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1、从颜色到结构：全面解析轮胎的秘密2012 年 06 月 07 日 01:00 来源：汽车之家 类型：原创 编辑：唐朝 评论：226 条 汽车之家 技术 轮胎大家绝不陌生，幼儿园的孩子闭着眼都能画出一个轮子，但很多开了一辈子汽车的司机也不明白轮胎这玩意儿里到底有什么玄机。您一定好奇轮胎有什么秘密， 不就是圆形、充气的吗？要知道，轮胎作为车辆与路面接触的唯一媒介，对于车辆的性能有着直接影响。瞧，这么重要的东西怎么能没有秘密？让我们来探究一下。 轮胎历史就像评书中的开始一样，想知道轮胎有什么秘密咱们得先了解它的身世，由于篇幅限制咱们只看看乘用车轮 胎，商用车轮胎且听下回分解。好了，言归正传，第一个空
2、心轮胎是 1845 年英国人罗伯特汤姆逊发明的。他提出用压缩空气充入弹性囊，以缓和运动时的冲 击，尽管当时的轮胎是用皮革和涂胶帆布制成，然而这种轮胎已经显示出滚动阻力小的优点，罗伯特汤姆逊并以马车和其他车辆的车轮改良为题，获得了英国 政府的专利。同年 12 月 10 日第一条充气轮胎诞生，第一个购买充气轮胎的人是个名叫罗列的贵族，四个轮胎的价钱合计为四十四磅二先令，要知道当时一英镑可 以兑换白银三两，而当年英国国民生产总值才 1000 多万英镑。 1868 年，美国人查尔斯古德伊尔（Charles Goodyear）发明硫化橡胶的方法，使橡胶能运用在轮胎上，古德伊尔先生虽取得专利但并未因此致富
3、（1898 年美国一家新成立的轮胎公司为了纪念他的贡献，把公司命名为固特异轮胎公司）。1887 年 12 月，英国兽医约翰邓禄普看到他的儿子在布满石头的庭院里骑着三轮车，思索如何使车轮更软以吸收震荡，于是发明用充气的橡胶管套在木制轮辐上，现代轮胎的原型诞生了。1903 年，JF帕玛先生发明了斜纹纺织品，这种斜纹纺织品的发明促成了斜交轮胎的发展，1930 年米其林公司申请了带内胎轮胎（无内胎轮胎前身）；1946 年获得举世闻名的子午线轮胎专利。看看，很多轮胎大厂都到齐了。 轮胎为什么是黑色 大家都知道轮胎主要由橡胶组成，橡胶大家没见过但也大概知道颜色，但您想过为什么以橡胶为原料的轮胎是黑色的吗？
4、其实这主要是由轮胎生产时的添加剂决定 的，早在十九世纪，橡胶轮胎由于添加剂的不同，其颜色并不固定。到 1915 年，由于在轮胎制造时加入了碳黑也称碳烟（carbon black），橡胶呈现墨水般的纯黑色，而且耐磨性达到前所未有的水准。此后，橡胶轮胎进入黑色一统天下的漫长时期。到了二十世纪五十年代，国外许多拥有轿车的人为了显示自己的财富与社会地位，纷纷把轮胎的外侧壁刷上白色油漆，以区别他人，体现个性。但是这种轮胎美容法 最大的缺点就是轮胎使用一段时间后，油漆会逐渐剥落，很不雅观，这种方式逐渐被冷落了。到六十年代，使用白色橡胶的白色橡胶轮胎又见复苏，不过这种轮胎的 强度和反抗撕裂性能较差，耐老化性
5、能差，成本也较为昂贵，使用时间稍久，胶料就会慢慢变黄变棕，失去原来的装饰效果。到了八十年代，日本、德国和美国等发 达国家曾重新生产并投入胎侧带有白色字体或环带的轮胎，固特异公司甚至还设计出一种全透明可在夜间照明的轮胎。 进入九十年代，米其林公司与法国一家化工集团合作，用二氧化硅取代碳，取得了良好的效果。由于二氧化硅的固有颜色是白色，可以加入任意不同的染色剂，轮胎从而可以任意选择颜色了。近些年来，随着新型橡胶防老化剂和白色以及浅色橡胶补强剂的出现，更进一步推动了轮胎颜色的发展。 明白了轮胎为什么是黑色的后，您一定好奇轮胎使用的橡胶了，轮胎用的橡胶和我们嘴里现在嚼的口香糖难道是“同父异母”的兄弟？
6、现在大多数汽车轮胎材料的主要成份是天然橡胶或者合成橡胶。天然橡胶主要来源于三叶橡胶树，当这种橡胶树的表皮被割开时，就会流出乳白色的汁液，称为胶 乳，胶乳经凝聚、洗涤、成型、干燥即得天然橡胶。而我们吃的口香糖的主要成分是胶基，胶基的精确成分通常属于商业机密，其主要成分可以是明胶（日本胶）或 天然橡胶（苯乙烯-丁二烯橡胶，丁基橡胶，聚异丁烯）所以说我们吃的口香糖和轮胎用橡胶并不是一种原材料。 讲讲轮胎的橡胶和添加剂轮胎生产的原料中有天然橡胶还有合成橡胶，合成橡胶是由人工合成方法而制得的，采用不同的原料（单体）可以合成出不同种类的橡胶。在合成橡胶中又属通用橡 胶应用最多，通用橡胶是指部分或全部代替天
7、然橡胶使用的胶种，如丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶，异丙橡胶，氯丁橡胶等。常见通用橡胶及特点丁苯橡胶是由丁二烯和苯乙烯共聚制得的，是产量最大的通用合成橡胶，有乳聚丁苯橡胶 、溶聚丁苯橡胶 和热塑性橡胶（sbs）。顺丁橡胶是丁二烯经溶液聚合制得的，顺丁橡胶具有特别优异的耐寒性、耐磨性和弹性，还具有较好的耐老化性能。顺丁橡胶绝大部分用于生产轮胎，少部分用于制造耐寒制品、缓冲材料以及胶带、胶鞋等。顺丁橡胶的缺点是抗撕裂性能交差，抗湿滑性能不好。异戊橡胶是聚异戊二烯橡胶的简称，采用溶液聚合法生产。异戊橡胶与天然橡胶一样，具有良好的弹性和耐磨性，优良的耐热性和较好的化学稳定性。异戊橡胶生胶（未加工前）强度
8、显著低于天然橡胶，但质量均一性、加工性能等优于天然橡胶。异戊橡胶可以代替天然橡胶制造载重轮胎和越野轮胎还可以用于生产各种橡胶制品。乙丙橡胶以 乙烯和丙烯为主要原料合成，耐老化、电绝缘性能和耐臭氧性能突出。乙丙橡胶可大量充油和填充碳黑，制品价格较低，乙丙橡胶化学稳定性好，耐磨性、弹性、耐 油性和丁苯橡胶接近。乙丙橡胶的用途十分广泛，可以作为轮胎胎侧、胶条和内胎以及汽车的零部件，还可以作电线、电缆包皮及高压、超高压绝缘材料。还可制造 胶鞋、卫生用品等浅色制品。氯丁橡胶是 以氯丁二烯为主要原料，通过均聚或少量其它单体共聚而成的。如抗张强度高，耐热、耐光、耐老化性能优良，耐油性能均优于天然橡胶、丁苯橡
9、胶、顺丁橡胶。具 有较强的耐燃性和优异的抗延燃性，其化学稳定性较高，耐水性良好。氯丁橡胶的缺点是电绝缘性能，耐寒性能较差，生胶在贮存时不稳定。氯丁橡胶用途广泛，如 用来制作运输皮带和传动带， 电线、电缆的包皮材料，制造耐油胶管、垫圈以及耐化学腐蚀的设备衬里。尽管合成橡胶有诸多优势，但天然橡胶的综合性能优越过合成橡胶，所以高级轮胎多用天然橡胶。为了使橡胶具有制造轮胎所要求的性能，比如要让轮胎具有弹性 好、滚动阻力小、耗油低、生热低、耐磨、耐穿刺、承载能力大、乘坐舒适等性能，必须要在橡胶中渗入各不同的化学材料，即化学添加剂。轮胎常见添加剂聚丁二烯橡胶聚丁二烯橡胶与溶聚丁苯橡胶可并用作为节油轮胎胎面
10、胶，具有这种胎面胶的轮胎有最佳的抓着力与磨耗的综合平衡性能，还有较低的滚动阻力，能节省燃料 5。发泡橡胶是具有许多微型独立气泡的橡胶。发泡率为 2030时可提高冰上摩擦系数 34 倍。这样，通过提高冰上摩擦系数可缩短 1015的轮胎制动距离。采用发泡橡胶的无防滑钉轮胎的冰上摩擦力虽然比不上镶钉轮胎，但其摩擦力非常接近。聚氨脂弹性体具有高耐磨、可着色、高耐切割性、优良的耐油及耐化学品等优点，而且对人体无毒害作用，又能完全生物降解，且不必添加炭黑和芳烃油，是制造轮胎胎面的理想材料。BoTred（以淀粉为基料的新型填充剂）BoTred 是一种以淀粉为基料的新型填充剂。先从玉米中提取玉米淀粉衍生物，变
11、成微滴后经处理转换成生物聚合物填充剂。BloTred 为球形粒子，便于将机械能降至最小和降低滚动阻力。 短纤维短 纤维的加入可以提高轮胎的刚性，使得轮胎在行驶过程中承受同样载荷时下沉量明显减小，即轮胎的变形减小，因而滚动阻力也下降；将短纤维用于轮胎胎面时，不 仅可以提高胎面的刚性，而且可以使胎面的摩擦系数下降，滚动阻力系数降低，滚动阻力也相应下降。将短纤维应用于轮胎胎面及其它部位时，可通过短纤维的模量 和各向异性来改变胶料的性能，以降低轮胎行驶过程中的噪声，另外还能提高轮胎的耐久性能。硅材料含硅的轮胎在具备优异抓地力的同时，产生较少的能量损失，从而降低滚动阻力和磨耗力，实现比普通轮胎更胜一筹的
12、省油效果，并尽可能地延长轮胎寿命。 轮胎的制造轮胎的历史和材质了解后，下面让我们看看轮胎是如何制造的。其实轮胎的制造就像是从和面开始到煮成面条的过程。前面的密炼挤出压延等工序就像是“和面”-“擀面”-“切成面条”之类的步骤，到胎圈成型就相当于准备好了下锅的面条了。上图为轮胎制造工序，完成后还需经过最终检验及轮胎测试工序硫 化是橡胶加工中的最后一个工序，相当于“下锅煮面”-也就是最终定型，可以得到定型的具有实用价值的橡胶制品。“硫化”因最初的天然橡胶制品用硫磺作交 联剂进行交联而得名，随着橡胶工业的发展，现在可以用多种非硫磺交联剂进行交联。因此硫化的更科学的意义应是“交联”或“架桥”，即线性高分
13、子通过交联作 用而形成的网状高分子的工艺过程。橡胶大分子在加热下与交联剂硫磺发生化学反应，交联成为立体网状结构的过程。经过硫化后的橡胶称硫化胶。在硫化工序完成后，还有最终检验及轮胎测试工序，在最终检测这个区域里，轮胎首先要经过目视外观检查，然后是均匀性检测，均匀性检测是通过“均匀性实验机”来完成的。均匀性实验机主要测量径向力，侧向力，锥力以及波动情况的。均匀性检测完之后要做动平衡测试，动平衡测试是在“动平衡实验机”上完成的。最后轮胎要经过 X-光检测，而在轮胎测试工序中轮胎还需要接受高速和耐久实验的考量。小贴士之返炼胶说到这里可能有些人会想起锦湖的 “返炼胶”事件，很多人到现在为止都没弄明白反
14、炼胶到底是什么。其实，返炼就是在“挤出”、“压延”工序后面产生的一些边角料和不合规的胶料，这些边角料 拿回最初密炼工序-也就是“和面”的阶段，重新揉进“面团”里。这些边角料以及不合规的胶料就是所谓的返炼胶。所以返炼胶并不是“废旧轮胎回收再制”的 意思，一旦橡胶经过了硫化，这个过程就不可逆了。返炼是属于轮胎制造过程中的正常工艺。但是返炼胶的比例是需要严格控制的，大量使用返炼胶会造成轮胎质量 不平均不稳定的情况，而且不能用在气密层当中。之前的国内的行业要求是“返回胶均匀掺用比例不大于 20%”。使用返炼胶过量的轮胎，耐久性会受到明显影响，易老化开裂，对于轮胎质量和安全性能有着很大的隐患。 轮胎结构
15、：胎冠是外胎两胎肩之间的整个部位，包括胎面、缓冲层(或带束层)等，胎冠是轮胎与地面接触的主要部分。轮胎的胎体层是由帘线和橡胶构成的复合材料壳体，帘线材质一般有人造丝帘线，玻璃纤维帘线，芳族聚酰胺帘线， 钢丝纤维帘线等几种。 轮胎的类别轮胎的分类有很多种，这里仅根据胎体帘布层帘线的排列不同，将轮胎划分为斜交线轮胎、子午线轮胎。斜交线胎的胎体是斜线交叉的帘布层；而子午线胎的胎体是聚合物多层交叉材质，其顶层是数层由钢丝编成的钢带帘布，可减少轮胎被异物刺破的几率。 斜交轮胎的帘线按斜线交叉排列，故而得名。其特点是胎面和胎侧的强度大，但胎侧刚度较大，舒适性差，由于高速时帘布层间移动与磨擦大，并不适合高速
16、行驶。随着子午线轮胎的不断改进，斜交轮胎将基本上被淘汰。 子午线轮胎是胎体帘线按子午线方向排列，是帘线周向排列或接近周向排列的缓冲层紧紧箍在胎体上的一种新型轮胎。它由胎面、胎体、胎侧、缓冲层（或带束层）、胎圈、内衬层（或气密层）六个主要部分组成。按照胎体和带束层所用帘线材料不同，子午线轮胎可分为三种：全钢丝子午线轮胎、半钢丝子午线轮胎和全纤维子午线轮胎。 子午胎（左）与斜交胎（右）帘布的贴合形式不同子午线轮胎的帘线排列方向与轮胎子午断面一致，其帘布层相当于轮胎的基本骨架。由于行驶时轮胎要承受较大的切向作用力，为保证帘线的稳固，在其外部又有若干层由高强度、不易拉伸的材料制成的带束层(又称箍紧层)，其帘线方向与子午断面呈较大的交角。 子午线轮胎与斜交轮胎相比，弹性大，耐磨性好，滚动阻力小，附着性能好，缓冲性能好，承载能力大，不易刺穿；缺点是胎侧易裂口，由于侧向变形大，导致汽车侧向稳定性稍差
