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中国橡胶王中江 郑 涛 孙世悦 张士光 龙飞飞 张 宁 山东丰源轮胎制造股份有限公司
全方位安全轮胎的研制
随着经济的不断发展，汽车需求量持续增加，道路交通事故随之增多，轮胎的安全、舒适、绿、环保问题成为轮胎行业关注的技术难题之一。
山东丰源轮胎制造股份有限公司的全方位安全轮胎产品具有防爆破、防漏气、防静电3方面防护功能，以高性能产品为主，以“国际领先、国内一流”作为产品目标，在消化吸收国际领先的成熟半钢子午线轮胎研发、生产技术基础上，下大力气独立自主创新研发，持续提高轮胎性能，成为具有较好经济效益及社会效益的差异化市场产品，并形成半钢子午胎系列产品。
全方位安全轮胎的诞生是轮胎行业的一场深刻的革命，将带来良好的社会效益和经济效益，对全社会都具有深远意义。
一、全方位安全轮胎
与传统轮胎相比，全方位安全轮胎至少具有以下3方面防护性能：
1.防爆破。研发出高韧性、高强度、低生热胎侧支撑胶置于轮胎胎肩到胎侧位置，类似胎侧支撑结构缺气保用轮胎。支撑胶能够抵抗侧面硬物的刮擦、刺扎、碰撞，即使产生了破损漏气，仍然可以让汽车保持一定的行驶能力。
2.防漏气。研发出温度宽度范围-40℃～140℃的记忆橡胶，将记忆橡胶高速喷涂至轮胎内腔胎冠对应
位置，形成一层3～5mm 的轮胎保护涂层，当尖锐物体刺入轮胎时迅速被记忆橡胶涂层紧密包裹而不会漏气；当尖锐物体被拔出时，穿孔被记忆橡胶涂层瞬间填充和密封好，有效解决了轮胎被刺扎或者砂眼造成的泄气和慢漏现象；记忆橡胶涂层还能承受胎
面长达10cm 的创口而不漏气，具备强大的防漏防爆等安全特性，保证汽车继续正常行驶。
二、全方位安全轮胎简介及机理分析
1.全方位安全轮胎防爆破、防漏气性能全方位安全轮胎基本结构见图1。
图1 全方位安全轮胎机理简图
在传统轮胎的结构之外，增加了胎侧支撑胶、胎顶内壁防爆层、胎面导电胶等，分别依靠这3项结构填加，并结合相关的结构和配方调整，来达到发明预期的“三防”目的。具体实施方式是：
（1）增加胎侧支撑胶。轮胎成型时，在胎侧的内壁贴覆一层断面呈半片柳叶形状的橡胶，由于胎侧支
撑胶的厚度较大，使胎侧既能保持良好的曲挠吸震性能，又能够抵抗硬物刮擦导致的爆破，即使产生了破损漏气，仍然可以依靠良好的支撑作用使汽车保持一定的行驶能力。
（2）加轮胎防漏气爆破层。其主要原理是在轮胎接地胎面内侧，气密层的外侧增加一层防漏气爆破层。防漏气爆破层为高速喷涂至轮胎内腔胎冠对
应用技术
40中国橡胶
应用技术
图2 胎面挤出导静电预口型
应位置的记忆橡胶，该记忆橡胶是一种高分子记忆纳米合成材料，呈半固态胶状，具有高韧性、高黏度、高初黏性、高剥离强度、可记忆自修复等特性，软化点温度140℃，低温弯曲无裂纹，温度为-40℃，即在-40℃～140℃温度范围内，始终保持性能不变。将记忆橡胶高速喷涂至轮胎内腔胎冠对应位置，形成一层3～5mm 的轮胎保护涂层，当直径在6mm 以下的尖锐物体刺入轮胎时迅速被记忆橡胶涂层紧密包裹而不会漏气；当尖锐物体被拔出时，穿孔被记忆橡胶涂层瞬间填充和密封好，有效解决了轮胎被刺扎或者砂眼造成的泄气和慢漏现象；记忆橡胶涂层还能承受胎面长达10cm 的创口而不漏气，具备强大的防漏防爆等安全特性，保证汽车继续正常行驶。
（3）防爆破、防漏气、防静电超级安全轮胎主要的技术指标是在轻微刺扎情况下，轮胎不漏气或漏气缓慢；在严重刺扎零胎压的情况下可以保证汽车在爆胎时不失控、翻车和甩尾而造成车毁人亡的重大交通事故，并且可以在80公里/小时的速度下续行1小时以上。
2.全方位安全轮胎的导电性能
与传统轮胎相比，全方位安全轮胎增加了胎面导电胶条，并调整了胎面导电配方。
在传统胎面中嵌入一条很窄的导电橡胶，一直深入到内部冠带条，既可以保持胎面原有的性能，又通过导电胶条将内部静电导至胎面外表，达到释放静电的目的。
在胎面配方中增加碳纳米管CNT 材料，使轮胎具有低滚动阻力，更节油环保，无静电；优异的高速性能，行驶速度更快；胎冠表面温度大幅降低，延长轮胎使用寿命；胎面更柔韧，贴合路面，抓地力更强，干地制动距离更短、更安全，体现为高导热、高导电和高耐磨“三高”性能且轮胎的干湿地操控性能、刹车距离等都有显著改善。
其胎面挤出预口型示意见图2。
（1）指标要求
防静电测试方法参照国家标准GB/T 26277-2010《轮胎电阻测量方法》，等同于国际标准ISO 16392-2007《轮胎电阻 使用专用装置测量电阻的试验方法》。
全方位安全轮胎配方开发性能要求，既要保持原有以炭黑和白炭黑为主要填充材料的胶料物理化学性能，又要充分利用碳纳米管材料独特的性质使轮胎在保持原有性能的基础上获得独特的性能，包括大幅减小电阻值以提高轮胎静电释放能力、提高车辆操控性能、缩短刹车距离、延长使用寿命等。
（2）配方及工艺调整①配方优化
优化调整后的配方配方见表1。
表1
优化调整后的配方
炭黑2013CNT 03其他
158.38
161.88
全方位安全轮胎胎面胶料的生产需研究含碳纳米管材料的胶料混炼技术。小配合试验研究显示，由于碳纳米管材料在胶料中的含量较少，而且是以碳为机体的材料，在混炼时很容易与炭黑、白炭黑和其他材料形成聚集体，无法实现均匀分散，从而难以达到预期效果。因此应用含有碳纳米管材料的母胶，在胶料混炼时将含有碳纳米管材料的母胶与生胶同时投入，并在前期提高混炼转速，保障碳纳米管材料足够的剪切力以提高分散性能。轮胎101网
所生产终炼胶性能检测结果见表2、表3。
表2
终炼胶性能检测结果
10%定伸应力 /MPa 2.36 2.51100%定伸应力 /MPa 4.47 4.72回弹性/ %26.927.0拉伸强度/MPa 16.916.4拉断伸长率/%
405395耐撕裂强度/N·mm -1
57.75
57.53
从表2可以看出，CNT 作为一维材料，网络间相互作用大，与橡胶结合作用较弱，MA300较低。添加碳纳米管材料的配方拉伸强度、拉断伸长率和耐撕裂强度都较原有配方有所降低，这可能归因于填料总量降低、CNT 一维结构等因素。
从表3可以看出，添加碳纳米管材料的配方
tan δ
降低，滞后损失降低，导热系数提高，电阻率
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中国橡胶 图3 原有销钉排布 图
4 优化后销钉排布
显著降低，导电性能提高。
表3
导电等性能检测结果
②压出技术优化
全方位安全轮胎胎面胶料的生产需研究含碳纳米管材料的胶料复合压出技术。碳纳米管材料是一种长径比较大的材料，用含碳纳米管材料的胎面胶料生产胎面半部件时，碳纳米管材料会随着胎面压出过
程取向而无法形成连续相，从而无法形成“导电”通路。研究中一方面通过在配方中使用少量炭黑，并用微量其他“导电”材料，另一方面，通过研究对胎面压出温度、速度的调整和挤出机螺杆销钉排布的控制，使其他“导电”材料成为“接通”碳纳米管材料的桥梁，从而形成“导电”通路，发挥出碳纳米管材料在轮胎中应用时预期的性能。同时对三复合螺杆挤出机原有的销钉排布进行优化调整。挤出机头销钉排布调整见图3、图4。
（3）成品性能
按GB/T 26277-2010标准，对全方位安全轮胎225/45ZR18 YAD866进行检测，送检轮胎体积电阻率导电率数据为≤108Ω/cm 。成品轮胎测试结果见表4。
表4
成品轮胎检测结果
增加（CNT ）配方
6.94×106Ω
从表4可以看出，成品轮胎的电阻率降低了5个数量级。
三、结论
丰源轮胎公司自主开发的防爆破、防漏气、防静电超级安全轮胎，其胎侧增加了内壁支撑胶可使胎侧既能保持良好的曲挠吸震性能，又能够抵抗硬物刮擦导致的爆破，即使产生了破损漏气，仍然可以依靠良好的支撑作用使汽车保持一定的行驶能力，且其配方组分具有高硬度、高定伸、低生热和耐高温等特性。轮胎接地胎面内侧增加的防漏气爆破层具有较强的抗刺穿性能，有效防止因轮胎刺扎引起的漏气爆胎等，由于该防漏气爆破层具有较强的抗撕裂、高定伸、高强度等物理特性，在扎入铁钉等异物时，防爆层可以及时包裹住异物，防止漏气失压，保证汽车继续正常行驶，且其配方组分具有高撕裂、高定伸、高强度等特性；增加胎面导电胶条或调整胎面导电配方。增加胎面导电胶条可以保持胎面原有的性能，又通过导电胶条将内部静电导至胎面外表，达到释放静电的目的，调整胎面导电配方是在胎面配方中增加碳纳米管或者是石墨烯等导电特异材料，可在不影响胎面其他优异性能的情况下，明显提升胎面的导电性，能够及时导走静电，保障汽车的安全使用。
综上，丰源轮胎公司新开发的全方位安全轮胎可使轮胎达到防爆破、防漏气、防静电，从而克服传统轮胎的三大危险因素，实现轮胎全面安全的目的，具有深远的社会意义。可提高公司半钢子午线轮胎的技术水平及市场竞争力，成为公司新的利润增长点，具有广阔的市场前景。
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