澳门“中国橡胶日”活动  展示“绿色”轮胎

华凌

2010年07月27日09:27  来源:《科技日报》

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  图为由德国朗盛集团在澳门举办的“中国橡胶日”活动中展示的“绿色”轮胎。(华凌 摄)

  6月底,由德国朗盛集团举办的首届“中国橡胶日”活动在中国澳门举,300多位业内专家学者云集于此,探讨橡胶的未来。

  据统计,2007年,全世界共消耗了约1360万吨合成橡胶、970万吨天然橡胶,其中60%被用于轮胎业。欧盟的一份报告也显示,汽车轮胎的油耗占整车总油耗的20%左右。由此,在气候变化威胁日益严重的形势下,轮胎行业及其供应商正在致力于研究可降低道路交通中二氧化碳排放的“绿色”轮胎。

  降低滚动阻力是关键

  据统计,轮胎的滚动阻力造成的油耗要占乘用车总油耗的20%—25%,即1/4的油箱容量;对于城市交通和卡车来说,这一数字甚至高达30%。

  当轮胎发生变形以尽可能多地与路面接触时,就产生了轮胎的滚动阻力(通常以公斤/吨计算)。每当轮胎在路面上滚动和缓冲时,它不断吸收的能量会转化为热量释放到大气中。摩擦和变形损耗的能量越大,轮胎胎面抓地就会越紧,轮胎中的空气也就越少。对于轮胎制造商及其供应商而言,这意味着他们必须找到适当的方法,既要降低摩擦,同时又不牺牲安全性能和湿地面条件下的抓地力。

  欧盟在2008年5月发表的一项声明中称,2012年必须采用低滚动阻力轮胎。这种轮胎在滚动时能够产生更小的变形,因此可降低油耗。滚动阻力在很大程度上取决于轮胎的材料,通过在胎面材料中添加二氧化硅可降低滚动阻力。欧盟表示,在降低滚动阻力的同时也不能影响其他重要性能,对于湿地抓地力和滚动噪声方面的要求也将作出规定。

  欧盟预计,仅通过降低滚动阻力,乘用车每公里的二氧化碳排放就能降低7克。如果欧洲所有的汽车和卡车配备现代低滚动阻力轮胎,它们每年就能够节约45亿升柴油和15亿升汽油,这意味着减少约1500万吨的二氧化碳排放。如果全球范围内所有乘用车都采用目前市面上最好的低滚动阻力轮胎,就能比现在减少约5000万吨的二氧化碳排放。就一辆中型汽车来说,每公里平均油耗最多可降低0.3升,按车辆平均使用寿命计算,每辆汽车将减少约1200公斤的二氧化碳排放。

  轮胎制造商们正在试图最大程度地降低其产品的滚动阻力,以在2015年前逐步达到欧盟规定的乘用车二氧化碳排放水平。

  不可小窥胎压的影响

  大多数驾驶者到加油站只是为了加油,有时还可能会检查油位和水位,但很少会想到检查胎压。而胎压不足,则会导致过多有害环境的气体排放。

  欧盟发布的统计数字表明,如果一辆汽车的轮胎欠压0.5巴,每年增加的二氧化碳排放量将高达140公斤。哪怕气压只比制造商推荐值低0.3巴,滚动阻力也会上升6%,车辆油耗会增加约1.5%。对于标准尺寸的汽车,每年会增加约16升油耗。根据轮胎制造商大陆轮胎公司的计算,这会使每辆汽车每年多排放38公斤有害环境的二氧化碳。乍一看这个数字似乎并不触目惊心,但如果将这些统计与德国近1/3胎压不足的汽车(1520万辆)联系起来,按汽车百公里油耗7.5升、每年行驶里程约15000公里计算,二氧化碳排放每年会增加60多万吨。而如果欧洲所有车辆的轮胎都达到最优水平的气压,则能够减少2.5%的油耗和二氧化碳排放。

  对于多功能车,如果胎压达到最优水平时,降低油耗和二氧化碳排放的潜力则更大。大陆轮胎公司的专家发现,多功能车轮胎平均欠压率为12%,这使得每年增加近40亿升的汽油消耗,导致90多亿吨不必要的二氧化碳排放。

  显然,定期检查气压不仅能够减少二氧化碳排放,还可以减少驾车者的燃油费用。目前,欧盟已颁布强制汽车安装胎压监控系统的法规。

  由此,大陆轮胎公司等制造商正在研发新一代的配备电子胎压监控系统的轮胎。仅重数克的传感器模块被安装在轮胎的胎面内部,并连接到车辆的电子装置。这些灵敏的“乘客”会将轮胎类型、气压、速度和负荷指数等所有相关数据传送给车载计算机,以使ABS(防抱死制动系统)和ESP(电子稳定程序)等辅助系统更有效地发挥作用。

  未来车载计算机将在旅程开始时将车轮和轴负荷分配数据提供给ABS和ESP的微芯片,令驾驶更加安全和舒适。在旅程开始和结束时,当车辆完成装卸后,轮胎都会“通知”驾驶者调整充气压力。大陆轮胎公司新一代胎压监控系统的另一个特点在于,每个车轮上的传感器能够检查轮胎负荷并在卡车上的货物位置发生变化时发出报警。

  优化轮胎可智能适应

  德国汽车俱乐部ADAC的调查显示,同一汽车上不同轮胎的滚动阻力之间的差异可高达50%。轮胎制造商认为,优化橡胶化合物及改变轮胎的构造方式可以缩小以上差异。而巧妙使用硅胶填充物,精心制造橡胶化合物,并在外形设计和轮胎性能方面下功夫都会在这一过程中发挥至关重要的作用。显然,优化橡胶化合物和改进轮胎结构,在最大程度降低油耗和保护环境方面蕴藏着巨大潜力。

  法国轮胎制造商米其林展示的概念轮胎“Proxima”,向未来迈出了重要一步。这种轮胎的重量比目前的“绿色”轮胎轻20%,其6.5公斤/吨的滚动阻力比米其林目前的“Eergy”产品系列(滚动阻力为9公斤/吨)低1/4,而普通乘用车轮胎的滚动阻力为12公斤/吨。

  业内专家正在开发用于轮胎胎面的新的橡胶化合物。这些橡胶化合物能够将变形产生的热量集中于直接与路面接触的轮胎区域。在长时间驾驶时,这些热量可导致80摄氏度的温度,通常可分布于传统轮胎的整个表面。新的轮胎将主要集中于在需要良好的抓地力时才产生热量。

  由于转弯、制动和加速时最需要抓地力,轮胎制造商已开发出能够适应不同驾驶状况的“智能”胎面化合物,并通过利用轮胎在制动、加速和转弯时产生的高频率实现了“智能适应”。高达100千赫的振动能给胎面的橡胶化合物加热,从而改善抓地力。在操控结束后,它们能够迅速冷却,化合物中高比例的二氧化硅填料有助于实现这一点。

  “绿色”轮胎呼之欲出

  目前,全球合成橡胶市场每年正以3%的速度恢复增长,其中中国市场的增长速度预计将达到7%—8%。一份调查显示,2010年中国轿车保有量有望超过7800万辆,销量占到全球汽车市场的22%,而相关的燃油消耗量将占到全球的1/3。由此,市场对采用“绿色”橡胶制成的环保型轮胎的需求大增。

  全球领先的合成橡胶生产厂商朗盛集团管理董事会主席贺德满博士对记者说,为满足亚洲市场的需求,“绿色”橡胶已被纳入其研发重点,由此制成的“绿色”轮胎将采用纳米技术,增加轮胎防冻裂、防磨损的能力,如在冰雪地区,轮胎的制动性能能够超过一般轮胎的20%。在现有基础上将降低30%左右的油耗,未来这一降耗指标还有望达到50%。

  青岛科技大学校长马连湘对记者介绍说,该大学自主研发了一种采用负载钛催化异戊二烯本体沉淀聚合合成反式异戊橡胶(简称为TPI)的技术。TPI可以硫化成弹性体,也可以与其它通用橡胶共混共硫化作为弹性体应用。研究实践表明,在目前所有用于轮胎的橡胶中,硫化TPI的滚动阻力和生热是最低的,仅为乳聚丁苯橡胶的50%左右,而且任何胶料(包括国际上新发展的低滚阻低生热橡胶溶聚丁苯胶在内)与TPI并用,都能明显降低其滚动阻力和生热,这对于发展高性能环保轮胎,有非常重要的意义。

  经实践证明,在全钢子午胎胎面胶中使用20质量份TPI,行驶里程可达到15万公里,使用寿命提高50%以上。经轿车和轻型载重子午胎试用证明,在胎面胶中使用20—25质量份TPI,即可节省汽车燃油消耗2.5%左右,行驶里程超过15万公里。据此测算,1吨TPI用于轮胎,即可节油70吨—80吨,减少汽车二氧化碳排放量200吨左右,其社会和经济效益远远超过了TPI本身的价值,这在轮胎业中还是罕见的。

  欧盟于2009年11月通过了一项新的法规,规定2012年11月前,所有在欧洲地区销售的新轮胎都必须使用标明燃料效率、湿地附着力及外部滚动噪音的标签。此项法规旨在通过推广有安全保障的“绿色”轮胎,降低二氧化碳排放量和噪声。此外,这些标签将为消费者带来更大的消费透明度,帮助他们做出购买决定,轮胎将按照从最优的“A级”到最差的“G级”体系进行分类。日本轮胎制造商主动提出从2010年年初引入轮胎标识措施,目前美国也在评估类似的法规。

  在确保机动性不受限制的同时,还应考虑遏制全球变暖以及对环境可能造成的巨大影响。为帮助实现这些目标,汽车购买者将需要转而采用“绿色”轮胎。法规的约束固然必不可少,但说服人们付诸行动更为可取。F1(一级方程式锦标赛)在这方面树立了良好的榜样:作为国际汽车联合会“绿色驾驶”活动的一部分,自2008年日本富士大奖赛起,赛车已开始采用环保型轮胎。为向赛场上及电视机前的观众宣传这一观点,普利司通轮胎胎面上的沟槽被涂成了绿色。另外,从2009赛季起,国际汽车联合会还引入了一种能量循环利用系统来处理制动时产生的能量。

(责任编辑:廖靖雯(实习))
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