第六部分世界轮胎技术创新新发展.doc

第六部分世界轮胎技术创新新发展.txt用快乐去奔跑，用心去倾听，用思维去发展，用努力去奋斗，用目标去衡量，用爱去生活。钱多钱少，常有就好！人老人少，健康就好！家贫家富，和睦就好。 本文由llsg248贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 轮胎知识培训 世界轮胎技术创新新发展 各公司都将适合从事研发的优秀人员集中于研 发中心（一些大公司都拥有好几个研究中心，如 21 世纪，是一个以科技为本、以知识和智能创新 发展的时代。 因此， 企业间的竞争已由传统的产品 竞争转为科技实力的较量； 而科技实力的较量， 归 根结底就是技术创新能力的竞争。 可见技术创新已 成为推动企业发展的主要动力。 对现在正从劳动密 集型向技术密集型过渡的轮胎行业来说更如此。 在 此情况下， 各大轮胎公司已深刻意识到， 今后只有 更加依靠技术创新， 才能在激烈的竞争中抢先占据 科技制高点， 从而增强竞争能力。 米其林公司竞争 力强并仍处于继续上升地位的主要原因， 就是该公 司不断率行推出对世界轮胎工业发展产生巨大影 响的创新技术成果。 子午线轮胎和绿色轮胎最先问 世及全自动化轮胎生产技术 （简称全自动化） 即是 例证。 一、 轮胎行业技术创新简况 技术创新通常有两种类型：一种是原始创新 （即史无前例的），另一种是发展创新（即在原 有创新成果或思路基础上加以发展并使之产业 化） 从目前已掌握的大量事例看， 。 前者不多 （如 子午线轮胎的发明及钢丝帘线在轮胎中的应用 等），后者则是大量的。因此大多数技术创新者 是发展型的，如同接力赛一样。可见一项创新、 尤其是最大创新成果，从开创到产业化，一般都 经历较长时间研究开发（以下简称研发）并由众 多人员不断改进才能完成。例如子午线轮胎从 1913 年最早发明到 1948 年工业化生产， 历时 35 年；而零压轮胎（又称跑气保用轮胎）从 1934 年发明到 1994 年投产，经历了 60 年。 二、 一些大轮胎公司的研究开发实力 为提高竞争能力， 各大公司都很重视增强研发 能力，并采取以下措施： 1、增加研究开发经费 各大公司的研发经费，通常占其销售的 3 5；按支出金额计，一般是逐步提高的. 2、充实研究人员 米其林、 普利司通和固特异公司均分别在欧、 美、 日各建一个研发中心）使用，他们通常占员工人 数 5左右。为提高创新能力，一些公司仍在不 断增加研发人员数。 3、重视基建投资 为使企业适应现代化发展要求， 各大公司除继 续完善其研发中心各项设施外， 还不断注入大量基 建投资。 三、 技术创新新进展 在世界轮胎工业中，具有里程碑式的三个技术创 新项目中，前两项都是轮胎产品创新 1888 年充 气轮胎的出现和 1948 年子午线轮胎的投产，而最 新一项则是 1994 年才工业化应用的全自动化技 术。 此技术的应用， 不仅大大推动了轮胎生产由劳 动密集型向技术密集型转变的进程， 而且对整个橡 胶行业的技术进步也将产生很大影响。 因此应首先 介绍一下这一新技术的发展简况。 1、全自动化轮胎生产技术 全自动化技术在国内外众多报刊上已广泛作了报 道，以下仅扼要加以列述。 、全自动化技术沿革 全自动化技术的研发，于 50 年代由美国费尔斯通 公司着手进行的。60 年代苏联对此技术进行了大 量研究工作， 甚至进行了试生产。 不过当时它们的 研发内容， 基本上只限于全自动化成型。 倍耐力公 司在 1975 年前就对全自动化技术开展了研发工作 并于 1975 年和 1976 年公布了有关专利， 近几年来 加大了对此项技术研发力度，2000 年投产；预计 在今后 3 年内，该公司将投资 5 亿欧元，按 MIRS （即模块化集成自动化系统）技术兴建 56 家轮 胎厂，生产能力总计达 1000 万条以上。登录普公 司于 1979 年开始研究全自动化技术，但由于财力 不济等原因，1986 年将所研究的成果转让给固特 异公司。米其林公司从 1985 年起着手全自动化技 术研发工作，1991 年通过有关媒体披露了研发此 轮胎知识培训 技术的消息，1994 年正式投产，从 1996 年至今在 欧洲和美洲至少已按 C3M（即指挥、控制、通讯和 制造） 为一体的自动化技术兴建了 8 家专业化轮胎 厂。大陆公司于 80 年代提出 MMP（含意是积木式 制造方法）的概念。1997 年该公司宣称，经过 3 年多的努力，此技术已研发成功，并于 1999 年 6 月在德国投入生产， 总部位于英属维尔京群岛的三 海公司投资人之一E.Holroyd， 年代初曾是 80 登录普公司研究全自动化技术的主要研究人员。 近 几年来，三海公司已推出 3C（意为低温连续混炼） 技术，并声称可出让此技术。1998 年 2 月，固特 异公司宣布， 经过近 10 年奋斗， 已研发成功 IMPACT （意为集合加工精密成型单元技术）并投入生产。 但该公司声称，其所有轮胎厂全部用此技术生产， 可能需要耗时 20 年。 普利司通公司在 80 年代也已 开展了全自动化技术研究工作，1999 年其 ACTAS （意为全自动连续轮胎成型系统） 正式投产。 住友 公司研发的全自动化技术 2000 年也将投产。 全自动化技术目前基本上只在轿车轮胎生产中 被采用；载重轮胎用的该技术，还在研发中，预计 不久也将得到推广应用。 、全自动化技术的基本共同特点 各大公司出于加大宣传力度需要， 近几年来虽然 纷纷通过众多媒体对其所研发的全自动化技术进 行了广泛报道，但各公司均对此尖端技术高度保 密， 因此所透露的内容都极有限。 现将其中一些共 同特点予以归纳： 占地面积小 80（MIRS）90（C3M 和 3C）； 生产效率高 70 （IMPACT） 80 （MIRS） ； 投资省 15（MIRS）； 节约能量 33（MIRS）50（3C）； 材料费用低 15（IMPACT）； 操作人员少 35（IMPACT）90（C3M）； 加工中库存量减少 50（IMPACT）； 工序从 14 个减至 3 个（MIRS）；产品成本 低 25（MIRS）62（3C）； 硫化时间缩短 20（IMOACT）；盈亏平 衡点从产能比 80降至 20（3C）； 加工精度提高 43（IMPACT）。 2、轮胎新产品 市场竞争日趋激烈， 促使轮胎新产品研发和更 新换代周期分别已由原先 4 年和 5 年缩短到 2 年和 2.5 年，以至各大公司每年都有重要新产品上市。 从世界范围看，进入 90 年代以来，新上市和正在 研发的轮胎新产品主要有绿色轮胎、防水滑轮胎、 零压轮胎、超高里程轮胎、超轻量化轮胎、彩色轮 胎及智能轮胎等。因此可以说，进入 90 年代以来 投放市场的轮胎新品种之多， 是以往任何时期都未 曾有过的。 这除说明现在轮胎市场的竞争比以前更 为激烈外， 还与各大公司的研发实力大大增强密切 相关。 出于竞争的需要， 现在各大公司轮胎新产品在 市场上， 尤其是发达国家市场上都保持较高的占有 率。 以米其林公司为例， 在北美市场上销售的轮胎 中，50以上是过去一年半内研发的。 以下仅将近年来国际上出现或正在研发的几种 重要的新型轮胎加以简介。 、第二代绿色载重子午线轮胎 米其林公司于 1995 年推出第一代绿色载重子午 线胎，比一般子午线轮胎滚动阻力低 20，可节 油 46。1999 年 9 月该公司第二代绿色载重 子午线轮胎问世。 共主要特点是： 带束层为三层半 结构，顶层为一层 0角冠带束；胎面采用新型胶 料；驱动轮胎胎面花纹加深 2.3mm，因此长距离行 整个生产过程是全自动化进行的， 无需手工操 作；以自动化成型为中心，成型鼓可移动的，整个 成型操作是分解为几个独立步骤进行的； 采用低温连续混炼工艺； 省去贮存和冷却工序； 胎面很可能是环状预硫化的； 可能采用辐射硫化，甚至微波硫化； 更换轮胎规格只需几到 20 分钟。 、全自动化技术的主要优点 与传统加工方法相比全自动化技术主要优点是： 轮胎知识培训 驶时， 在几乎不影响滚动阻力变化情况下， 行驶里 程可提高 35。 、电动汽车用超低滚动阻力轮胎 一些大轮胎公司都在研发电动汽车用超低滚动 阻力轮胎。 据报道， 米其林公司正在用各种新技术 来大大降低轮胎滚动阻力。 目 前 绿 色 轿 车 轮 胎 的 滚 动 阻 力 为 10.5KWh/(100km)，PAX 系统（米其林公司零压轮 胎系统）是 8.6 KWh/(100km)，而米其林公司称之 为 TBRR 超低滚动阻力轮胎只有 3.9 KWh/(100km)； 绿色轿车轮重量目前是 9kg， 系统为 8kg， PAX TBRR 轮胎仅 6.5kg。 从燃料消耗看， 配用绿色轮胎和 PAX 系 统 轿 车 分 别 为 77 KWh(100km) 1 和 70 KWh(100km)1，而装有 TBRR 轮胎的电动车只有 31.9 KWh(100km)1。米其林公司宣称，TBRR 轮 胎大约在 2005 年投放市场。 、超低断面波形带束层载重子午线轮胎 为适应汽车降低车厢地板高度并相应扩展车辆 空间以及提高行驶安全性需要， 普利司通公司在前 几年已上市的低断面（最低为 50 系列）波形带束 层载重子午线轮胎基础上， 最近又研发成功型号为 Greatec 超低断面 （45 系列， 这是目前世界上载重 子午线轮中系列最低的） 新型波纹带束层载重子午 线轮，预计今年面市。 众所周知，断面越低，轮胎径向膨胀越大，从而 影响到轮胎耐久等性能。 为抑制轮胎外径增大， 普利司通公司低断面载重 子午线轮胎的带束层结构是： 两层交叉排列的带束 层之上置放两层 0角排列的带束层。但由于钢丝 帘线伸长率极小， 为不影响硫化时胎坯膨胀， 该公 司研发出波形钢丝帘线带束层子午线轮胎并已于 前几年投放市场。 为满足超低断面载重子午线轮胎发展的要求， 普利司通公司近年来又研发成功新型波纹带束层 子午线轮胎。 大陆公司的智能轮胎体系由轮胎、 胎侧扭力传感器 （SWT） 及车载电子控制系统 （Teves） 三部分组成。 SWT 秘决是在胎侧胶料中添加金属粉末。因此，该 胶料在轮胎滚动中被磁化交替形成正负极， 从而能 将测得轮胎受力变形数据汇集到 Teves 系统， 并以 某种可测信号反映出来。此信号被置于胎侧胶内 SWT 捕获，并被输入驾驶室内电子监测仪中，然后 由车载计算机转换成数据，应用于汽车动态控制。 SWT/Teves 组合，不仅可降低汽车运行成本，而 且刹车距离明显缩短，大大提高行车安全性。 大陆公司智能轮胎已被美国大众科学杂志评 为 1999 年世界百例科技发明之一；该杂志报道， 此轮胎还被评为 1999 年度世界汽车科技领域 8 个 获奖项目之一。 国际汽车工程杂志也将其列为 1999 年度世界 15 项重大技术成果之一。 这种新型 轮胎还是国际汽车工程协会从 1999 年世界汽车 50 项重大技术成果中遴选出代表当今汽车技术发展 方向、对世界汽车技术进步产生巨大推动作用的 10 个汽车新技术成果之一。 3、新型原材料 在轮胎原材料方面，近几年来也出现一些新变 化，其中尤以补强填充材料（以下简称填料）的进 展更引人关注。 、填料 绿色轮胎的发展， 极大地推动了填料的变革， 以至 有人宣称， 在过去几年中， 炭黑工业的变化比以往 30 年的都大；白炭黑的变化也相当大。 A、白炭黑 自 90 年代初绿色轮胎上市以来，白炭黑品种和应 用技术都有了明显的变化： 现在欧洲轿车原配胎胎 面中已普遍使用了高分散白炭黑， 以致新型轿车不 配用绿色轮胎， 便得不到认可， 预计 2005 年， 85 轿车轮胎都使用白炭黑。 白炭黑目前主要用于轿车轮胎； 在载重胎中， 由于 天然橡胶含量高而使用较少（一般不超过 15 重量 份），因为它不易与天然胶相容。为提高白炭黑在 载重轮胎中的使用比例， 有关厂家正在研发新型偶 联剂。预计，随着偶联剂的研发成功，白炭黑在载 重轮胎中的用量将明显增加。 为使偶联剂与白炭黑 轮胎知识培训 和橡胶都充分反应， 需要采用特殊的混炼工艺、 甚 至特殊混炼设备。 白炭黑电阻较高， 使用时必须避免静电积累。 因 此一般不能单用，至少要掺用 10 份炭黑，以减少 静电产生， 也有采用胎侧包胎冠的成型办法来解决 静电产生问题， 因为含有碳黑的胎侧可以将静电导 入地面。 B、炭黑 为满足绿色轮胎发展的需要和迎接白炭黑的挑 战，近几年来，炭黑品种也发生了一些重大变化， 以至有人宣称，近 5 年来，新增炭黑品种之多，速 度之快，在炭黑工业发展史上是罕见的。 为在保持较好的耐磨性和良好的牵引性前提下 降低滚动阻力， 世界上一些大炭黑厂家近几年相继 推出和研发出性能与白炭黑相近的多种新型炭黑。 德古萨公司推出的高结构转化炭黑、 哥伦比亚公司 的结构最高炭黑以及卡博特公司正在研发的双相 填料便是典型事例。 a、转化炭黑 转化炭黑具有超高比表面积和结构， 表面比一般 炭黑明显粗糙， 故有较高表面活性， 因而被称为纳 米类结构炭黑。与传统炭黑相比，使用它，不仅滚 动阻力可以降低， 而且还具有极好的耐磨性和良好 的湿抓着性， 价格适中， 又不需要变更配方和混炼 工艺。 b、双相填料 卡博特公司研发的名为 Ecoblacks 填料， 系由微 粒白炭黑相分散于炭黑相中构成， 其硅的质量百分 比为 3.55.3。 Ecoblacks 的主要特点是， 提高了与橡胶分子的 相互作用性， 同时降低了填料与填料之间的相互作 用性。因此，使用它，可大大降低轮胎滚动阻力， 还可提高耐磨性并保持良好的牵引性； 与全用白炭 黑相比，可少用偶联剂，加工性也较好。目前，此 填料还处于研发中。 该公司还通过化学改性方法正在研发能与白炭 黑竞争的新型炭黑。 c、长链炭黑 长链炭黑（长链的英文缩写为 LL）是一种微观结 构类似白炭黑的低滚动阻力炭黑。其结构非常高， 呈长链球状（L/W=2.0）；普通炭黑粒子呈球状 （L/W=1.0）。这种炭黑不仅滚动阻力低，抓着性 好，而且由于补强性能好，可减少用量。 LL 炭黑已被普利司通公司广泛应用于多种类型 新型轮胎， 效果优异， 因此已被该公司视为近几年 运用成效显著的三项主要新技术之一 （另两项是集 优设计方法及 O 形胎圈设计）。 此外， 卡博特等厂家还在研究将炭黑预分散在橡 胶中制成胶粉或母炼胶， 从而使炭黑分散水平远比 干混效果好。 C、改性淀粉 改性淀粉是一种被称为工程生物聚合物的 填料。此填料相对密度为 1，白炭黑和炭黑分别 是 2 和 1.8。因此，如胎面胶中使用它，可使轿车 轮胎胎面胶重量减轻 100300g。 试验表明， 100 每 份炭黑的改性淀粉替代量为 335 份。另有报道 说，用 20 份此填料等量代替炭黑或白炭黑，在性 能保持不变情况下， 可使轮胎重量减轻 5。 此外， 使用它除降低轮胎滚动阻力 810外， 还可在 保持胎面耐磨性情况下， 改善湿牵引性， 并使成本 下降。 改性淀粉由意大利 Novamont 公司提供，其原料 为谷物淀粉，经增塑剂改性后制得，粒子为球状， 表面基团为羟基 （与白炭黑相似） 使用此填料时， 。 也需用偶联剂， 以增大填料与橡胶相互作用力， 从 而促使其在胶料中均匀分散。 虽然早在 30 多年前，就有专利报道过用淀粉作 橡胶填料的试验， 但用改性淀粉取代炭黑或白炭黑 的研发工作则是固特异公司始于 1997 年。 1999 年 该公司已在欧洲市场批量投放用此填料制成的低 滚动阻力轮胎。 、合成橡胶 进入 90 年代以来，在新型合成橡胶发展方面取 得最突出的成就，莫过于 Nordsiek 等人于 1984 轮胎知识培训 年提出，同年德国 His 公司以苯乙烯、异戊二烯 及丁二烯为单体首次合成出 SIBR（系此三个单体 及橡胶的缩写）集成橡胶。固特异公司于 1990 年 开始研发 SIBR，1991 年投产，随后将其应用于该 公司生产的防水滑轮胎等新型轮胎；1997 年又试 制出低滚动阻力子午线轮胎用 Siberflex2250 型 SIBR，其三个单体的比例为 255025。 SIBR 的主要特点是：分子链由多种结构链段构 成， 既有与顺丁橡胶相近的柔软链段， 又有与丁苯 橡胶相同的较刚的链段。 柔性强的链段可使橡胶具 有优异的耐低温性， 还可降低滚动阻力， 改善耐磨 性； 较刚性的链段有助于提高湿路面抓着力。 此合 成橡胶还具有多个玻璃化温度。因此，SIBR 具有 各种通用橡胶的优点， 同时又弥补其不足， 以至在 不同使用温度下， 这种橡胶能有效地平衡轮胎行驶 中滚动阻力与抓着性及耐磨性之间的矛盾。 SIBR 研发成功，是人们利用分子设计和计算机 模拟技术研发新型合成橡胶成功的实例。 预计今后 还将会出现更多、 更好用上述技术研究成功的新型 合成橡胶。 鉴于 SIBR 性能优异，目前国内外不少厂家都在 研发类似合成橡胶， 因此， 今后将有更多企业推出 这类很有前途的新型橡胶。 、橡胶助剂 橡胶助剂方面最引人注意的创新成果是， 出现了 一种令人耳目一新的新型剂硬化抑制剂。 这种助剂 是普利司通公司近几年研发成功的并已用于轮胎 生产。 该公司调查研究表明， 41的轮胎之所以被 更换， 是因为在使用中橡胶逐渐变硬 （轮胎在使用 中因生热而使硫黄与橡胶交联密度增大所致） 致 ， 使轮胎抓着和耐磨等性能下降。 所有欧洲轮胎公司都在为轮胎胶料中使用高芳 烃油寻找替代品， 因为欧盟法令已要求轮胎厂家尽 一切努力来替换这一致癌物。 美国 Cytec 工业公司推出一种单组分胺基树脂。 胶料中使用它， 可在不添加钴盐情况下， 使钢丝帘 线与橡胶粘着力获得与配用钴盐相等， 甚至更好的 粘合效果。 美国 Flexsys 公司于 80 年代研发并生产 Duralink HTS 后硫化剂或热稳定剂，促进了高温、快速硫化 技术的发展，至今在国际上仍产生重大影响。 、骨架材料 A、PEN 纤维 PEN 纤维（聚对萘二甲酸己二酯纤维，属聚酯类 纤维） 系美国联信公司研发成功的一种新型骨架材 料。 目前该公司正与倍耐力公司共同研发将其用于 高性能赛车轮胎，试验效果极好。因此，倍耐力公 司已开始准备工业化生产 PEN 帘线轮胎。 日本普利 司通公司已开始应用这种帘线。 与普通聚酯纤维相比，PEN 纤维有以下一些特 点：强度高 2025；模量高 130， 尺寸稳定性好， 热收缩率相等； 屈挠疲劳后帘 线强力保持率提高 510； 玻璃化温度及 熔化温度高，耐热性好。 B、POK 纤维 POK 纤维（聚甲酮纤维）是英国 Shell 公司研发 的超高强度、 超高模量纤维， 预计至少还需 5 年才 能实现工业化生产，并将可能成为 21 世界最有希 望的轮胎帘线。POK 纤维的主要性能特点是： 强度高， 指数为 200 人造丝 100， （ 聚酯 60， PEN100， 芳纶 300） 模量高， ； 指数为 250 （人造丝 100， 聚酯 60， PEN100， 芳纶 300） 极好的耐热性、 ； 收缩率低及不需浸渍处理。 C、钢丝纤维混合帘线 鉴于难以将带束层钢丝帘线中的芯线固定在正 中心，倍耐力等公司正在研发尼龙芯线钢丝帘线。 用尼龙代替钢丝作芯线， 既能保证帘线中心完全充 满， 又由于尼龙的热收缩性， 便于胶料填充进帘线 中心。 贝卡尔特公司还在研发钢丝聚酯或其他有 机纤维混合帘线。 、纳米材料 进入 90 年代以来，随纳米技术的迅速发展，人 们对纳米橡胶原材料的研发工作也在积极进行。 轮胎的最新技术动向 轮胎知识培训 轮胎问世以来，已经历了约 110 个年头，迄今 为止，怎样提高轮胎的基本性能，即“承受车辆装 载的重量，车辆行驶、 转弯及制动等方面的性能”， 但是重要的开发主题。 可是， 最近环境问题也成 了轮胎开发主题的一个关键词。这不仅是轮胎行 业， 也是整个产业界的技术开发关键词。 关于这点， 即使从目前的汽车贸易中， 将橡塑性材料列入环境 问题的情况日益增多来看，也不难理解。 就环境问题而言， 作为第一话题的是轮胎的再利 用问题。1996 年度轮胎的再利用率非常高，达到 91，其中热利用约占 51，但体现橡胶原有功 能方面的再利用还不够。 将橡胶材料再次作为原材 料的再利用方法， 即关于橡胶再利用技术的研究， 最近开始蓬勃开展起来。再者，噪音、大气污染及 节省资源等问题与轮胎也有密切关系， 降低轮胎旋 转时发出的声音， 减轻轮胎的重量和降低轮胎的滚 动阻力等， 已成了重要的开发主题。 尤其为了谋求 降低轮胎的滚动阻力，以白炭黑作为橡胶的补强 剂，已成了当今的主要议题。 与配合炭黑相比， 配合白炭黑兼有滚动阻力与潮 湿路面上的摩擦特性同时处于高水准的特征。 特别 在研究橡胶与填充胶相互作用方面， 是非常新奇的 材料。 本文将介绍有关降低轮胎重量的开发实例及用 白炭黑和炭黑配合的填充胶与橡胶相互作用的研 讨实例。 2、轮胎的轻量化 汽车轮胎大致由六个部分组成， 分别是胎面 （冠 部）、胎侧、带束层（缓冲层）、胎体、胎圈及内 衬层。各个部分与轮胎的特性都有着密切的关系。 轿车轮胎各部分的重量构成比， 其胎面与带束层约 占 50。作为致力于轻量化研究范例，已有用芳 纶帘线取代钢丝帘线轮胎问世。 另外， 还开发了将短纤维掺入橡胶中， 通过控制 刚度谋求轮胎部件的轻量化等技术。 通过掺入短纤 维，可得到比配合炭黑高出 23 倍的弹性率，应 用这一方法， 制得了以轻量化来提高滚动阻力与操 纵稳定性的轮胎，不久即可投入使用。 关于对轮胎轻量化技术的认识， 不是像以往那样 减少使用材料， 而是将像短纤维那种具有定向性的 材料配合到橡胶中去，这种新概念已开始形成。 3、胎面胶与轮胎特性 在轮胎的组成中，特别是胎面胶，它直接与地面 接触，且体积大，所以是最重要的部分。 与胎面胶配合技术相关的轮胎特性主要有干、湿 抓着力;滚动阻力;耐磨特性。 这些特性各自存在相互矛盾的关系， 为了解决这 些问题， 轮胎制造厂正在进行不懈的努力， 白炭黑 配合技术就是其中一项成果。 3.1 配合白炭黑橡胶的摩擦特性 当将配合白炭黑橡胶与配合炭黑粒胶进行潮湿 沥青路面上的轮胎摩擦特性比较时， 配合白炭黑的 轮胎的滑移率约 10时，摩擦系数最大，且此值 高于同滑移率的配合炭黑的轮胎。 然而， 随着滑移 率的增大， 配合白炭黑与配合炭黑的差异就逐渐缩 小，在止动状态时其差几乎为零。 当炭黑粒径减小后，在滑移率由低到高的范围 内，其摩擦系数增大。 3.2 滚动阻力与摩擦系数 从轮胎的滚动阻力与在潮湿沥青路面上的最大 摩擦系数的关系来比较配合白炭黑与配合炭黑两 种状况。 即在同一滚动阻力情况下， 配合白炭黑的 最大摩擦力要高于配合炭黑的轮胎的最大摩擦力。 在配置 ABS 装置的车辆上有效地利用了白炭黑的 这种特性，有可能提高滚动阻力与湿抓着力。 3.3 配合白炭黑与炭黑的物理性能 配合白炭黑与配合炭黑的场合，滚动阻力与湿抓 着力性能均呈良好状态。 白炭黑配合的湿抓着力良 好的原由， 可认为是由于配合白炭黑胶料的模量在 应变极小的区域内变低，而与路面的接触面积增 加，致使粘附摩擦提高的缘故。与炭黑相比，配合 白炭黑胶料的应变在小的区域中变得缓和的原因， 是由于白炭黑与炭黑表面组成的差别引起的橡胶 与填充胶间的相互作用不同的缘故。 轮胎知识培训 3.4 配合白炭黑必须解决的问题 若将白炭黑取代炭黑用于胎面胶时，如前所述， 能进一步改善滚动阻力与湿抓着力。 但今后应解决 以下几个问题。 （1）与炭黑相比，因白炭黑表面的特殊状况， 在混炼中难以分散， 故需要使用偶联剂且必须控制 混炼温度。 （2）与炭黑相比，白炭黑的导电性差，应除去 其静电。 目前的开发， 都是从轮胎的结构或材料这二个方 面来研讨改进方法的。 4 橡胶与填充胶间的相互作用 在此，若研究一下橡胶与填充胶间的相互作用， 有关填充胶的补强效果一般认为有以下几点： （1） 填充胶的体积的增加致使橡胶体积减少。（2）由 橡胶与填充胶界面的物理与化学结合而产生的网 络效果。（3）由于填充胶周围的橡胶分子接受集 中应变而起到弹性理论中的补强效果。 关于配合炭黑问题， 过去藤本等人进行过许多研 究，曾提出过非匀质结构模型这一非常典型的模 型。 在该篇论文中， 橡胶与填充胶的相互作用部分 叙述了 C 相构成了化学结合和物理结合， 这些正是 炭黑完成的重要补强作用。 在配合白炭黑的场合， 通过采用硅烷偶联剂， 使 橡胶与白炭黑化学结合，从而改善了胶料的特性。 与配合炭黑时状况相比， 配合了白炭黑， 则轮胎的 滚动阻力，湿抓着力等特性显得优良。究其原因， 估计是橡胶与填充胶的结合形态不同造成的。因 此，下面对有关在配合炭黑与配合白炭黑技术中， 与轮胎特性有着密切关系的橡胶物理性能怎样变 化这一情况作一叙述。 4.1 配合炭黑 将白炭黑用的偶联剂 N.N-双 （2-甲基-2 硝化丙基） -1.6 二氨基己烷住友化学制应用到橡胶配合 中的粘弹特性。 该偶联剂与滚动阻力的特性密切相关， 在应用了 该偶联剂后， tan在 4060附近就呈现下降趋 势。 不仅是使用偶联剂的问题， 它是用环氧化天然 橡胶及二胺系化合物偶联剂来进行实验的。 使用纯 环氧化天然粒胶时， 在滚动阻力范围内的 tan要 高于天然橡胶，而当采用了六亚甲基二胺(HM DA) 后，其 tano 就下降了。其次，这种效果在 SBR（丁 苯橡胶） 中也得到了确认， 当使用六亚甲基二胺时， 也得到了同样的效果。 与此完全相反的实验， 就是使炭黑与橡胶的反应 点失去活性， 结果是与橡胶的化学结合减少了。 在 此实验中使用的炭黑， 是在高温中经过石墨化处理 的样品。由于在滚动阻力范围内 tan提高，据此 结果可以认为， 即使配合炭黑， 让其与具有化学性 质的橡胶结合， 同样有可能在滚动阻力与抓着性能 上获得良好的匀衡性。 4.2 配合白炭黑 在配合白岩黑的情况下， 白炭黑与橡胶是否化学 结合，其物理性能差异很大。 使用让橡胶与白炭黑进行化学结合的双-（3-三 乙氧基甲硅烷基丙基） 四硫醚硅烷， 以及仅起到白 炭黑分散剂作用化学上不结合的三甲氧苯基硅烷 （KBM103，日本信越化学工业制）以及聚乙二醇， 对胶料的粘弹性进行了评价。 评价结果认为， 只有 在使用了让橡胶与白炭黑进行化学结合的硅烷偶 联剂（Si69） 的场合，滚动阻力范围内的 tan 才下降。 此实验结果清楚地表明， 仅仅改善白炭黑的分散 性是不够的， 如何使橡胶与白炭黑相结合仍是重要 的课题。 4.3 今后的研究课题 为了使橡胶与填充胶很好地结合， 有必要研究橡 胶、填充胶的改性（引入官能因）及能使各种配合 匀衡的偶联剂。 当然， 其中也需考虑其缺点， 例如， 在橡胶中引入二胺系化合物后，存在着焦烧问题。 填充胶的表面改性后有可能产生与橡胶的相容性 问题，由此而造成分散不良。 为了使橡胶与填充胶进行化学结合， 控制混炼 条件（温度、时间）便成为重要环节。 轮胎知识培训 众所周知，高温混炼会产生加工上的问题，故在 有关专利中介绍了控制混炼温度的方法。 全新概念轮胎制造工艺技术 全自动化生产一直是轮胎制造业界追求的目 标，也是全球轮胎工业发展的潮流。近些年来，轮 胎生产工艺自动化已朝着两个方向发展： 现有传统 工艺的不断完善和全新概念技术的开发应用。 从广义上说，全新概念技术也就是反传统的、 革命性的技术。 目前， 已经在该领域崭露头角的有 米其林 C3M 技术、大陆 MMP 技术、固特异 IMPACT 技术、 三海 CCC 技术、 普利司通 ACTAS 技术和倍耐 力 MIRS 技术。 上述 6 种全新概念轮胎制造工艺技术， 对传统制 造工艺技术的地位带来了威胁和挑战。 对此， 海外 业内传媒虽广泛加以报道，但关键技术披露甚少。 笔者现将收集到的信息加以整理和筛选， 粗略勾勒 出其中四种全新概念技术的大体轮廓。 一、基本情况 众所周知， 轮胎工业发展到如今已逾百年。 走过 上百年的历程，传统轮胎生产工艺至今已日臻完 善，从胶料混炼、部件准备(压延、压出)、成型、 硫化到成品质量检验， 各个阶段的自动化程度都非 常高。 任何事物在发展到一定历史高度之后， 再继 续往更高的目标迈进，其难度将非常大。这时，若 能够从另一个角度或换一种方法去思考和突破， 则 往往会有更好的效果和较大的收获。 全新概念轮胎 制造工艺技术就是在这样的背景下， 遵循这样的思 路开发出来的。 与传统的轮胎制造工艺技术相比， 上述全新概念 工艺技术普遍具有节省投资、 设备占地面积少、 生 产效率高、降低成本的优势，详见表 1。 表 1 全新概念轮胎制造工艺技术经济指标 效益 序 指标 号 米 倍 耐 三海 其 力 CCC 林 MIRS C3M 1 占地面积 50 90% 固 得 大 异 陆 IMPAC MMP T 2 小 90% 80% 70% 35% 生产效率 提高 操作人员 50 3 减少 90% 4 节省投资 50% 5 降低成本 减少工序 6 （个） 7 能耗降低 8 库存减少 材料消耗 9 降低 原材料降 10 10 低 倍 加工精度 11 提高 硫化时间 12 缩短 盈亏平衡 13 点（条） 15% 25% 62% 143 33% 50% 50% 15% 60% 43% 20% 3200 80% 375 20% 二、米其林 C3M 技术 C3M 的全称为： Command+Control+Communication&Manufacture； 建议译为：指挥、控制、通讯及制造一体化系统。 C3M 有如下 5 项技术要点：连续低温混炼； 直接压出橡胶件；成型鼓上编织缠绕骨架层； 预硫化环状胎面；轮胎电热硫化。 C3M 的关键设备是特种编织机和挤出机。C3M 技 术通过以成型鼓为核心， 合理配置特种编织机组和 挤出机组而得以实现。 特种编织机环绕成型鼓编织 无接头环形胎体帘布层和带束层， 并环绕成型鼓缠 绕钢丝得到钢丝圈。 挤出机组连续低温(90以下) 混炼胶料，压出胎侧、三角胶条以及其他橡胶件。 C3M 的工艺特点是： 部件既不经过冷却停放， 也 不需要再加工或预装配， 直接送到成型鼓上一次性 完成轮胎成型。 在成型过程中， 成型鼓一直处于加 热状态，胎胚在成型同时被预硫化从而达到定型。 米其林于 1982 年开始研究 C3M 技术， 1992 年宣 轮胎知识培训 布研究成功，次年在总部所在地-克莱蒙费朗 (Clermont-Ferrand)建第一间 C3M 厂，1998 年底 已发展到 7 间厂。 三、大陆 MMP 技术 MMP 的 全 称 为 ： Modular Manufacturing Process；建议译为：积木式成型法。 众所周知，传统的轮胎生产工艺由四大工序组 成： 塑混炼； 压延和压出； 成型； 硫化。 现有的轮胎厂， 除部分通过购人成品混炼胶而省缺 第一道工序外，大多数是上述四道工序全部齐备。 MMP 打破传统轮胎厂四大工序齐备的模式， 将四 大工序分割成两大块来操作。 第一块包括了传统工 艺的第一道工序(塑混炼)、第二道工序(压延和 压出)以及第三道工序的前半部分(胎体成型)，第 二块包括了传统工艺的第三道工序的后半部分(贴 带束层、上胎面)和第四道工序(硫化)；执行第一 块生产任务的工厂被称之为平台， 执行第二块生 产任务的工厂被称之为卫星厂。 平台负责生产轮 胎基本构件并进行预装配， 卫星厂负责整体装配并 完成轮胎制造工艺最后硫化。 通常， 一个平台可配 置多间卫星厂，构成辐射网络。 换言之，MMP 技术的最大特点就是一种基本构 件生产厂+总装厂的新模式。平台(基本构件生产 厂)设在劳动力成本低的地区，降低生产成本；卫 星厂(总装厂)设在技术发达的地区或处于市场战 略位置的地区， 一来保障产品质量， 二来达到成品 就地供货的目的。 平台产品(轮胎基本构件)实行标准化， 也就是说 同一规格，不同品牌、不同系列的轮胎，除胎面、 带束层不同外， 其余基本构件全部相同。 从平台下 线的胎体已经过预硫化。 视产品技术要求不同， 贴 带束层也可在平台上完成。 MMP 的最初构想为大陆公司采购与战略资源部 经理 Bernadatte Hausmanr 提出，1993 年底获立 项，1996 年 6 月首间全规格 MMP 示范厂在德国投 产， 1997 年初 MMP 技术通过大陆公司董事会评审， 至此拉开了全球范围应用的帷幕。 四、固特异的 IMPACT 技术 IMPACT 的全称为：Integrated Manufacturing Precision Assembly Cellular Technology；建议 译为：集成加工精密成型单元技术。若将缩写 IMPACT 看作是单词 Impact，其英文意思为碰撞、 冲击、影响。因此，海外业内传媒有将 IMPACT 谑称为 Impact 的，意喻对传统制造技术产生冲击 的新技术。 IMPACT 有四大要素(又称四大单元)：热成型 机(Hot Former)； 改进控制技术， 提高生产效率； 自动化材料输送； 单元式制造。 上述四要素既 可以单独使用， 也可以组合起来使用， 而且无论是 某个要素还是整个系统与现有的轮胎工艺流程都 能够紧密结合成一体。IMPACT 不会像其他新一代 轮胎制造系统那样与现用系统不兼容。 对整个橡胶业界而言， 热成型机似乎是闻所未闻 的新工装设备，其实它由多台微型型材压延机 (Mini Contour Calender)、冷喂料挤出机和一条 钢质运输带构成。 压延机的两个辊简直径在 700mm 左右， 它与传统压延机不同之处在于： 有一个辊 筒是型辊； 双辊温度超过传统压延工艺温度。 钢 质运输带又称移动轨床(Moving Tracked Bed)，由 两个导辊和一条不锈钢薄带构成，其最高速度为 15 米分，通常以 8-9 米分的速度运行。每台 压延机配备一台冷喂料挤出机， 后者负责向前者供 料。 对冷喂料挤出机没有什么特殊要求， 目前在用 的普通型即可， 至于它的规格则必须与在该工位压 出贴合的轮胎部件的体积流量相匹配， 保证供给 压延机足够的胶料。 目前固特异已经研制出两种热成型机， 其中一种七 工位，适用于卡车轮胎生产，另一种为四工位，适 用于轿车轮胎生产。 七工位热成型机由 7 台微型型 材压延机组成， 移动轨床将这 7 台压延机连接成一 个整体， 可压出 7 种不同的轮胎部件并同时完成部 件与部件之间的定位和组装贴合。 七工位热成型机的工作流程如下： 第一工位的微 型型材压延机压出气密层胶片，胶片落在移动轨 轮胎知识培训 床， 移动轨床将其输送到第二工位； 第二工位的压 延机压出隔离胶片， 敷设在气密层胶片之上， 型辊 同时将其压实， 完成两层胶片的热贴合； 第三工位 的压延机压出胎侧胶，敷设并贴合在上述组件两 侧； 第四工位的压延机压出胎圈包胶， 敷设并贴合 在上述组件上的某个特定位置； 第五工位的压延机 压出三角胶条， 敷设并贴合在上述组件上的某个特 定位置； 第六工位的压延机压出隔离胶条， 敷设并 贴合在上述组件上的某个特定位置； 位于第七工位 的压延机压出另一条三角胶条， 敷设并贴合在上述 组件上的某个特定位置。 至此， 组件也运行到了热 成型机的末端， 在此被卷取。 卷材将被送往二段成 型机，在二段成型机上裁断，贴上胎体帘布层、带 束层和胎面胶， 即得到生胎胚。 一卷这样的卷材可 成型 100120 条轮胎。 七工位热成型机的总长度为 4550 米。 热成型机贴合不用胶浆，不但降低原材料成本， 而且减少环境污染。 与传统工艺相比， 热成型工艺 耗材下降 10，劳动用工减少 42，生产成本节 约 20。 热成型机适用于各种类型和规格轮胎的生产。 第 一 台 热 成 型 机 已 于 1999 年 7 月 在 卢 森 堡 (Luxem-bourg)轮胎厂投入商用卡车轮胎生产；第 二 台 热 成 型 机 于 2001 年 夏 天 在 美 国 丹 维 尔 (Danville)轮胎厂投入原配载重轮胎生产。 固特异 拟于 2001 年稍晚些时候在德国富尔达(Fulda)轮 胎厂调试第三台热成型机，并于 2002 年将第四台 热成型机安装在北美， 这两台热成型机将用于轿车 轮胎生产。 截至 2000 年 12 月，固特异已研发成功 6 种冠以 IMPACT 的工装设备。这些设备一直在卢森堡、美 国丹维尔和加拿大纳帕尼(Napanee)三地的中试工 厂试车， 并至少已在一间轮胎厂转入正式使用。 这 些新型工装设备已使全员单位时间生产指数由 1998 年的 100 提高到 115。计划到 2002 年有 15 种 IMPACT32 装设备落户 7 间轮胎厂，届时上述指 数将会提升到 125。 现有的 6 种 IMPACT212 装设备分别为： 高产量 四复合挤出机； 精密带束层裁断机； 精密胎体 帘布层裁断机； 四束钢丝圈卷成机； 增强型载 重轮胎成型机；乘用轮胎成型机。 固特异在卢森堡轮胎厂用改进过的 Berstorff 四复合挤出机压出胎面组件，挤出速度大约为 10 米分，据此可推算其产量将超过 200 公斤分。 用该法生产的胎面组件比传统工艺生产的轻 19，这意味着成品轮胎重量减轻 5。 在用热成型机压出胶片代替外护圈包布取得成功 的基础上， 固特异大力发展注压成型钢丝圈三角 胶条组件。2001 年 4 月，钢丝圈三角胶条组件 注压成型机在卢森堡轮胎厂进人最后阶段中试。 该 机已成功地为 5000 条载重轮胎提供钢丝圈三角 胶条组件。 目前正对工艺进行调整， 为更大批量生 产作准备。 钢丝圈三角胶条组件注压成型机由 4 部分构成： 经过改进的带 DRC2000 控制器的 DesmaD710 800 4-TR 注压机；平板硫化机；三工位压紧 机；带专用夹具 ABB 机械手。 已按特定尺寸绕成特定形状的钢丝圈挂在专用 挂架上。ABB 机械手藉专用夹具夹持钢丝圈，放入 三工位压紧机。