节油轮胎用高性能橡胶纳米复材制备技术:提升国产轮胎国际竞争力

  “节油、安全”已成为世界汽车轮胎的发展趋势。我国轮胎产量虽居世界第一,但大部分轮胎的节油性能处于欧盟标签法分类等级的最低水平,中国轮胎产业发展面临严峻挑战。由北京化工大学张立群教授主导开发的节油轮胎用高性能橡胶纳米复合材料设计及制备关键技术,对我国轮胎行业应对欧盟轮胎标签法和贸易技术壁垒提供了重要支撑,显著增强了国产轮胎的国际竞争力。该项目荣获了2015年国家技术发明二等奖。

  欧盟数据表明,如果全球都采用节油轮胎,按节油5%(B级)计算,每年可节油约200亿升,减少二氧化碳排放5000万吨,对缓解全球能源危机、减少二氧化碳排放以及城市雾霾意义重大。

  上世纪90年代,法国米其林公司推出第一款使用特殊性能橡胶纳米复合材料制造的节油轮胎。2009年欧盟推出全球瞩目的轮胎标签法规,并于2012年11月1日起执行,要求在欧盟销售的轮胎必须标示出轮胎的滚动阻力(节油性能)、湿路面抓地指数(安全性能)的等级,不达到规定等级不准许进入欧盟市场。

  世界著名轮胎公司都竞相大力发展节油、安全轮胎技术。我国轮胎年产量占全球轮胎总产量1/3以上。但在2009年,我国大部分轮胎的节油性能仍处于欧盟标签法分类等级的最低水平(E级和F级),再加上特保等贸易技术壁垒的打压,中国轮胎产业面临严峻挑战。

  为此,国内加强了轮胎节油性能提升方面的研究。由于在构成轮胎的橡胶部件中,胎面胶、钢丝圈垫胶和气密内衬层胶纳米复合材料是发展节油轮胎的3种关键材料,在国家“863”计划等项目的资助下,北京化工大学张立群教授带领的先进弹性体材料研究中心通过产学研紧密联合,开发了原位改性分散技术和乳液纳米复合技术,解决了工业化应用时纳米填料的分散与界面调控难题。

  在此基础上,他们针对发展节油轮胎的3个关键部件,发明了兼具高节油、高安全、高耐磨以及抗静电等性能的轮胎胎面用纳米复合材料及其原位改性分散制备方法,解决了高含量纳米二氧化硅在橡胶中大规模混合时的纳米级分散和界面化学“锚定”难题;发明了水相纳米解离—改性—乳液共混共凝聚技术,解决了天然层状硅酸盐在橡胶中的纳米分散与界面调控的难题,进而开发了高气体阻隔、低黏性损耗和低成本的气密内衬层用纳米复合材料;发明了天然针状硅酸盐纳米短纤维与橡胶的纳米复合制备方法,进而发明了钢丝圈垫胶用高模量、低黏性损耗的橡胶纳米复合材料。

  应用该课题开发的高性能纳米复合材料,北京化工大学开发出了高节油兼具高安全、高耐磨、抗静电性能的轿车轮胎,并实现了这些材料在轿车节油轮胎的产业化应用,生产出达到国际最好水平的节油(B级)、安全(A级)轮胎。

  国际权威汽车杂志德国《AUTO BILD》对全球50个品牌轮胎测评表明,采用该技术生产的节油轮胎战胜了众多国际轮胎著名品牌,与米其林轮胎同获“最优”评价。

  国内两家著名轮胎公司利用该项目开发的技术,分别形成年产600万条和500万条轿车节油轮胎的生产线。近3年实现产值30.29亿元,利税2.9亿元,出口创汇4.18亿美元,显著提升了我国轮胎的国际竞争力。项目的另外两个完成单位玲珑轮胎、风神轮胎分列2014年《中国500最具价值品牌排行榜》第126位和197位,前者还荣列2014年亚洲品牌500强。

  此外,在该项目的研究过程中,研究团队获得发明专利授权20件,其他专利6件,在橡胶纳米复合材料方面发表研究论文239篇,获3项国际科技奖。

关键字:轮胎
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