什么是绿色轮胎？请解释这个新术语。
标题:绿色轮胎
中文:绿色轮胎
解释:
从节能减排的角度来看，轮胎也是一个污染源。
由于滚动阻力，轮胎引起的油耗约占轿车总油耗的20%，而在卡车中，这一比例已增至1/3。
根据国际能源署的数据，目前全球共有8.3亿辆汽车，其二氧化碳排放量占全球二氧化碳排放总量的18%。促进可持续发展世界商业理事会预测，到2030年，汽车排放的二氧化碳将增加一倍。
如此高的碳排放增长率显然与节能减排的国际趋势背道而驰。由此，欧洲对汽车减排提出了新的要求。
在“5438年6月+2007年10月能源与气候计划”中，欧洲委员会重申了“提高能源效率和减少汽车二氧化碳排放”的决心。欧洲委员会强调，“为了通过全面和一致的措施，在2012年之前实现每公里二氧化碳排放量为120g的目标，将制定控制汽车二氧化碳排放量的进一步措施”。2008年年中，欧洲理事会将向理事会和欧洲议会提交法律法案框架，以最终实现这一目标。
这不是一件容易的工作。
每公里65，438+0.20克的碳排放目标意味着在未来四年内，汽车制造商必须改进其所有车辆，以达到每公里减少20克二氧化碳排放的平均水平。
米其林的绿色轮胎产品从1992开始上市。其原理是在轮胎胎面中掺入硅原料作为炭黑的部分替代物，硅有助于在不降低轮胎抓地力(特别是湿滑路面)和耐磨性的情况下降低滚动阻力。
不可否认的是，这项创新技术大大降低了车辆行驶所需的能耗，百公里油耗可降低0.15升。
根据米其林的统计，每一秒钟，在世界每个角落滚动的米其林绿色轮胎可以节省油耗43.91升/秒，帮助减少二氧化碳排放超过109.6438+04千克。
从2006年开始，米其林就发起引入了类似于汽车行业的指标体系，即节能指数，对轮胎油耗和二氧化碳排放进行分类。该指标的等级范围分为A级(节能性能最好的轮胎)和效率最低的I级(尚未具体定义)。低于最低等级的轮胎将不会在欧洲销售。
这个指标体系计划从2011开始在欧洲实施。届时，有意向购买轮胎的车主可以对自己正在考虑的轮胎的节能指标一目了然。
但这一节能指标的实施，对于整个轮胎行业来说，可能是重新洗牌的前兆。
1绿色轮胎的优势
绿色轮胎具有弹性好、滚动阻力低、油耗低、发热量低、耐磨、耐爆胎、承载能力大、乘坐舒适等优点。与传统轮胎相比，突出了环保、节能、新技术、新材料的优势。
1.1高环保
传统轮胎由于添加了致癌的橡胶配合剂，随着胎面磨损排放到空气中，严重污染环境。与此同时，世界上每年有数以亿计的轮胎被废弃。它们不仅占用大量空间，而且难以分解，对环境造成极大威胁，被称为“黑色污染”。随着人们环保意识的不断提高，在继续努力降低滚动阻力的同时，人们开始重视使用不污染环境的材料制作轮胎，努力延长轮胎的行驶里程，以减少废轮胎的数量。大量汽车使用绿色轮胎后，对节油和减少污染起到很大的作用。绿色轮胎的广泛应用将在全球范围内每年节省数百万桶石油，并显著减少一氧化碳的排放。
1.2低消费
使用的黑色轮胎由标准的合成橡胶和天然橡胶制成。在提高汽车行驶温度的条件下，其防护材料的结构和性能发生了变化，车轮的滚动阻力也随之增大。与普通轮胎相比，绿色轮胎降低了轮胎的重量和复合材料的能耗(迟滞损失)。因此，与同规格轮胎相比，绿色轮胎的滚动阻力可降低22%-35%，从而汽车的油耗可降低3%-8%，从而降低汽车的CO排放，其他性能如耐磨性、低噪音、干湿抓地性等也能保持在较好的水平。
1.3超级安全
绿色轮胎通过优化胎体设计，以优异的弹性胎面提高了汽车在光滑路面上的抓地性能，使行驶更加平稳，制动距离更短，大大提高了行驶安全性。研究表明，绿色轮胎产生的摩擦力可使汽车在湿滑或结冰路面上的制动距离减少65，438+05%，提高汽车冬季行驶性能65，438+00%-65，438+05%。这对减少事故率和人员伤亡具有重要意义。
设计绿色轮胎的两种方法
从理论上讲，降低汽车油耗的途径有轻量化、降低轮胎滚动阻力和使用稀混合气发动机。事实上，只有降低轮胎滚动阻力才是设计绿色轮胎最可行的方法。研究结果表明，轮胎模具、花纹设计、轮胎结构和材料都对轮胎滚动阻力有影响。克服轮胎滚动阻力所消耗的燃油占汽车总油耗的14.4%，而仅胎面产生的滚动阻力就占轮胎滚动阻力的49%。其他成分的影响比例为:胎侧14%，胎体11%，胎圈11%，带束层。胎面直接造成的油耗约占7.1%。降低胎面的滚动阻力，保证良好的抗湿滑性，将是绿色轮胎最基本的要求。
绿色轮胎技术主要从选择合适的橡胶品种和配合剂入手，改进胎面胶配方，辅以减薄胎体、优化轮胎轮廓等结构设计手段，降低轮胎滚动阻力。可以预见，计算机辅助设计技术的介入和聚合物分子取向设计成果的引入，无疑将加速绿色轮胎的发展进程。
2.1绿色轮胎的结构设计
2.1.1胎体结构子午线化
轮胎结构大致可以分为两种，即子午线结构和斜交结构。子午线结构和斜交结构的根本区别在于胎体。胎体是轮胎的基础，轮胎是由帘线组成的层状结构。胎体层的上部具有带束层，该带束层具有沿圆周方向布置的帘线。这种结构可以充分利用帘线强度，因此子午线轮胎的帘线层数比斜交轮胎少40%-50%。
从设计的角度来看，斜交轮胎有很多局限性。由于斜交轮胎的交叉帘线摩擦力大，胎体容易发热，加速胎面花纹磨损，其帘线布置不能提供优良的操纵性能和乘坐舒适性。子午线轮胎钢丝带束层适应路面不规则冲击的柔韧性好，经久耐用。它的帘布层结构也意味着行驶过程中的摩擦更少，从而获得更长的胎面寿命和更好的燃油经济性。
子午线轮胎本身的优点使无内胎轮胎成为可能。无内胎轮胎具有公认的优势。当轮胎被扎破时，不会像有内胎的轮胎(普通斜交轮胎有内胎)那样爆裂，而是保持一段时间的气压，从而提高安全性。
由于子午线轮胎胎体的特殊结构，轮胎的抓地力大，行驶时效果好。与配用斜交轮胎的汽车相比，配用子午线轮胎的汽车耐磨性可提高50%-100%，滚动阻力可降低20%-30%，油耗可节省6%-8%左右。也正因为如此，同一款车型使用子午线轮胎，轮胎的操控性比斜交轮胎更好，驾驶舒适性也更好。
综上所述，子午线胎体结构是绿色轮胎结构设计的首选。
当轮胎断面宽度增加时，滚动阻力减小。这是因为轮胎断面宽度的增加降低了胎侧刚度，而对滚动阻力影响不大的胎侧变形增加，对滚动阻力影响较大的胎面变形减小。此外，随着轮胎断面宽度的加宽，胎面和带束层等主要部件的能量损失降低。因此，增加轮胎断面宽度有利于降低滚动阻力。
如果填充胶条的高度增加，滚动阻力也会增加。因为随着填充胶条高度的增加，引起迟滞损失的材料体积增加，侧壁下部的能量损失也增加。另外，填充条高度的增加会由于胎侧刚度的增加而减少胎侧的变形，而对滚动阻力影响较大的胎面的变形会相对增加，从而导致滚动阻力的增加。目前，胎体结构的设计正朝着低姿态发展。
2.1.2胎面
当胎面半径增加时，轮胎的滚动阻力可以降低。这是因为当胎面半径增大时，轮胎会发生平面地面屈曲变形，从而降低了轮胎断面方向屈曲变形产生的应变能。也就是说滚动阻力随着胎面半径的增大而减小，这主要是由于胎冠和带束层的能量损失减小。未来，绿色轮胎的胎面结构应朝着以下方向发展:
(1)双胎面
双层胎面轮胎具有高速、稳定、耐磨、生热低等优点。一般由胎面和胎面基部两部分组成。胎面和胎面基部橡胶具有不同的动态模量和tanδ。相关文献指出胎面的动态模量大于胎面基部的动态模量(≥8.5 MPa)，tanδ大于0.12，胎面基部厚度与胎面厚度的比值为0.25-0.70。
(2)发泡胎面
发泡胎面由发泡橡胶制成。除了胎面胶的一般成分外，还含有结晶间规1，2-聚丁二烯(平均粒径为60 nm的粉末)，以及发泡剂、抗氧剂等其他添加剂。试验表明，用发泡胎面制成的轮胎在干湿路面，尤其是冰上具有良好的制动和牵引性能，即使在炎热的夏季也能完全保持行驶稳定性、耐久性和低油耗，是绿色轮胎胎面胶的发展方向。
在设计轮胎结构时，必须能够在不降低其他特性(湿滑性、安全性、振动等)的情况下降低滚动阻力。)与滚动阻力相矛盾。作为降低滚动阻力的具体方案，轮胎形状和橡胶配置必须综合考虑，尤其是复合材料构成的带束层和胎体帘布层对滚动阻力的影响。作为轮胎结构研究，不能仅仅依靠过去的直觉和经验，还应该利用仿真技术加速低滚动阻力轮胎的开发。
有限元法几十年来采用橡胶材料的能量结构方程，从线弹性方程转化为Mooney-Rivlin方程，最近在大变形领域引入了非线性结构方程。用作轮胎等许多工业橡胶材料的填充橡胶，由于其在0-100%应变场中的储能模量、损耗模量、tan8等粘弹性能，具有非线性应变，一般理解为佩恩效应。近年来，也有人提出了考虑这一点的非线性结构方程。在车轮正常转动的情况下，应变也占了轮胎变形的大部分，所以控制这个应变场中的粘弹性来控制轮胎滚动阻力就显得尤为重要。事实上，通过将代表填充橡胶在0-100%应变范围内的粘弹性特征的非线性粘弹性结构方程应用于有限元分析，轮胎滚动阻力tanδ的预测精度与传统预测相比有很大提高。这样，轮胎结构设计、新材料开发、降低轮胎滚动阻力的配方设计的精度和效率都相应提高。目前，通过有限元法模拟轮胎滚动阻力，已经形成了一种绿色轮胎设计方法。
普利司通成功研发了一种可以大幅降低滚动阻力、提高耐磨性的轮胎设计技术，被称为普利司通生态轮胎设计技术。
普利司通开发设计技术的目的是在研发轮胎节油技术的过程中，重点关注轮胎的偏心变形。通过开发新的轮胎形状，增加这种偏心变形，可以大大降低对车辆燃油影响较大的轮胎滚动阻力，进一步提高耐磨性。
如果轮胎载荷旋转，会由于轮胎接触面和轮胎本身的变形而产生阻力，进而发生以热能为王的能量损失。轮胎会失去滚动阻力称为轮胎。通过降低轮胎的滚动阻力，可以降低车辆的油耗。
过去开发能量损失较小的胎面胶可以有效降低滚动阻力，主要是通过开发橡胶材料来实现。但使用能量损失较少的橡胶会降低耐磨性，这就很难开发出低滚动阻力轮胎。
普利司通开发的新技术，通过采用能大幅降低轮胎能量损失的新轮胎外形，抑制因换料(为了降低滚动阻力)而导致的滚动阻力下降。
普利司通认为，用这种技术开发的轮胎，如果与环保汽车，如电动汽车(EV)配套，可以事半功倍。
普利司通已经在2003年10月24日的第27届东京车展上展示了利用该技术开发的轮胎原型。
加载试验表明(加载试验的轮胎尺寸为235/35R19，乘员人数为4人，轮胎充气压力为230 kPa)，样品轮胎的耐磨性比同规格的普顿轮胎提高了50%。
2.2绿色轮胎材料
一般来说，减少轮胎滚动阻力有两种基本方法:
(1)减轻轮胎质量
减轻轮胎质量是降低轮胎滚动阻力最快最有效的方法。为了保证小轮胎质量，在保证轮胎性能的前提下，必须采用最小的组件厚度。轮胎生产企业必须严格控制工艺，保证零件的最小厚度，绝不允许工厂为了解决生产问题而擅自增加零件厚度。使用轻质材料也是减轻轮胎重量的有效方法。用芳纶带代替钢带就是一个明显的例子。
(2)降低材料的能量消耗(迟滞损失)降低轮胎滚动阻力的第二种方法是降低轮胎材料的能量损失(迟滞损失)。聚酯帘线的滞后损失较大，但经过适当改进，可以推出滞后损失较小的品种。
2.2.1聚合物体系
2.2.1.1天然橡胶
天然橡胶是非极性橡胶。虽然具有优异的电性能，但在非极性溶剂中容易溶胀，所以耐油性和耐有机溶剂性较差。NR分子含有不饱和双键，因此耐热氧老化、耐臭氧氧化和耐紫外线性能较差，限制了其在一些特殊场合的应用。而NR通过改性可以大大扩展NR的应用范围。
(1)环氧化天然橡胶
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良好的附着力。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。
(2)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。2.2.1.2聚异戊二烯橡胶
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%。
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