汽车轮胎材料与材料发展趋势综述

汽车轮胎材料与材料发展趋势综述

学生姓名：方鹏学号：201402180228

摘要：据悉，2009年，我国国内汽车轮胎总产量达到3.8亿条，今年预计可达4亿条，占全球总产量的近三分之一。本文综合论述了常用汽车轮胎橡胶材料的种类和性能，包括改性天然橡胶以及丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、丁基橡胶和乙丙橡胶等合成橡胶。近年来，汽车工业迅猛发展，现代汽车在高速、安全、节能、环保方面的发展对轮胎性能提出了新的要求（见表 1），从而对合成橡胶原料也提出了更高的要求（见表 2）

表1现代汽车对轮胎性能的需求表2轮胎研究课题及对橡胶的性能要求

低油耗低滚动阻力（高回弹性）

高速，行驶安全高花纹性（低回弹性）

无销钉轮胎低温性能（耐冰雪性能）

耐久性耐磨耗性

轻量化耐磨耗性

安全性，全天候性在雨天、冰雪路面的滑动阻力

关键词：轮胎、汽车、材料、汽车轮胎、合成橡胶、生产能力

1天然橡胶

1.1环氧化天然橡胶（ENR）

用过氧化有机酸或过氧化氢与有机酸处理使天然橡胶形成环氧化基团结构的生胶。该橡胶具有抗湿滑性好、气密性优良、耐油性能佳等诸多优点。按环氧化程度的高低一般有ENR75,ENR50和ENR25三个品种环氧化天然橡胶(ENR)是天然橡胶(NR)经化学改性制得的特种天然橡胶。ENR 具有优良的气密性、粘合性、耐湿滑性。ENR 50 具有良好的阻尼性，其滚动阻力小于 NR，湿路面抓

着性优于充油丁苯橡胶(OESBR)。用于轮胎胎面胶时， ENR 与白炭黑强的相互

作用是湿路面抓着力的重要因素。

1.2 充油天然橡胶

充油橡胶是指在橡胶 (包括天然橡胶、合成橡胶)中填充了一定数量矿物油的混合物。充油可以在天然或合成胶乳中进行，也可以在干胶中完成，前者称湿法充油，后者称干法充油。

汽车轮胎不仅要求有优良的干湿路面抓着性能，还需要有良好的冰面牵引性能。有研究表明，以充油天然橡胶(OENR)部分替代充油丁苯橡胶(OESBR)时，不仅可以大幅降低滚动阻力，而且可以提高冰面抓力。

1.3接枝天然橡胶

在天然橡胶分子主链上接上烯烃类不饱和分子的单体，使长链线性分子变成具有支链型结构的橡胶。

主要是甲基丙烯酸甲酯(MMA )与 NR 接枝共聚，MMA 接枝 NR 材料具有良好抗冲击性能、耐屈挠性、粘合性以及较高的硬度。在汽车轮胎中主要运用于无内胎轮胎中的气密层等。将材料与丁苯橡胶共混，可用作胎圈三角胶胶料，其生胶强度及与钢丝圈的粘合力明显提高，可以较好地保持钢丝圈的形状稳定。

2合成橡胶

2.1 丁苯橡胶（SBR）

目前市场丁苯橡胶以乳聚丁苯橡胶（ESBR）为主。近年来，溶聚丁苯橡胶（SSBR）通过高分子合成技术，在滚动阻力、抗湿滑性能和耐磨性能之间具有良好的平衡关系，具有优良耐磨性能、耐屈挠性能、耐低温性能和动态力学性能，特别适合用于轿车轮胎的胎面、胎体和胎侧等部位。乳聚丁苯橡胶的工业化始于 1960 年，经过不断改造扩能和新建，包括中国石化和中国石油在内的共 7 家企业 10 家工厂在生产乳聚丁苯[4]，产能达 130.5 万 t/a，详见表 3。近年来，溶聚丁苯橡胶（SSBR）逐渐在中国兴起。通过高分子合成技术，溶聚丁苯橡胶可以在滚动阻力、抗湿滑性能和耐磨性能之间建立最佳平衡，具有优良耐磨性能、耐屈挠性能、耐低温性能和动态力学性能，特别适合用于轿车轮胎的胎面、胎体和胎侧等部位，代表着丁苯橡胶的发展方向。目前溶聚丁苯橡胶主要的已建和在建装置及其产能情况详见表4，产能共计28.2万。由于溶聚丁苯橡胶生产可以与热塑性

丁苯橡胶及锂系聚丁二烯橡胶等一套装置，各厂家会依据市场情况随时调整产能，因此统计的数据偏差较大。

表3我国2011年乳聚丁苯橡胶装置及产能

表4 我国2011 年溶聚丁苯橡胶已建/在建装置及产能

2.3顺丁橡胶（BR）

我国在 20 世纪 70 年代就自主实现了镍系顺丁橡胶工业化生产。近年来，稀土顺丁橡胶因其优异的性能日益受到重视。稀土顺丁橡胶与镍系顺丁橡胶相比具有较高的弹性、较好的拉伸性能、较低的生热和滚动阻力以及优异的耐磨耗和抗疲劳性，符合高性能轮胎高速、节能、安全、环保的要求，常用于高性能轮胎的胎面和胎侧。

钕(Nd)是最活泼的稀土金属之一。1984 年，意大利 Enichem Elastomeri 公司在脂肪族溶剂中使用以Nd 为主体的催化剂，工业化生产了顺式-1,4 含量更高的 Nd-BR。随后，德国 Bayer 公司也生产了类似的 Nd -BR。这些 Nd -BR 的加工性能及综合物理机械性能都优于其它 BR，近十年来在国外轮胎橡胶中的

应用日趋广泛。

未来几年，我国镍系顺丁橡胶产能进一步扩大，预计在2年内镍系顺丁橡胶产能酱超过100万t/a

近年来，稀土顺丁橡胶因其优异的性能被视为镍系顺丁橡胶的升级品种，逐渐被工业届发展方向所重视。稀土顺丁橡胶与镍系顺丁橡胶相比具有较高的弹性、较好的拉伸性能、较低的生热和滚动阻力以及优异的耐磨耗和抗疲劳等物理机械性能，符合高性能轮胎在高速、节能、安全、环保等方面发展的需要，常用于高性能轮胎的胎面和胎侧[7]。据世界合成橡胶生产者协会统计，2011 年全球有 7 个国家 9 家企业在生产稀土顺丁橡胶，总产能约在 50 万 t/a 左右，分布在意大利、德国、俄罗斯、南非、巴西、日本和中国。目前市场上的主流产品是德国Lanxess（原 Bayer）生产 Buna CB 系列牌号的稀土顺丁橡胶，其装置建于 20 世纪 80 年代。中国早在 20 世纪 60 年代就开始了稀土催化丁二烯聚合的研究，由于当时经济发展落后，未能实现工业化生产。1998 年在国家 863 计划的支持下，中国石油锦州石化公司在镍系万吨级顺丁橡胶生产装置上成功地生产出了稀土顺丁橡胶。2011 年，中国石油独山子石化公司 1.5 万 t/a 稀土顺丁橡胶生产装置和 5 万 t/a 的稀土/镍系顺丁橡胶柔性生产装置分别于 9 月和 10 月投产成功，稀土顺丁橡胶生产装置实现了零突破。未来几年，我国将新增 26 万 t/a 稀土顺丁橡胶的产能，包括中国石化 3 万 t/a、

2.3 异戊橡胶（IR）

异戊橡胶是所有合成橡胶中结构和性能最为接近天然橡胶的胶种，是天然橡胶最佳的替代胶种。对 IR 的改性目前主要表现为 3,4-IR 的开发以及用异戊二烯单体同其它苯乙烯、丁二烯的共聚物橡胶的开发。

合成 3,4-聚异戊二烯橡胶与天然橡胶、丁苯橡胶、聚丁二烯橡胶并用可改善轮胎的抓着性能。异戊二烯与苯乙烯、丁二烯的共聚物橡胶制造的胎面胶具有良好的低滚动阻力和湿路面抓着力综合平衡性能。异戊二烯同苯乙烯、丁二烯的多嵌段橡胶主要是苯乙烯-异戊二烯-丁二烯的三嵌段共聚物(SIBR)。该橡胶是 1991 年由美国 Goodyear 公司实现商品化生产的，是近年来开发的高性能、节能型轮胎橡胶的一个典范。