发展绿色轮胎是当前我国汽车行业节能减排的重要选择(一)

　　2009年，全球经济陷入底谷，中国车市在面临世界金融危机，全球市场普遍低迷的情况下，实现产销高速增长。据中国汽车工业协会统计，2009年我国汽车产销量分别达到1379.10万辆和1364.48万辆，同比大增48.30%和46.15%，并首次超越美国成为世界第一大汽车产销国。与此同时，伴随着汽车产销量的大幅增长，我国民用汽车保有量也同步大幅增长，据《中华人民共和国2009年国民经济和社会发展统计公报》显示，2009年末，全国民用汽车保有量达到7619万辆(包括三轮汽车和低速货车1331万辆)，比上年末增长17.8%，其中民用轿车保有量3136万辆，增长28.6%。

　　随着汽车保有量的大幅增长，车用能源的消耗占整个石油消耗量的比重也日益加大。据统计，2008年我国车用燃油(汽油和柴油)的消耗量占总石油消耗的比例已从2000年的17.8%增长到33%左右，已接近三分之一，可以想像，2009、2010年这一比例还会不断增高。另据中国石油和化学工业协会年初统计显示，2009年我国石油净进口量21888.5万吨，石油表观消费量40837.5万吨;原油净进口量19862.0万吨，原油表观消费量38810.9万吨。2009年我国石油和原油对外依存度双破51%，2009年石油进口依存度达到53.6%，原油进口依存度达到52.5%。由此分析显见，汽车行业的节能减排对于中国来说，显得尤为紧迫而重要。

　　1、轮胎与节能减排

　　长期来，人们对于汽车节能减排的期望，始终将目光主要投向发动机的技术改进更新，却很少注意轮胎。其实，小小轮胎中蕴含着节能减排的无限潜力。近年来，国内外主要的轮胎品牌传递出共同的声音：轮胎也能节油和减少排放。根据实验测定，一辆轿车以100公里/小时速度行驶时，消耗于克服轮胎滚动阻力的燃油消耗约占汽车总油耗的20%;一辆载重汽车则可以达到30%或更高。也就是说，汽车燃油消耗的五分之一以上与轮胎有关。换言之，对轿车来说，相当于每加5次油，就有一次是完全为了轮胎而加的;而对载重汽车来说，每加3次油，就有一次是完全为了轮胎而加的。

　　众所周知，汽车燃油经济性如今不再是普通的技术指标，其已成为世界各国对汽车实施监控的重要依据。据测定，轮胎滚动阻力每降低7%，便可使汽车燃油消耗降低1%，同时也可大幅降低CO2排放量。另据数据检测，目前轮胎摩擦生热过程中释放出的CO2已占全球矿物燃料释放的温室气体的3%。由此可见轮胎的技术升级对于汽车乃至全球节能减排的重要性。

　　2009年3月，欧洲议会就是否从2011年开始强制在所有新车上使用节能轮胎举行过一次投票。当年4月27日，欧洲议会在斯特拉斯堡通过了一项决议，从2012年开始，轮胎制造商必须在轮胎上标明其燃油效率、湿抓着力和滚动噪声。所有轮胎必须按照制度进行分级，性能最佳的为A级，性能最差的为G级。决议一推出，轮胎行业上游橡胶供应商朗盛公司即表示欢迎，这意味着轮胎燃油效率、安全性和环境影响已成为消费者关注和下游整车制造商市场决策的重要砝码。

　　2009年12月7日至18日，联合国气候变化大会第十五次缔约方会议在哥本哈根召开。虽然此次大会最终未达成约束性协议，但有关代表提出了“2020年前所有车型的二氧化碳平均排放量至少降低25%”的强烈呼声。

　　事实上，无论对于F1赛车手，还是普通轿车或卡车的驾驶者，轮胎与各种路面之间完美的相互作用都至关重要。轮胎生产商们，不得不进行一项错综复杂的“三角平衡”。这是指轮胎的湿地附着力(指潮湿路面的抓地力)、抗磨损能力和滚动阻力之间的平衡。在干燥和潮湿的路面拥有足够的抓地力绝对非常必要，专门设计的外部几何形状可以避免轮胎在雪地路面上打滑。轮胎的设计既要能保证司机以相对较高的速度安全地通过转弯，但同时轮胎也不应与沥青路面“粘”力过强，过高的附着力将增加滚动阻力，这将意味更高的油耗和轮胎更快的磨损。

　　现代轮胎胎面的主要材料仍是橡胶化合物，向橡胶里添加不同的添加剂，则会使轮胎呈现不同的性能。只有达到“三角平衡”的轮胎才能得到最好的节能效果。这依赖于化学和物理等多学科之间的紧密合作。

　　2、轮胎的发展及绿色轮胎的出现

　　1946年,子午线轮胎的出现将汽车传统斜交胎的滚动阻力一下子减少了20%，而从上世纪90年代开始出现的“绿色”轮胎，在子午线轮胎的基础上又进一步降低了滚动阻力。

　　1992年，米其林轮胎在世界上首次将硅原料整合到橡胶配方中，汽车能源消耗由此得到了大幅的降低。这是绿色轮胎概念首次出现在人们的视野中。绿色轮胎也称环保或低污染轮胎，是指在轮胎的配方中采用新型原料，从而降低轮胎的滚动阻力、减少油耗，达到减少汽车二氧化碳排放的环保效应。绿色轮胎降低滚动阻力的主要措施是使用防滑性好的、滚动阻力低的溶聚丁苯胶(SSBR)，同时配合以白炭黑为主的填料体系。与同规格的子午线轮胎相比，绿色轮胎一般可降低滚动阻力26%左右，节油约3%～8%，同时又可将耐磨耗、低噪音、干湿路面抓着力等性能保持在较好的水平上。

　　2.1 绿色轮胎的主要优点

　　(1)高环保性

　　传统斜交轮胎和子午线轮胎由于添加了有致癌作用的橡胶配合剂，它们随着胎面磨损散发在空气中，严重污染了环境，同时世界上每年有数亿条轮胎被废弃，它们不但占据大量空间，而且难以分解，对环境造成了极大威胁，被人们称为“黑色污染”。随着人们环保意识的不断提高，在继续努力降低滚动阻力的同时，已开始重视使用不污染环境的材料制造轮胎，而且努力延长轮胎的行驶里程，以减少废旧轮胎的数量。在大量的汽车使用绿色轮胎以后，对节油和减少污染产生巨大作用。绿色轮胎的广泛应用将为全球每年节省数百万桶石油，并显著减少CO2排放量。

　　(2)节能

　　习惯使用的斜交轮胎和子午线轮胎是以标准的合成橡胶和天然橡胶制成的，在汽车行驶温度升高的条件下，其防护材料的结构和性能都发生改变，同时车轮滚动的阻力也在增加。绿色轮胎与上述普通轮胎相比，不仅减轻了轮胎重量，更减少了复合材料的能耗(滞后损失)。所以，绿色轮胎与同等规格的普通轮胎相比，滚动阻力可以大大降低，随之使汽车燃料消耗和CO2排放量也大幅下降。此外，其他性能如耐磨耗、噪音、干湿路面抓着力等也均保持良好水平。

　　(3)高安全性

　　绿色轮胎通过优化胎体设计，以绝佳的弹性胎面改进汽车在光滑路面的抓地性能，使驾驶更平稳、制动距离更短，大大提高了驾驶安全性。研究证明，绿色轮胎产生的摩擦力可以减少汽车在湿滑或结冰路面上15%的刹车距离，使汽车的冬季驾驶性能提高10%～15%。这对减少事故率和人员伤亡有着重大的意义。

　　2.2 绿色轮胎的结构设计

　　(1)胎体结构子午化、无内胎化、扁平化和轻量化

　　轮胎结构大体可分为两种，即子午线结构和斜交结构。子午线结构与斜交结构的根本区别在于胎体。胎体是轮胎的基础，它是由帘线组成的层状结构。子午线胎体层上部有帘线为周向排列的带束层，这种结构使帘线强度能够得到充分利用，故子午线胎的帘布层数比斜交轮胎少40%-50%。

　　从设计上讲，斜交轮胎有很多局限性，由于斜交轮胎交叉排列的帘线强烈摩擦，使胎体容易生热，而且加速胎面花纹磨耗，其帘线布局也不能很好地提供优良的操纵性能和乘坐舒适性;而子午线轮胎的钢丝带束层则有较好的柔韧性以适应路面的不规则冲击，且经久耐用。它的帘布层结构还意味着在行驶中有小得多的摩擦，从而获得较长的胎面寿命和较好的燃油经济性。

　　子午线轮胎结构的另一优点是使得轮胎无内胎化成为可能。无内胎轮胎有一个公认优点，当轮胎被扎破后，不是像有内胎的轮胎(普通的斜交胎是有内胎的)那样爆裂，而是在一段时间内保持气压，从而提高了安全性。

　　由于子午线轮胎胎体的特殊结构，使得在行驶中轮胎的路面抓力大、效果好，装有子午线轮胎的汽车与装有斜交轮胎的汽车相比，其耐磨性可提高50%-100%，滚动阻力降低20%-30%，可以节约油耗约3%-8%。也正因为这样，同样车型选用子午线轮胎比选用斜交轮胎操纵性更好，驾驶舒适性更强。

　　总而言之，子午化、无内胎化、扁平化和轻量化是轮胎结构设计发展的方向，也是绿色轮胎的首选。

　　(2)胎面

　　胎面半径增大时，可降低轮胎的滚动阻力。这是因为胎面半径增大时轮胎产生平面接地屈挠变形，使因轮胎断面方向的屈挠变形所产生的应变能变小的缘故。也就是说，滚动阻力随着胎面半径的增大而减小，这主要得益于胎冠部和带束层能量损失减小。今天绿色轮胎胎面结构依然朝这一方向发展：

　　a)双层胎面

　　双层胎面轮胎具有高速、稳定、耐磨及生热低等优点，一般是由胎面和胎面基部两部分构成，其胎面与胎面基部胶具有不同的动态模量和模量比(tanδ)。

　　b)发泡胎面

　　发泡胎面是由发泡橡胶制成的，除胎面胶的一般成份外，还含有结晶型1，2-聚丁二烯(粉末状，平均粒径为60 nm)，再配合发泡剂、抗氧剂等其他助剂。试验表明，使用发泡胎面制备的轮胎在干、湿路面上特别是在冰面上具有良好的制动和牵引性能，即使在炎热的夏季也完全能够保持驾驶稳定性、耐久性和低油耗，因此是绿色轮胎胎面胶的发展方向。

　　2.3 绿色轮胎的材料

　　前面已经谈到，绿色轮胎的材料秘籍主要就是含硅配方，即在橡胶配方中添加含硅石，业内称白炭黑。但橡胶和硅石无法直接结合，还需要一些其他添加剂，如有机硅烷。添加了白炭黑和有机硅烷的轮胎抗湿滑能力好，滚动阻力小，而且一般的炭黑填料轮胎在高速行驶中会产生很多热量，而添加白炭黑则会降低轮胎生热。

　　德固赛公司一直致力于开发减少轮胎滚动阻力的硅橡胶，米其林、固特异、横滨轮胎等轮胎企业都是其重要的商业合作伙伴。上世纪90年代，开发出硅石/硅烷技术的德固赛公司首先在欧洲市场推出轮胎用硅胶。今天，欧洲几乎每一辆汽车都安装了含有硅石的胎面轮胎。如今硅胶的配方仍然在不断改进，轮胎的节能性能也在不断提高，越来越多的原料生产企业瞄准了这一块市场。

　　另一家重要的轮胎橡胶供应商朗盛公司也在开发不同特性的橡胶化合物，他们研究的重点是如何在轮胎胎面中更加巧妙地使用硅填料。使得既减少滚动阻力，又能提高湿抓着力——一句话，尽可能缩短制动距离，从而延长使用寿命。

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