漏氣保用輪胎

李漢堂

（曙光橡膠工業(yè)研究設(shè)計院, 廣西 桂林 541004）

漏氣保用輪胎

李漢堂

（曙光橡膠工業(yè)研究設(shè)計院, 廣西 桂林 541004）

評述了當(dāng)代漏氣保用輪胎的最新技術(shù)。充氣輪胎的發(fā)明對汽車文化的發(fā)展作出了很大的貢獻(xiàn)。但是充氣輪胎有一個致命的缺點(diǎn)，即充氣輪胎依靠胎內(nèi)氣壓支承負(fù)荷，所以當(dāng)它一旦被堅(jiān)硬物刺穿時就變得毫無價值了。雖然在輪胎出現(xiàn)故障時可安裝備用輪胎，但從環(huán)境和安全的角度出發(fā)，那也是不太合適的。為了解答這道難題，人們開發(fā)成功了輪胎被刺穿后即使不更換，仍可以行駛一定距離的漏氣保用輪胎。通過選用能給輪胎提供足夠耐久性和乘坐舒適性的膠料配方，以及設(shè)計能通過采用冷卻肋來擴(kuò)散熱量的輪胎胎側(cè)結(jié)構(gòu)，就可以生產(chǎn)出既適用于小型轎車，也適用于小型運(yùn)貨車的漏氣保用輪胎。

漏氣保用輪胎；冷卻肋；高分散性

0 前 言

充氣輪胎的發(fā)明，對汽車文化的發(fā)展作出了很大的貢獻(xiàn)。特別是對輪胎的功能之一的支撐負(fù)荷這一點(diǎn)來說，充氣輪胎對空氣的依賴性很大。所以，普通輪胎一旦被刺穿，就不能再支撐負(fù)荷，汽車不能繼續(xù)行駛。因此，一般來說汽車都會準(zhǔn)備備用輪胎。但是，從環(huán)境和安全方面考慮備用輪胎大體上存在著兩個方面的問題。

一是，約有90%的備用輪胎還沒有使用就被廢棄掉，造成了資源浪費(fèi)。另外，汽車經(jīng)常需要配備備用輪胎，這樣就會造成備用輪胎的浪費(fèi)，加之，還會增加汽車的重量從而多耗費(fèi)燃油。根據(jù)普利司通公司調(diào)查，如果能實(shí)現(xiàn)省卻備用輪胎，則每年可節(jié)省輪胎約5 900萬條用于裝配新車，這可以對節(jié)省資源作出很大貢獻(xiàn)。此外，還可以減少使用備用輪胎（從原材料生產(chǎn)到廢棄）排出的СО2約 200萬t/а。加上節(jié)省了備用輪胎用的輪輞，所以還可以進(jìn)一步減少СО2的排放量。

另一個是安全方面的問題。如果在交通流量較大或存在著安全隱患的地方更換輪胎，則會危及生命，此前也有過在高速公路上更換輪胎而發(fā)生事故的相關(guān)報道。另外，更換輪胎對殘疾人和老年人更是一個沉重的負(fù)擔(dān)。

基于以上情況，近年來成功開發(fā)了即使輪胎漏氣仍可以滾動一定距離的漏氣保用輪胎。

對于輪胎漏氣仍能支撐負(fù)荷，并滾動一定距離的這一功能，過去有幾種考慮。其中，包括在輪胎內(nèi)表面上涂覆一層柔軟的密封劑，以自然地堵塞穿孔的“自封式輪胎”，或在輪胎被刺穿后通過從氣門嘴注入密封劑的“瞬間修補(bǔ)劑”等來密封穿孔的方法。但這些方法只能修補(bǔ)釘眼大小的穿孔或?qū)π蘩聿课挥幸欢ǖ南拗频?，不具備理想的修補(bǔ)穿孔的功能，因此，不能成為取代備用輪胎的成熟的商品。然而，“漏氣保用輪胎”不僅可應(yīng)對所有的穿孔，而且即使輪胎漏了氣仍能滾動一定的距離，可以不需要準(zhǔn)備備用輪胎。漏氣保用輪胎的市場需求正在逐步增大，今后將很有可能會改變輪胎的發(fā)展潮流。

1 漏氣保用輪胎的歷史

“漏氣保用輪胎”的大力推廣是最近10年間的事情。特別是在歐洲的汽車廠家開始將漏氣保用輪胎作為原裝輪胎以后，漏氣保用輪胎迅速普及。然而，其發(fā)展歷史可追溯到30年前。在二十世紀(jì)80年代初期，漏氣保用輪胎是專為殘疾人用車開發(fā)的。開發(fā)該輪胎的目的是即使漏氣也不用更換輪胎。進(jìn)入80年代后半期，開發(fā)漏氣保用輪胎的目的則是為了確保一部分超級跑車擁有行李箱空間。進(jìn)入90年代以后，開發(fā)該輪胎則是為了在漏氣時也能使汽車行駛一定的距離，并將它用作為特種車輛用輪胎。從2000年開始，歐洲的汽車生產(chǎn)廠家積極采用漏氣保用輪胎。以此為楔機(jī)，漏氣保用輪胎一下子紅透了汽車市場。

2 漏氣保用輪胎的特征

目前，漏氣保用輪胎以通過在輪胎的胎側(cè)部位配置增強(qiáng)橡膠件來支撐漏氣時支撐負(fù)荷的“胎側(cè)增強(qiáng)式漏氣保用輪胎”（自支撐漏氣保用輪胎：SSR）為主流（雖然也有在輪胎漏氣時通過固定于輪胎內(nèi)部輪輞上的被稱為“內(nèi)支撐物”的剛體來支撐車體重量的“內(nèi)支撐物式”漏氣輪胎，但采用“內(nèi)支撐物式”漏氣保用輪胎需要特殊的輪輞，且會增加重量。目前，胎側(cè)增強(qiáng)式漏氣保用輪胎已成為主流）。采用漏氣保用輪胎，即使輪胎漏氣時汽車仍能以一定的速度行駛一定的距離，以便將汽車安全地行駛到附近的修理廠或輪胎商店，更換漏氣的輪胎。這樣無需備用輪胎了。胎側(cè)增強(qiáng)式漏氣保用輪胎的最大特征是，除胎側(cè)上有增強(qiáng)橡膠件外，其它基本結(jié)構(gòu)與普通輪胎相同，所以可將此種輪胎裝配在普通輪輞上。

3 胎側(cè)增強(qiáng)式漏氣保用輪胎面臨的課題及其發(fā)展

由于胎側(cè)增強(qiáng)式漏氣保用輪胎需要支撐輪胎漏氣時車體的負(fù)荷，所以在胎側(cè)部位配置了硬質(zhì)增強(qiáng)橡膠件。在一般情況下，如果增強(qiáng)橡膠件堅(jiān)硬且厚實(shí)，則可以抑制輪胎漏氣造成彎曲變形，即使輪胎漏氣時汽車仍可以行駛較長的距離。但是，由于胎側(cè)增強(qiáng)橡膠件厚實(shí)且堅(jiān)硬，在汽車正常行駛（輪胎標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)壓）時，與普通輪胎相比較，胎側(cè)增強(qiáng)式漏氣保用輪胎吸收沖擊的功能下降，乘坐舒適性也會變差。這是一對矛盾。通過繼續(xù)研究可以解決這些相互矛盾的技術(shù)，目前已經(jīng)開發(fā)成功了第三代漏氣保用輪胎。第三代漏氣保用輪胎既可以保持漏氣保用耐久性，又具有不比普通輪胎遜色的乘坐舒適性。

還有報道稱，這些技術(shù)不適用于原有的胎側(cè)增強(qiáng)式漏氣保用輪胎。即使對于較小型運(yùn)貨車，也已開發(fā)出了漏氣保用輪胎，如Р235/55RF18（小型運(yùn)貨車規(guī)格）用漏氣保用輪胎。

4 “第三代”漏氣保用技術(shù)

“第三代”漏氣保用技術(shù)的關(guān)鍵部分是“生熱控制的技術(shù)”。為了提高胎側(cè)增強(qiáng)式漏氣保用輪胎的乘坐舒適性，需要減小胎側(cè)部增強(qiáng)橡膠件的厚度或者用軟質(zhì)橡膠作為胎側(cè)增強(qiáng)橡膠。這樣，輪胎漏氣但仍在滾動時，會由于反復(fù)產(chǎn)生的胎側(cè)部屈撓變形量增大從而增加生熱。輪胎滾動時溫度上升的根本原因是由于橡膠粘彈特性的滯后損失而造成能量損耗，所以減小輪胎胎側(cè)部的厚度，更使胎側(cè)柔軟會造成隨輪胎變形量的增大導(dǎo)致生熱增加，引起輪胎早期損壞。特別是由于橡膠彈性模量會隨著溫度升高而下降，這又會使應(yīng)變進(jìn)一步增大，造成惡性循環(huán)。也就是說，要兼顧漏氣保用輪胎的耐久性和乘坐舒適性，就要盡可能地減少由于滯后損失而造成的能量損耗，還要掌握除了利用降低生熱以外的其它方法來冷卻輪胎的技術(shù)。

圖1 普利司通漏氣保用輪胎的歷史

圖2 胎側(cè)增強(qiáng)式漏氣保用輪胎

圖3 幾代漏氣保用輪胎乘坐舒適性之比較

4.1 通過促進(jìn)湍流肋冷卻輪胎的技術(shù)

過去降低溫度的方法是致力于控制生熱量。主要可通過加大增強(qiáng)橡膠件的厚度，配置增強(qiáng)材料等來提高結(jié)構(gòu)剛度，從而抑制變形，降低隨滯后損失導(dǎo)致的生熱。而現(xiàn)在要介紹的技術(shù)是，嘗試從完全不同的切入點(diǎn)解決問題。本技術(shù)不僅可以減少原來的生熱，而且從促進(jìn)冷卻的角度考慮來降低溫度的問題，進(jìn)而提高漏氣保用輪胎的耐久性。也就是說，通過提高輪胎旋轉(zhuǎn)體表面的熱傳遞來降低溫度。像這樣提出提高輪胎旋轉(zhuǎn)體熱傳遞的研究不多見，而且此前也沒有以橡膠材料為對象的熱傳遞研究事例。由于輪胎多采用熱傳導(dǎo)性較低的橡膠系材料，所以，為了有效降低溫度，在不增加表面積的前提下充分利用湍流促進(jìn)效應(yīng)。具體如圖4所示，通過在輪胎胎側(cè)部表面設(shè)置凸形促進(jìn)湍流肋，以提高輪胎表面的散熱效率，降低輪胎的內(nèi)部溫度。

（1）通過促進(jìn)湍流肋使主流分離、再附著和再提升流動效應(yīng)，即沿著與表面垂直方向流動的流體可有效提高表面的熱傳遞（見圖5、6）。

圖5 采用CFD對空氣流的解析結(jié)果

圖6 空氣流動示意圖

（2）通過Р（間隔距離）與h（可改變流體流動方向的突起高度）的比值（Р/h）可大體上處理提高熱傳遞的效果，并使之具有最佳值α。另外，肋寬度的影響很小。

在一個輪胎的胎側(cè)部以24mm間隔，配置高2mm促進(jìn)湍流肋，再將該輪胎安裝在38℃恒溫的耐久性試驗(yàn)機(jī)上，以內(nèi)壓0kРа、負(fù)荷670kgf和速度80km/h的漏氣保用試驗(yàn)條件進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示，在滾動了13.3 km(10min)后，輪胎的表面和胎側(cè)增強(qiáng)部位里面的溫度分別下降了16℃和6℃。另外，根據(jù)測熱電視觀察由室內(nèi)溫度分布儀上的測量結(jié)果可以確認(rèn)，整個胎側(cè)部，特別是屈撓部的溫度有了大幅度的下降（見圖8）。結(jié)果，輪胎漏氣后的可行駛距離約延長了1.5倍。該項(xiàng)技術(shù)稱為“СООLING FIN?”，上文介紹的安裝于小型運(yùn)貨車上規(guī)格為Р235/55RF18的漏氣保用輪胎也應(yīng)用了該項(xiàng)技術(shù)。

圖7 有無冷卻肋的輪胎表面溫度之比較

圖8 觀察有無冷卻肋輪胎的溫度并進(jìn)行比較

4.2 依靠提高分散性以減少生熱的技術(shù)

圖9 納米級分散炭黑粒子技術(shù)的示意圖

眾所周知，由橡膠粘彈特性中的滯后損失導(dǎo)致的生熱是因橡膠內(nèi)的炭黑粒子相互摩擦而產(chǎn)生的。在圖9的左下圖示出了普通橡膠內(nèi)的應(yīng)變分布情況。黑色部分為填充劑（含炭黑粒子），其它為橡膠，顏色深淺表示應(yīng)變的大小。從中可以判斷，包括炭黑粒子在內(nèi)的填充劑密集的部分應(yīng)變較大。要減小炭黑粒子的相互摩擦，最好是使炭黑粒子更均勻地分散在橡膠內(nèi)。采用炭黑粒子的納米級分散技術(shù)(NаnоРrо-Тесh?)，可使填充劑更均勻地分散于橡膠中。圖9的右下圖示出了采用該技術(shù)后的應(yīng)變分布情況。從圖上可以判斷，含炭黑粒子的黑色填充劑部分分散非常良好，這樣，可以抑制應(yīng)變。結(jié)果，可減小向輪胎施加負(fù)荷時產(chǎn)生的炭黑之間的摩擦作用，并抑制生熱。與第二代胎側(cè)增強(qiáng)橡膠件相比，第三代可以使在漏氣狀態(tài)下行駛（在失壓狀態(tài)下行駛）時輪胎胎側(cè)部由屈撓產(chǎn)生的熱量減少約一半（見圖10）。

圖10 新胎側(cè)增強(qiáng)橡膠件的低生熱性

5 結(jié) 語

輪胎在汽車行駛過程中提供良好的“環(huán)境、安全和舒適性”。漏氣保用輪胎是具有合乎這種理念的功能的輪胎。近年來不斷改善相互矛盾的，支撐漏氣時輪胎負(fù)荷的漏氣保用耐久性和乘坐舒適性，特別是以歐洲生產(chǎn)汽車廠商為首不斷地擴(kuò)大了漏氣保用輪胎的市場?？梢灶A(yù)料，北美和日本市場也同樣會急速擴(kuò)大漏氣保用輪胎市場的規(guī)模。另外，最近數(shù)年間社會對環(huán)境問題的關(guān)注日益高漲，要求降低輪胎的滾動阻力和噪聲。對于漏氣保用輪胎，今后也將進(jìn)一步兼顧這些性能。自1888年發(fā)明了充氣輪胎以后，為了要彌補(bǔ)依靠空氣壓力支撐負(fù)荷的輪胎這一功能，如圖1所示產(chǎn)生了各種各樣的結(jié)構(gòu)，但這些結(jié)構(gòu)只具有單純的支撐負(fù)荷的功能，因此還留有充分開發(fā)新理念和新技術(shù)的余地。自漏氣保用輪胎問市以來已經(jīng)經(jīng)過了約30年。今后我們會繼續(xù)進(jìn)行技術(shù)開發(fā)，以完成各種各樣相互矛盾的研究課題。

[1] 鶴田誠.ランフラツトタイヤにっいて [J].日本ゴム協(xié)會誌, 85(6)：193-197.

[責(zé)任編輯：鄒瑾芬]

韓泰輪胎2013年全球銷售額再創(chuàng)歷史紀(jì)錄

韓泰輪胎于2月10日公布了2013財年業(yè)績報告——全年銷售額達(dá)7.060萬億韓元，再次刷新歷史紀(jì)錄。

盡管2013年全球經(jīng)濟(jì)低迷，但得益于UHP（超高性能）輪胎的強(qiáng)勁增長、在OE高端配套領(lǐng)域的優(yōu)異表現(xiàn)以及對產(chǎn)能和技術(shù)研發(fā)的持續(xù)投資，韓泰輪胎的銷售業(yè)績?nèi)猿食掷m(xù)上升的態(tài)勢。

韓泰UHP（超高性能）輪胎的銷售額是整體利潤率增長的強(qiáng)勁動力，累計銷售額占全球銷售額的26.5%、同比增長3.4%。在中國和歐洲市場的表現(xiàn)更為突出，累計銷售額分別同比增長13.6%和12.9%。

近日，韓泰輪胎與高端汽車制造商簽訂的一系列OE配套合約也對整體銷售業(yè)績的增長起到了至關(guān)重要的作用。韓泰輪胎首次開啟了與梅賽德斯-奔馳的合作，并相繼為其高端車型S級、E級轎車提供原廠配套輪胎，至此，韓泰輪胎與德系三大豪華汽車品牌均建立起穩(wěn)固的合作關(guān)系。同時，韓泰輪胎也為日本頂級汽車品牌的多款熱銷車型提供原廠配套服務(wù)，展現(xiàn)了其能滿足世界頂級汽車對輪胎性能要求的能力。

憑借大膽的戰(zhàn)略眼光，韓泰輪胎在產(chǎn)能擴(kuò)大及技術(shù)研發(fā)方面進(jìn)行前瞻性的投資，這已成為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的堅(jiān)實(shí)驅(qū)動力。例如，韓泰輪胎在全球戰(zhàn)略市場建立工廠來擴(kuò) 大產(chǎn)能，包括中國重慶工廠和印度尼西亞工廠，以及近期公布的在美國田納西州新建工廠的計劃。此外，韓泰輪胎將在韓國投資建造新的研發(fā)中心和實(shí)驗(yàn)工程中心， 進(jìn)一步強(qiáng)化了其在行業(yè)中的技術(shù)領(lǐng)先地位。 （孫婷婷）

TQ 336.1

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1671-8232(2014)02-0022-05

2013-01-09