標題:綠色輪胎
中文:綠色輪胎
解釋:
從節能減排的角度來看，輪胎也是壹個汙染源。
由於滾動阻力，輪胎引起的油耗約占轎車總油耗的20%，而在卡車中，這壹比例已增至1/3。
根據國際能源署的數據，目前全球共有8.3億輛汽車，其二氧化碳排放量占全球二氧化碳排放總量的18%。促進可持續發展世界商業理事會預測，到2030年，汽車排放的二氧化碳將增加壹倍。
如此高的碳排放增長率顯然與節能減排的國際趨勢背道而馳。由此，歐洲對汽車減排提出了新的要求。
在“5438年6月+2007年10月能源與氣候計劃”中，歐洲委員會重申了“提高能源效率和減少汽車二氧化碳排放”的決心。歐洲委員會強調，“為了通過全面和壹致的措施，在2012年之前實現每公裏二氧化碳排放量為120g的目標，將制定控制汽車二氧化碳排放量的進壹步措施”。2008年年中，歐洲理事會將向理事會和歐洲議會提交法律法案框架，以最終實現這壹目標。
這不是壹件容易的工作。
每公裏65，438+0.20克的碳排放目標意味著在未來四年內，汽車制造商必須改進其所有車輛，以達到每公裏減少20克二氧化碳排放的平均水平。
米其林的綠色輪胎產品從1992開始上市。其原理是在輪胎胎面中摻入矽原料作為炭黑的部分替代物，矽有助於在不降低輪胎抓地力(特別是濕滑路面)和耐磨性的情況下降低滾動阻力。
不可否認的是，這項創新技術大大降低了車輛行駛所需的能耗，百公裏油耗可降低0.15升。
根據米其林的統計，每壹秒鐘，在世界每個角落滾動的米其林綠色輪胎可以節省油耗43.91升/秒，幫助減少二氧化碳排放超過109.6438+04千克。
從2006年開始，米其林就發起引入了類似於汽車行業的指標體系，即節能指數，對輪胎油耗和二氧化碳排放進行分類。該指標的等級範圍分為A級(節能性能最好的輪胎)和效率最低的I級(尚未具體定義)。低於最低等級的輪胎將不會在歐洲銷售。
這個指標體系計劃從2011開始在歐洲實施。屆時，有意向購買輪胎的車主可以對自己正在考慮的輪胎的節能指標壹目了然。
但這壹節能指標的實施，對於整個輪胎行業來說，可能是重新洗牌的前兆。
1綠色輪胎的優勢
綠色輪胎具有彈性好、滾動阻力低、油耗低、發熱量低、耐磨、耐爆胎、承載能力大、乘坐舒適等優點。與傳統輪胎相比，突出了環保、節能、新技術、新材料的優勢。
1.1高環保
傳統輪胎由於添加了致癌的橡膠配合劑，隨著胎面磨損排放到空氣中，嚴重汙染環境。與此同時，世界上每年有數以億計的輪胎被廢棄。它們不僅占用大量空間，而且難以分解，對環境造成極大威脅，被稱為“黑色汙染”。隨著人們環保意識的不斷提高，在繼續努力降低滾動阻力的同時，人們開始重視使用不汙染環境的材料制作輪胎，努力延長輪胎的行駛裏程，以減少廢輪胎的數量。大量汽車使用綠色輪胎後，對節油和減少汙染起到很大的作用。綠色輪胎的廣泛應用將在全球範圍內每年節省數百萬桶石油，並顯著減少壹氧化碳的排放。
1.2低消費
使用的黑色輪胎由標準的合成橡膠和天然橡膠制成。在提高汽車行駛溫度的條件下，其防護材料的結構和性能發生了變化，車輪的滾動阻力也隨之增大。與普通輪胎相比，綠色輪胎降低了輪胎的重量和復合材料的能耗(遲滯損失)。因此，與同規格輪胎相比，綠色輪胎的滾動阻力可降低22%-35%，從而汽車的油耗可降低3%-8%，從而降低汽車的CO排放，其他性能如耐磨性、低噪音、幹濕抓地性等也能保持在較好的水平。
1.3超級安全
綠色輪胎通過優化胎體設計，以優異的彈性胎面提高了汽車在光滑路面上的抓地性能，使行駛更加平穩，制動距離更短，大大提高了行駛安全性。研究表明，綠色輪胎產生的摩擦力可使汽車在濕滑或結冰路面上的制動距離減少65，438+05%，提高汽車冬季行駛性能65，438+00%-65，438+05%。這對減少事故率和人員傷亡具有重要意義。
設計綠色輪胎的兩種方法
從理論上講，降低汽車油耗的途徑有輕量化、降低輪胎滾動阻力和使用稀混合氣發動機。事實上，只有降低輪胎滾動阻力才是設計綠色輪胎最可行的方法。研究結果表明，輪胎模具、花紋設計、輪胎結構和材料都對輪胎滾動阻力有影響。克服輪胎滾動阻力所消耗的燃油占汽車總油耗的14.4%，而僅胎面產生的滾動阻力就占輪胎滾動阻力的49%。其他成分的影響比例為:胎側14%，胎體11%，胎圈11%，帶束層。胎面直接造成的油耗約占7.1%。降低胎面的滾動阻力，保證良好的抗濕滑性，將是綠色輪胎最基本的要求。
綠色輪胎技術主要從選擇合適的橡膠品種和配合劑入手，改進胎面膠配方，輔以減薄胎體、優化輪胎輪廓等結構設計手段，降低輪胎滾動阻力。可以預見，計算機輔助設計技術的介入和聚合物分子取向設計成果的引入，無疑將加速綠色輪胎的發展進程。
2.1綠色輪胎的結構設計
2.1.1胎體結構子午線化
輪胎結構大致可以分為兩種，即子午線結構和斜交結構。子午線結構和斜交結構的根本區別在於胎體。胎體是輪胎的基礎，輪胎是由簾線組成的層狀結構。胎體層的上部具有帶束層，該帶束層具有沿圓周方向布置的簾線。這種結構可以充分利用簾線強度，因此子午線輪胎的簾線層數比斜交輪胎少40%-50%。
從設計的角度來看，斜交輪胎有很多局限性。由於斜交輪胎的交叉簾線摩擦力大，胎體容易發熱，加速胎面花紋磨損，其簾線布置不能提供優良的操縱性能和乘坐舒適性。子午線輪胎鋼絲帶束層適應路面不規則沖擊的柔韌性好，經久耐用。它的簾布層結構也意味著行駛過程中的摩擦更少，從而獲得更長的胎面壽命和更好的燃油經濟性。
子午線輪胎本身的優點使無內胎輪胎成為可能。無內胎輪胎具有公認的優勢。當輪胎被紮破時，不會像有內胎的輪胎(普通斜交輪胎有內胎)那樣爆裂，而是保持壹段時間的氣壓，從而提高安全性。
由於子午線輪胎胎體的特殊結構，輪胎的抓地力大，行駛時效果好。與配用斜交輪胎的汽車相比，配用子午線輪胎的汽車耐磨性可提高50%-100%，滾動阻力可降低20%-30%，油耗可節省6%-8%左右。也正因為如此，同壹款車型使用子午線輪胎，輪胎的操控性比斜交輪胎更好，駕駛舒適性也更好。
綜上所述，子午線胎體結構是綠色輪胎結構設計的首選。
當輪胎斷面寬度增加時，滾動阻力減小。這是因為輪胎斷面寬度的增加降低了胎側剛度，而對滾動阻力影響不大的胎側變形增加，對滾動阻力影響較大的胎面變形減小。此外，隨著輪胎斷面寬度的加寬，胎面和帶束層等主要部件的能量損失降低。因此，增加輪胎斷面寬度有利於降低滾動阻力。
如果填充膠條的高度增加，滾動阻力也會增加。因為隨著填充膠條高度的增加，引起遲滯損失的材料體積增加，側壁下部的能量損失也增加。另外，填充條高度的增加會由於胎側剛度的增加而減少胎側的變形，而對滾動阻力影響較大的胎面的變形會相對增加，從而導致滾動阻力的增加。目前，胎體結構的設計正朝著低姿態發展。
2.1.2胎面
當胎面半徑增加時，輪胎的滾動阻力可以降低。這是因為當胎面半徑增大時，輪胎會發生平面地面屈曲變形，從而降低了輪胎斷面方向屈曲變形產生的應變能。也就是說滾動阻力隨著胎面半徑的增大而減小，這主要是由於胎冠和帶束層的能量損失減小。未來，綠色輪胎的胎面結構應朝著以下方向發展:
(1)雙胎面
雙層胎面輪胎具有高速、穩定、耐磨、生熱低等優點。壹般由胎面和胎面基部兩部分組成。胎面和胎面基部橡膠具有不同的動態模量和tanδ。相關文獻指出胎面的動態模量大於胎面基部的動態模量(≥8.5 MPa)，tanδ大於0.12，胎面基部厚度與胎面厚度的比值為0.25-0.70。
(2)發泡胎面
發泡胎面由發泡橡膠制成。除了胎面膠的壹般成分外，還含有結晶間規1，2-聚丁二烯(平均粒徑為60 nm的粉末)，以及發泡劑、抗氧劑等其他添加劑。試驗表明，用發泡胎面制成的輪胎在幹濕路面，尤其是冰上具有良好的制動和牽引性能，即使在炎熱的夏季也能完全保持行駛穩定性、耐久性和低油耗，是綠色輪胎胎面膠的發展方向。
在設計輪胎結構時，必須能夠在不降低其他特性(濕滑性、安全性、振動等)的情況下降低滾動阻力。)與滾動阻力相矛盾。作為降低滾動阻力的具體方案，輪胎形狀和橡膠配置必須綜合考慮，尤其是復合材料構成的帶束層和胎體簾布層對滾動阻力的影響。作為輪胎結構研究，不能僅僅依靠過去的直覺和經驗，還應該利用仿真技術加速低滾動阻力輪胎的開發。
有限元法幾十年來采用橡膠材料的能量結構方程，從線彈性方程轉化為Mooney-Rivlin方程，最近在大變形領域引入了非線性結構方程。用作輪胎等許多工業橡膠材料的填充橡膠，由於其在0-100%應變場中的儲能模量、損耗模量、tan8等粘彈性能，具有非線性應變，壹般理解為佩恩效應。近年來，也有人提出了考慮這壹點的非線性結構方程。在車輪正常轉動的情況下，應變也占了輪胎變形的大部分，所以控制這個應變場中的粘彈性來控制輪胎滾動阻力就顯得尤為重要。事實上，通過將代表填充橡膠在0-100%應變範圍內的粘彈性特征的非線性粘彈性結構方程應用於有限元分析，輪胎滾動阻力tanδ的預測精度與傳統預測相比有很大提高。這樣，輪胎結構設計、新材料開發、降低輪胎滾動阻力的配方設計的精度和效率都相應提高。目前，通過有限元法模擬輪胎滾動阻力，已經形成了壹種綠色輪胎設計方法。
普利司通成功研發了壹種可以大幅降低滾動阻力、提高耐磨性的輪胎設計技術，被稱為普利司通生態輪胎設計技術。
普利司通開發設計技術的目的是在研發輪胎節油技術的過程中，重點關註輪胎的偏心變形。通過開發新的輪胎形狀，增加這種偏心變形，可以大大降低對車輛燃油影響較大的輪胎滾動阻力，進壹步提高耐磨性。
如果輪胎載荷旋轉，會由於輪胎接觸面和輪胎本身的變形而產生阻力，進而發生以熱能為王的能量損失。輪胎會失去滾動阻力稱為輪胎。通過降低輪胎的滾動阻力，可以降低車輛的油耗。
過去開發能量損失較小的胎面膠可以有效降低滾動阻力，主要是通過開發橡膠材料來實現。但使用能量損失較少的橡膠會降低耐磨性，這就很難開發出低滾動阻力輪胎。
普利司通開發的新技術，通過采用能大幅降低輪胎能量損失的新輪胎外形，抑制因換料(為了降低滾動阻力)而導致的滾動阻力下降。
普利司通認為，用這種技術開發的輪胎，如果與環保汽車，如電動汽車(EV)配套，可以事半功倍。
普利司通已經在2003年10月24日的第27屆東京車展上展示了利用該技術開發的輪胎原型。
加載試驗表明(加載試驗的輪胎尺寸為235/35R19，乘員人數為4人，輪胎充氣壓力為230 kPa)，樣品輪胎的耐磨性比同規格的普頓輪胎提高了50%。
2.2綠色輪胎材料
壹般來說，減少輪胎滾動阻力有兩種基本方法:
(1)減輕輪胎質量
減輕輪胎質量是降低輪胎滾動阻力最快最有效的方法。為了保證小輪胎質量，在保證輪胎性能的前提下，必須采用最小的組件厚度。輪胎生產企業必須嚴格控制工藝，保證零件的最小厚度，絕不允許工廠為了解決生產問題而擅自增加零件厚度。使用輕質材料也是減輕輪胎重量的有效方法。用芳綸帶代替鋼帶就是壹個明顯的例子。
(2)降低材料的能量消耗(遲滯損失)降低輪胎滾動阻力的第二種方法是降低輪胎材料的能量損失(遲滯損失)。聚酯簾線的滯後損失較大，但經過適當改進，可以推出滯後損失較小的品種。
2.2.1聚合物體系
2.2.1.1天然橡膠
天然橡膠是非極性橡膠。雖然具有優異的電性能，但在非極性溶劑中容易溶脹，所以耐油性和耐有機溶劑性較差。NR分子含有不飽和雙鍵，因此耐熱氧老化、耐臭氧氧化和耐紫外線性能較差，限制了其在壹些特殊場合的應用。而NR通過改性可以大大擴展NR的應用範圍。
(1)環氧化天然橡膠
環氧化天然橡膠(ENR)是由天然橡膠(NR)化學改性而成的特種天然橡膠。與NR相比，ENR具有完全不同的粘彈性和熱力學性能，如優異的氣密性、粘合性、抗濕滑性和良好的耐油性。ENR能與極性填料(如二氧化矽)牢固結合，ENR硫化膠在沒有填料的情況下仍能保持NR的高模量和拉伸強度。ENR 50具有良好的耐油性和良好的附著力。將其用於輪胎胎面膠時，ENR與二氧化矽之間的強相互作用是提高無偶聯劑時滾動阻力和濕抓地綜合性能的重要因素。當ENR25與二氧化矽/炭黑填料混合時，可以獲得最佳的耐磨性。
(2)接枝天然橡膠
目前研究最多的是甲基丙烯酸甲酯(MMA)接枝NR。MMA接枝NR具有高伸長率、高硬度、良好的抗沖擊性、抗彎曲開裂性、動態疲勞性能、粘合性和良好的填充性。工業上主要用於制造沖擊性能良好的彈性制品，如無內胎輪胎的內襯層。若與丁苯橡膠並用，可作為胎圈三角膠膠料，其生膠強度和與鋼絲圈的粘合力明顯提高，鋼絲圈剛度增加，鋼絲圈形狀保持穩定。2.2.1.2聚異戊二烯橡膠
異戊二烯的新發展是合成3，4-聚異戊二烯橡膠(高玻璃化轉變溫度)。這種橡膠可以與天然橡膠、丁苯橡膠、聚丁二烯橡膠配合使用，提高抓地性能。異戊二烯和丁二烯的聚合物已經開發成功，異戊二烯與苯乙烯和丁二烯的三聚體也已經研究成功。由這些橡膠制成的胎面膠在滾動阻力和濕路抓地力之間具有良好的綜合平衡。
中國專利ZL95110352.0介紹了負載鈦催化異戊二烯本體沈澱聚合直接合成反式-1，4-聚異戊二烯(TPI)粉末的新技術。據悉，20-25重量份的TPI用於替代丁苯橡膠制成的轎車和輕型半鋼子午線輪胎，取得了良好的綜合行駛性能，在百公裏油耗測試中油耗降低約2.5%。
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