浅谈车轮的演变史和相关材料的应用

浅谈车轮的演变史和相关材料的应用

有位海军上校对乘坐早期汽车的感受有如下追述：“这是我初次尝试不用马拉的交通工具。1896年，我乘坐铁轮的汽车在高低不平的花岗石路上行驶，车子的剧烈颠簸使我联想到药水瓶上的说明－－服前摇匀。”车轮是汽车的重要组成部分，其性能好坏直接关系到汽车的正常运行，从古至今，车轮不断发展，从起初的木质到现在的优良轮胎车轮。

最早的车轮是由木头制造的，后来发展成了轮胎组成的车轮。1845年，美国一个铁匠获得了第一个橡胶充气轮胎的专利权，拉开了轮胎的序幕。到1888年约翰.邓禄普制成了橡胶空心轮胎，随后托马斯又制造了带有气门开关的橡胶空心轮胎。1891年，C.K.Welch发明了金属线胎圈轮胎。直到1908年至1912年间，轮胎才有了显著的变化，即胎面胶上有了提高使用性能的花纹，从而开拓了轮胎胎面花纹的历史，并增加了轮胎的断面宽度，允许采用较低的内压，以保证获得较好的缓冲性能。1911年，美国哈德门轮胎和橡胶制品公司的财务管理员菲利普，在亚利山大·施特劳斯的文件中发现了施特劳斯于1894年的一次发明。利用这个发明他们推出了成套的内外胎轮胎，即用橡胶和织物织成外胎，里面装上橡胶内胎。至此，充气轮胎取得了完全的成功，汽车才真正穿上了现代化的"鞋子"。1930年米其林发明了无内胎轮胎，1946年米其林发明了子午线轮胎。

我们都知道轮胎的主要原料是橡胶，但是仅仅只有橡胶是远远不够的，还需要向其中添加各种添加剂，使轮胎具有弹性好、滚动阻力小、耗油低、生热低、耐磨、耐穿刺、承载能力大、乘坐舒适等性能，很大程度上取决于轮胎原材料的开放和选用，介绍以下几种近年来出现的轮胎新原料及添加剂。

充油天然橡胶（OENR）：不仅可以较大幅度地降低滚动阻力，而且也能使冰面抓着性能同时得到高。

聚丁二烯橡胶：聚丁二烯橡胶与溶聚丁苯橡胶可并用作为节油轮胎胎面胶，具有这种胎面胶的轮胎有最佳的抓着力与磨耗的综合平衡性能，还有较低的滚动阻力，能节省燃料5％。

发泡橡胶：所谓发泡橡胶指的是具有许多微型独立气泡的橡胶。发泡率为20％～30％时可提高冰上摩擦系数3～4倍。这样，通过提高冰上摩擦系数可缩短10％～15％的轮胎制动距离。采用发泡橡胶的无防滑钉轮胎的冰上摩擦力虽然比不上镶钉轮胎，但其摩擦力非常接近。

聚氨脂弹性体：具有高耐磨、可着色、高耐切割性、优良的耐油及耐化学品等优点，而且对人体无毒害作用，又能完全生物降解，且不必添加炭黑和芳烃油，是制造轮胎胎面的理想材料。

白炭黑：白炭黑又称水合二氧化硅、活性二氧化硅和沉淀二氧化硅，通过使用特殊的聚合物和白炭黑/硅烷体系，可以获得高的湿路面牵引性能和湿路面刹车性能，并通过降低滚动阻力使燃料消耗降低5%。

BoTred（以淀粉为基料的新型填充剂）：BoTred是一种以淀粉为基料的新型填充剂。先从玉米中提取玉米淀粉衍生物，变成微滴后经处理转换成生物聚合物填充剂。BloTred为球形粒子，便于将机械能降至最小和降低滚动阻力。

短纤维：短纤维的加入可以提高轮胎的刚性，使得轮胎在行驶过程中承受同样载荷时下沉量明显减小，即轮胎的变形减小，因而滚动阻力也下降；将短纤维用于轮胎胎面时，不仅可以提高胎面的刚性，而且可以使胎面的摩擦系数下降，滚动阻力系数降低，滚动阻力也相应下降。将短纤维应用于轮胎胎面及其它部位

时，可通过短纤维的模量和各向异性来改变胶料的性能，以降低轮胎行驶过程中的噪声，另外还能提高轮胎的耐久性能。

添加硅配方:其核心是在胎面橡胶中添加硅材料，含硅的轮胎在具备优异抓地力的同时，产生较少的能量损失，从而降低滚动阻力和磨耗力，实现比普通轮胎更胜一筹的省油效果，并尽可能地延长轮胎寿命。