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汽车轮胎材料与材料发展趋势综述 学生姓名 方鹏学生姓名 方鹏 学号 学号 201402180228201402180228 摘要 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 轮胎课题橡胶性能 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 关键词 轮胎 汽车 材料 汽车轮胎 合成橡胶 生产能力 年份轿车轮胎载重轮胎 1970耐久性 经济性耐久性 1980经济性 高速性经济性 环保 低滚动阻力 外观 高 1990经济性 速化 轻量化 彩色轮胎 安全 环保 低滚动阻力 舒安全 舒适 四季 2000适 操控性 零压安全胎 新制轮胎 气压监测系统 造技术 气压监测系统 低噪声低噪声 1 天然橡胶天然橡胶 1 11 1环氧化天然橡胶 环氧化天然橡胶 ENRENR 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 21 2 充油天然橡胶充油天然橡胶 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 31 3接枝天然橡胶接枝天然橡胶 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 合成橡胶合成橡胶 2 12 1 丁苯橡胶 丁苯橡胶 SBRSBR 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 生产商工厂产能 万 t a 备 注 吉林14 0多功能装置 中国石油兰州15 5多功能装置 抚顺20 02010 年建成 普利斯通惠州5 0日本技术 福橡集团福建泉港10 02011 年建成 天津陆港天津10 02011 年投产 申花化工 台橡南通18 0 浙晨橡胶杭州5 02010 年投产 表表 4 我国 2011 年溶聚丁苯橡胶已建 在建装置及产能 产能 生产商工厂备 注 万 t a 北京燕山3 0多功能装置 已建成 中国石化上海高桥4 2多功能装置 已建成 茂名3 0多功能装置 已建成 中国石油独山子8 0多功能装置 已建成 中国北方盘锦10 0多功能装置 在建 2 32 3顺丁橡胶 顺丁橡胶 BRBR 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 32 3 异戊橡胶 异戊橡胶 IRIR 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 2 42 4 丁基橡胶丁基橡胶 IIR IIR 丁基橡胶最大的性能特点是其气密性好 是制作汽车轮胎内胎的主要材料 然而现代轮胎发展使得无内胎轮胎成为未来发展的趋势 而丁基橡胶由于硫化 速度慢 无法作为气密层与外胎一起进行硫化 卤化丁基橡胶是对普通丁基橡 胶进行卤化改性得到的 其硫化速度满足轮胎生产要求 目前我国卤化丁基橡 胶生产还处于刚刚起步阶段 1953 年 Morrissey 等发现 IIR 经过溴化后同 NR 的粘合性能得到改善 才使该弹性体在轮胎工业上变成一种重要的橡胶材料 1954 年 Goodrich 将 其商品化 推广了以 Hycar 2204 为品牌的改性溴化 IIR BIIR 80 年代以 后 随着加工性能良好的低粘度 BIIR 的开发 BIIR 在轮胎 特别是气密层 中的应用日趋广泛 2 52 5 乙丙橡胶 乙丙橡胶 EPREPR 乙丙橡胶是以乙烯 丙烯为主要单体的合成橡胶 依据分子链中单体组成的 不同 有二元乙丙橡胶和三元乙丙橡胶之分 前者为乙烯和丙烯的共聚物 以 EPM 表示 后者为乙烯 丙烯和少量的非共轭二烯烃第三单体的共聚物 以 EPDM 表示 EPDM 是一种主链完全饱和的三元乙丙橡胶 近年来 EPDM 与 NR 并用广泛用作胎侧胶 解决了轮胎工业过去依赖化学防护剂来延长胎侧寿命的 做法 并且大大地改善了轮胎的外观 6 但是 普通品种的 EPDM 难以同 NR 获得良好的粘合 近年来发现对 EPDM 改性后 使用高相对分子质量 高乙烯 基含量及以 ENB 乙叉降冰片烯 为第三单体的 EPDM 大大改善了同 NR 的粘 合性能 使 EPDM NR 胎侧技术走向成熟 结论与展望 结论与展望 随着溶聚丁苯橡胶 稀土顺丁橡胶等高性能橡胶生产装置的陆续投产 必定 促进我国高性能轿车轮胎的发展 参考文献参考文献 1 王进文 汽车及其橡胶件的发展趋势 J 西北橡胶树塑料研究设计院 2009 2 刘玉强 汽车用橡胶材料的现状与发展 J 昆明大学 2007 3 李汉堂 轮胎技术的新发展及未来发展趋势 J 2008 4 徐立志 汽车轮胎橡胶材料概述 J 揭阳市天诚密封件有限公司 2016 5 朱则刚 汽车轮胎新技术 J 湖北省汉江机械装备材料工程公司 2016 6 文兴 芥川惠 门田邦信 轮胎的未来发展趋势 J 2016 7 汪立亮 汽车轮胎的发展趋势 三 J 汽车管理学院 2007 8 赵子亮