(gè)國(guó)家 9 家企業(yè)在生產(chǎn)稀土順丁橡膠，總產(chǎn)能約在50 萬 t/a 左右，分布在意大利、德國(guó)、俄羅斯、南非、巴西、日本和中國(guó)。目前市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品是德國(guó)Lanxess（原Bayer ）生產(chǎn) Buna CB 系列牌號(hào)的稀土順丁橡膠，其裝置建于 20 世紀(jì) 80 年代。 中國(guó)早在20 世紀(jì) 60 年代就開始了稀土催化丁二烯聚合的研究，由于當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后，未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。1

10、998 年在國(guó)家863 計(jì)劃的支持下，中國(guó)石油錦州石化公司在鎳系萬噸級(jí)順丁橡膠生產(chǎn)裝置上成功地生產(chǎn)出了稀土順丁橡膠。2011 年，中國(guó)石油獨(dú)山子石化公司1.5 萬 t/a 稀土順丁橡膠生產(chǎn)裝置和5 萬 t/a 的稀土/鎳系順丁橡膠柔性生產(chǎn)裝置分別于9 月和 10 月投產(chǎn)成功，稀土順丁橡膠生產(chǎn)裝置實(shí)現(xiàn)了零突破。未來幾年，我國(guó)將新增 26 萬 t/a 稀土順丁橡膠的產(chǎn)能，包括中國(guó)石化3 萬 t/a 、2.4 異戊橡膠（IR）異戊橡膠是所有合成橡膠中結(jié)構(gòu)和性能最為接近天然橡膠的膠種，是天然橡膠最佳的替代膠種。對(duì)IR 的改性目前主要表現(xiàn)為3,4-IR 的開發(fā)以及用異戊二烯單體同其它苯乙烯、丁二烯的共聚

11、物橡膠的開發(fā)。合成 3,4- 聚異戊二烯橡膠與天然橡膠、丁苯橡膠、聚丁二烯橡膠并用可改善輪胎的抓著性能。異戊二烯與苯乙烯、丁二烯的共聚物橡膠制造的胎面膠具有良好的低滾動(dòng)阻力和濕路面抓著力綜合平衡性能。異戊二烯同苯乙烯、丁二烯的多嵌段橡膠主要是苯乙烯- 異戊二烯 -丁二烯的三嵌段共聚物（SIBR）。該橡膠是1991 年由美國(guó)Goodyear 公司實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)的，是近年來開發(fā)的高性能、節(jié)能型輪胎橡膠的一個(gè)典范。2.5 丁基橡膠（IIR）丁基橡膠最大的性能特點(diǎn)是其氣密性好，是制作汽車輪胎內(nèi)胎的主要材料。然而現(xiàn)代輪胎發(fā)展使得無內(nèi)胎輪胎成為未來發(fā)展的趨勢(shì)，而丁基橡膠由于硫化速度慢，無法作為氣密層與外胎

12、一起進(jìn)行硫化。鹵化丁基橡膠是對(duì)普通丁基橡膠進(jìn)行鹵化改性得到的，其硫化速度滿足輪胎生產(chǎn)要求。目前我國(guó)鹵化丁基橡膠生產(chǎn)還處于剛剛起步階段。1953 年， Morrissey 等發(fā)現(xiàn) IIR 經(jīng)過溴化后同NR 的粘合性能得到改善，才使該彈性體在輪胎工業(yè)上變成一種重要的橡膠材料。1954 年， Goodrich 將其商品化，推廣了以Hycar 2204 為品牌的改性溴化IIR（BIIR） 。 80 年代以后，隨著加工性能良好的低粘度BIIR 的開發(fā)， BIIR 在輪胎 （特別是氣密層）中的應(yīng)用日趨廣泛。2.6 乙丙橡膠（EPR）乙丙橡膠是以乙烯、丙烯為主要單體的合成橡膠，依據(jù)分子鏈中單體組成的不同，

13、有二元乙丙橡膠和三元乙丙橡膠之分，前者為乙烯和丙烯的共聚物，以 EPM表示， 后者為乙烯、丙烯和少量的非共軛二烯烴第三單體的共聚物，以 EPDM 表示。EPDM是一種主鏈完全飽和的三元乙丙橡膠。近年來，EPDM與 NR 并用廣泛用作胎側(cè)膠，解決了輪胎工業(yè)過去依賴化學(xué)防護(hù)劑來延長(zhǎng)胎側(cè)壽命的做法，并且大大地改善了輪胎的外觀6 。 但是， 普通品種的EPDM難以同 NR 獲得良好的粘合。近年來發(fā)現(xiàn)對(duì)EPDM 改性后，使用高相對(duì)分子質(zhì)量、高乙烯基含量及以 ENB（乙叉降冰片烯）為第三單體的EPDM，大大改善了同NR 的粘合性能，使EPDM/NR胎側(cè)技術(shù)走向成熟結(jié)論與展望：隨著溶聚丁苯橡膠、稀土順丁橡膠

14、等高性能橡膠生產(chǎn)裝置的陸續(xù)投產(chǎn)，必定促進(jìn)我國(guó)高性能轎車輪胎的發(fā)展。參考文獻(xiàn)1 王進(jìn)文。 汽車及其橡膠件的發(fā)展趨勢(shì)J 。 西北橡膠樹塑料研究設(shè)計(jì)院，20092 劉玉強(qiáng)。汽車用橡膠材料的現(xiàn)狀與發(fā)展J 。昆明大學(xué)，20073 李漢堂。輪胎技術(shù)的新發(fā)展及未來發(fā)展趨勢(shì)J 。 20084 徐立志。汽車輪胎橡膠材料概述J 。揭陽(yáng)市天誠(chéng)密封件有限公司，2016。5 朱則剛。汽車輪胎新技術(shù)J 。湖北省漢江機(jī)械裝備材料工程公司，2016.6 文興，芥川惠，門田邦信。輪胎的未來發(fā)展趨勢(shì)J ， 2016。7 汪立亮，汽車輪胎的發(fā)展趨勢(shì)（三）J 。汽車管理學(xué)院，2007。8 趙子亮，李杰，郭斌。汽車輪胎的發(fā)展趨勢(shì)J 。 2008.9 李漢室。輪