汽車輪胎材料與材料發(fā)展趨勢綜述

1、汽車輪胎材料與材料發(fā)展趨勢綜述學(xué)生姓名：方鵬學(xué)號： 201402180228摘要： 據(jù)悉， 2009年，我國國內(nèi)汽車輪胎總產(chǎn)量達(dá)到3.8 億條，今年預(yù)計可達(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 ），從而對合成橡膠節(jié)能、環(huán)保方面的發(fā)展對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)代汽車對輪胎性能的需求表 2 輪胎研究課題及對橡膠的性能要求輪胎課題橡膠性能低油耗低滾動阻力（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、冰雪路面的滑動阻力年份轎車輪胎載重輪胎1970耐久性，經(jīng)濟性耐久性1980經(jīng)濟性，高速性經(jīng)濟性1990環(huán)保，低滾動阻力，外觀，高 速化，輕量化，彩色輪胎經(jīng)濟性2000安全，環(huán)保，低滾動阻力，舒適 /操控性，零壓安全胎，新制造技術(shù)，氣壓監(jiān)測系統(tǒng)，低噪聲安全，舒適，四季輪胎，氣壓監(jiān)測系統(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）用過氧化有機酸或過氧化氫與有機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?、氣密性?yōu)

3、良、耐油性能佳等諸多優(yōu)點。按環(huán)氧化程度的高低一般有ENR75,ENR50和 ENR25三個品種環(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，）ENR 與白炭黑強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，不）僅可以大幅降低滾動阻力，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

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)過不斷改造擴能和新建，包括中國石化和中國石油在內(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）逐漸在中國興起。通過高分子合成技術(shù)，溶聚丁苯橡膠可以在滾動阻力、 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，各廠家會依據(jù)市場情況隨時調(diào)整產(chǎn)能，因此統(tǒng)計的數(shù)據(jù)偏差較大。表 3 我國 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/臺橡南通18.0

7、浙晨橡膠杭州5.02010 年投產(chǎn)表 4 我國 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，已建成中國石油獨山子8.0多功能裝置，已建成中國北方盤錦10.0多功能裝置，在建2.3 順丁橡膠（BR）我國在 20 世紀(jì) 70 年代就自主實現(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械性能都優(yōu)于其它BR， 近十年來在國外輪胎橡膠中的應(yīng)用日趨廣泛。未來幾年，我國鎳系順丁橡膠產(chǎn)能進(jìn)一步擴大，預(yù)計在 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、較低的生熱和滾動阻力以及優(yōu)異的耐磨耗和抗疲勞等物理機械性能，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)會統(tǒng)計，2011 年全球有 7 個國家 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、俄羅斯、南非、巴西、日本和中國。目前市場上的主流產(chǎn)品是德國Lanxess（原Bayer ）生產(chǎn) Buna CB 系列牌號的稀土順丁橡膠，其裝置建于 20 世紀(jì) 80 年代。 中國早在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)時經(jīng)濟發(fā)展落后，未能實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。1

10、998 年在國家863 計劃的支持下，中國石油錦州石化公司在鎳系萬噸級順丁橡膠生產(chǎn)裝置上成功地生產(chǎn)出了稀土順丁橡膠。2011 年，中國石油獨山子石化公司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)裝置實現(xiàn)了零突破。未來幾年，我國將新增 26 萬 t/a 稀土順丁橡膠的產(chǎn)能，包括中國石化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Goodyear 公司實現(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典范。2.5 丁基橡膠（IIR）丁基橡膠最大的性能特點是其氣密性好，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，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EPDM 改性后，使用高相對分子質(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J 。 西北橡膠樹塑料研究設(shè)計院，20092 劉玉強。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J 。 20084 徐立志。汽車輪胎橡膠材料概述J 。揭陽市天誠密封件有限公司，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J ， 2016。7 汪立亮，汽車輪胎的發(fā)展趨勢（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J 。 2008.9 李漢室。輪