绿色轮胎的材料应用
(1)NR
NR是非极性橡胶。虽然具有优异的综合性能，但其耐油、耐有机溶剂、耐热氧化、耐臭氧老化和耐紫外线性能较差，限制了其在一些特殊场合的应用。通过改性可以大大扩大天然橡胶的应用范围。
a)环氧化天然橡胶(ENR)
环氧化天然橡胶(ENR)是由天然橡胶(NR)化学改性而成的特种天然橡胶。与NR相比，ENR具有完全不同的粘弹性和热力学性能，如优异的气密性、粘合性、抗湿滑性和良好的耐油性。ENR能与极性填料(如二氧化硅)牢固结合，ENR硫化胶在没有填料的情况下仍能保持NR的高模量和拉伸强度。ENR 50具有良好的耐油性和阻尼性。将其用于轮胎胎面胶时，ENR与二氧化硅之间的强相互作用是提高无偶联剂时滚动阻力和湿抓地综合性能的重要因素。当ENR25与二氧化硅/炭黑填料混合时，可以获得最佳的耐磨性。
b)接枝天然橡胶
目前研究最多的是甲基丙烯酸甲酯(MMA)接枝NR。MMA接枝NR具有高伸长率、高硬度、良好的抗冲击性、抗弯曲开裂性、动态疲劳性能、粘合性和良好的填充性。工业上主要用于制造冲击性能良好的弹性制品，如无内胎轮胎的内衬层。若与丁苯橡胶并用，可作为胎圈三角胶胶料，其生胶强度和与钢丝圈的粘合力明显提高，钢丝圈刚度增加，钢丝圈形状保持稳定。
异戊二烯的新发展是合成3，4-聚异戊二烯橡胶(高玻璃化转变温度)。这种橡胶可以与天然橡胶、丁苯橡胶、聚丁二烯橡胶配合使用，提高抓地性能。异戊二烯和丁二烯的聚合物已经开发成功，异戊二烯与苯乙烯和丁二烯的三聚体也已经研究成功。由这些橡胶制成的胎面胶在滚动阻力和湿路抓地力之间具有良好的综合平衡。
中国专利ZL95110352.0介绍了负载钛催化异戊二烯本体沉淀聚合直接合成反式-1，4-聚异戊二烯(TPI)粉末的新技术。据悉，20-25重量份的TPI用于替代丁苯橡胶制成的轿车和轻型半钢子午线轮胎，取得了良好的综合行驶性能，在百公里油耗测试中油耗降低约2.5%。
(2)IR
IR的新发展是3，4-聚异戊二烯橡胶(高玻璃化转变温度)，可与NR、SBR、BR一起作为胎面胶，提高轮胎的抓地性能。目前已成功开发出异戊二烯和丁二烯的聚合物以及异戊二烯和苯乙烯、丁二烯的三聚体，可使轮胎在用作胎面胶时具有良好的滚动阻力和湿抓地性的综合平衡。中国发明专利(ZL 95110352。介绍了反式-1，4-聚异戊二烯(T PI)粉末的合成新工艺。在胎面胶中用20~ 25份TPI替代丁苯橡胶生产的轿车和轻型卡车子午线轮胎综合性能良好，油耗降低约2。5%.
(3)SSBR
溶聚丁苯橡胶(SSBR)广泛应用于绿色轮胎胎面，可根据需要生产不同宏观结构、微观结构和链端改性的特殊品种。在聚合物生产过程中，加入某些化学物质可以改变聚合物链的末端，显著增强聚合物与炭黑的相互作用，减少填料之间的相互作用，从而降低轮胎的滚动阻力。
第三代SSBR通过分子设计和链结构的优化组合，最大限度地提高了橡胶的综合性能。主要产品有三种:一是在大分子链中引入异戊二烯链段制成的苯乙烯-异戊二烯-丁二烯* * *聚合物，即集成橡胶(SIBR)，集良好的低温性能、低滚动阻力和高抓地性能于一身，是迄今为止最全面的二烯合成橡胶。其次，渐变序列结构分布的块状SSBR能很好地平衡湿滑阻力和滚动阻力；第三，硅烷改性的SSBR增强了橡胶与白炭黑等白色补强剂的亲和力，匹配时可以省略或少用钛酸酯等价格昂贵的偶联剂。这种环保产品能够满足日益严格的环保要求，符合现代轮胎的发展方向。
(4)BR
汽车轮胎必须尽可能平衡滚动阻力、耐磨性和抗湿滑性这三者的神奇三角。高顺式BR不仅可以解决胎面耐磨问题，还可以在轮胎的其他部位发挥其优势。BR和SSBR并用作为胎面胶，可使轮胎具有最佳的抓地性和磨耗综合平衡，降低滚动阻力，节油5%。BR/ SSBR胎面胶采用白炭黑和硅烷偶联剂。当BR用量增加到40份时，可以保持耐磨性，而SSBR和白炭黑可以降低滚动阻力，提高轮胎在雪地和湿滑路面上的牵引力。BR使用最多的部位是子午线轮胎的胎侧。防老剂6PPD(共混比为50: 50)的NR/ BR共混物具有最佳的抗裂纹扩展性能、良好的抗刺穿性能和较长的使用寿命。BR可以提高耐磨性和弹性，减少发热。高乙烯基含量的顺丁橡胶(HVBR)与天然橡胶并用可以提高耐老化性能和抗硫化返原性能。
(5)IIR
IIR的主要应用领域是轮胎，占其总消费量的80%以上。随着无内胎轮胎的发展，对HIIR的需求逐年增加。目前，对HIIR的需求已经占到IIR总需求的60%左右。IIR具有优异的气密性和耐化学性。
(6)泡沫橡胶
为了解决镶钻轮胎带来的灰尘问题，镶钻轮胎被防滑轮胎取代。无钉防滑轮胎的一个重要特征是在大约0摄氏度时的高摩擦。在湿冰上，需要大幅度提高排水效果，仅仅依靠沟槽和刀槽花纹的排水效果是不够的。目前已经开发出一种新型橡胶，可以提高排水性、啮合效果和附着摩擦力，代表性的就是发泡橡胶。泡沫橡胶是指有许多微小独立气泡的橡胶。
(7)聚氨酯弹性体
与橡胶相比，聚氨酯弹性体具有更好的耐磨性、更高的撕裂强度和更宽的硬度范围。浇注型聚氨酯弹性体是目前最耐磨的弹性体，具有高耐磨性、着色性、高耐切割性、优异的耐油性和耐化学性，对人体无毒害作用，不添加炭黑和芳烃油即可完全生物降解。它是轮胎胎面的理想材料。米其林的PAX漏气保用轮胎配备了全新的轻质聚氨酯辅助支撑环，比原来的橡胶支撑环小了4 kg左右。使用聚氨酯作为轮胎翻新材料的关键技术是通过纳米技术提高聚氨酯弹性体的热稳定性，使其最高使用温度达到120摄氏度。其次，开发了成本低、使用方便、效果好的橡胶表面处理剂和粘合剂，使聚氨酯胎面与普通橡胶粘合牢固。聚氨酯胎面翻新轮胎的实际行驶里程比普通轮胎高1~ 2倍，同时可以消除大量炭黑和芳烃油对环境的污染，是提高翻新轮胎性能的新途径。(1)人造丝
由于人造丝具有良好的尺寸稳定性，用作子午线轮胎的胎体骨架材料可以获得优异的操纵性能，因此目前常被用于高性能轮胎和漏气保用轮胎。然而，人造丝消耗天然林资源、生产过程污染严重的问题越来越受到人们的关注。
(2)尼龙
尼龙帘线主要用于斜交轮胎，最新的新产品主要是聚己二酰己二胺纤维和杜邦公司的HYTEN高强度聚酰胺纤维。聚六亚甲基二胺纤维(尼龙46)具有熔点高、热收缩小、模量高的特点，而且与尼龙6、尼龙66不同，不易因发热而熔化帘线，降低了轮胎的耐久性。使用海腾作为子午线轮胎的胎体骨架材料，可以使轮胎具有良好的耐久性和低生热性，减轻轮胎重量。固特异公司试制的采用大直径HYTEN帘线作为缓冲层和胎体帘布层的航空轮胎，可分别达到65，438+07%和45%左右，可减少驻波现象、帘布层剪切变形和生热。
(3)聚酯
聚酯是橡胶工业中稳步发展的纤维之一。20世纪80年代，尺寸稳定的聚酯(DSP)研制成功。使用尺寸稳定的聚酯帘子布制造子午线轮胎，可以避免硫化后的充气过程，解决热收缩引起的胎侧凹陷的外观问题。轻型卡车轮胎用聚酯的原料成本比人造丝低35%。因为聚酯的强度比人造丝高，所以使用聚酯时通常可以减少胎体层数。
(4)钢丝
钢丝最大的特点就是强度高。近年来轮胎用钢丝骨架材料的主要新产品如下。
a)高强度钢丝
近年来，高强度钢丝帘线在轮胎中得到广泛应用，其强度比普通钢丝帘线高20% ~ 40%。目前，超高强度钢丝的强度高达4。0 GPa还在开发中。
b)超细和超强钢丝
固特异公司专门开发了用于漏气保用轮胎的超细超强钢丝(25 mm内可排列7 000根钢丝)。这种超细钢丝帘线的研制成功，开创了钢丝帘线在汽车轮胎胎体中的应用。
(5)芳纶
芳纶纤维热稳定性高，在400~ 430摄氏度氧化降解，熔点高达500摄氏度，模量高。
(6)复合帘线
到目前为止，还没有一种市售帘线能够完全满足轮胎所需的各种性能。为了充分利用各种帘线的优点，克服它们的缺点，人们提出了采用复合帘线的方法。现有专利提出以尼龙长丝为表层，聚酯长丝为芯层制造尼龙/聚酯复合帘线，综合了聚酯帘线的弹性和强度以及尼龙帘线的良好粘合性。与芳纶帘线相比，由1~ 2股芳纶和1股尼龙或聚酯制成的复合帘线具有以下特点:更高的耐疲劳性和断裂伸长率、更低的模量、可控的收缩率和更好或相当的强度/成本比。与芳纶/尼龙复合帘线相比，芳纶/聚酯复合帘线的拉伸性能略低，模量高得多，永久变形小，粘合性差。目前，一些大型工程机械轮胎已经采用了复合帘线。近年来，高结构炭黑、纳米结构炭黑、白炭黑和炭黑-白炭黑双相填料等新型填料被成功开发。在保持轮胎胎面胶滚动阻力较低的前提下，提高了轮胎的耐磨性，改善了轮胎的综合性能，促进了绿色轮胎的发展。
(1)炭黑
a)具有高性能和低滞后损失的炭黑
高性能炭黑的特点是粒径小、结构合适、聚集体粒径分布窄、表面活性高，而低滞后损失炭黑的特点是结构高、聚集体粒径分布宽、表面活性高。
b)纳米结构炭黑
纳米结构炭黑是通过改进的炉法生产的。与传统炭黑相比，纳米结构炭黑具有更高的表面粗糙度和活性。较高的表面活性主要与具有高度无序交联的较小结晶颗粒有关。这种结晶颗粒具有大量的棱，成为具有高表面能的活性场，与聚合物有很强的相互作用。
(2)白炭黑
二氧化硅是高度分散的无定形粉末或絮状粉末，具有高电绝缘性、多孔性和吸水性。其原始粒径小于3？m，所以比表面积大。胎面采用特殊聚合物和二氧化硅/硅烷体系，可获得较高的湿路牵引性能和湿路制动性能，降低滚动阻力。在欧洲原车轮胎市场，胎面采用二氧化硅/硅烷填充体系的轮胎数量已经达到80%以上。现代冬季轮胎性能的巨大提高主要取决于胎面胶中二氧化硅/硅烷体系的使用。特种高分散二氧化硅配合高结构细颗粒炭黑用于载重轮胎，可以在降低滚动阻力的同时保持耐磨性。
(3)炭黑-白炭黑双相填料
炭黑-二氧化硅双相填料提高了弹性体与填料之间的相互作用，但降低了填料与填料之间的相互作用，在不降低传统炭黑耐磨性的情况下，可以大大降低轮胎的滚动阻力，提高牵引力[20]。
(4)一种基于淀粉的新填料(BoT red)
BoT red是一种基于淀粉的新型填料。首先，从玉米中提取玉米淀粉衍生物，将其转化为微滴，然后加工成生物聚合物填料。BoT red为球形颗粒，便于将机械能降至最低，减少滚动阻力。固特异公司用BoT red制造的GT3绿色轮胎与上一代产品相比，抗水滑性能提高了5%，重量减轻了100 g，滚动阻力降低了10%。
(5)短纤维
短纤维应用于轮胎胎面对轮胎滚动阻力的影响主要包括以下两个方面:a)提高轮胎的刚性，使轮胎在行驶过程中相同载荷下的下沉量明显减少，即轮胎的变形量减少，从而降低滚动阻力；b)胎面胶中使用短纤维不仅可以提高胎面的刚性，还可以相应降低胎面的摩擦系数和滚动阻力。