2005年度中国石油和
化学工业协会科技奖励项目精选（三）
栏目主持：中国石油和化工协会科技办公室
《中国化工信息》周刊
芳纶材料在绿色轮胎中的应用
刘安华
一、项目开发背景
21世纪是以高技术为中心的环保世纪，也是全面推行环保型绿色轮胎的世纪。随着汽车工业与轮胎工业的飞
速发展，对轮胎的综合性能要求越来越高，特别是对轮胎高速行驶时的安全性、舒适性、节油及环保等要求更高。
20世纪90年代以后，欧、美、日等发达国家相继提出了“绿色轮胎”、“环保轮胎”的概念，推出了“低燃料轮胎”、
“超轻量子午胎”等系列新品种，以达到降低燃料消耗、减少汽车尾气排放、降低噪音、保护环境的目的。按照绿
色轮胎的标准，滚动阻力比普通子午胎降低20%以上，全球每年可节省燃料油约3000万t，减少CO2排放量达810
亿t。
芳纶属芳香族聚酰胺纤维（聚对苯二甲酰对苯二胺），与目前子午线轮胎用的骨架材料钢丝、涤纶、锦纶等相
比，具有强度高、变形小、热收缩低、高耐热和蠕变性小等优点，超群于其他各类帘线，其抗张强度是钢丝的5～
6倍，模量是钢丝的2倍，分解温度为560℃，而密度仅为钢丝的18%，既具备合成纤维的弹性，又具备钢丝的刚
性，已在航空、航天、国防、交通、通讯等领域获得广泛的应用。世界主要汽车轮胎生产商都在关注芳纶在汽车轮
胎中的应用，特别是采用芳纶帘子线取代钢丝等骨架材料生产超轻超薄的子午胎，对轮胎技术的进步和开发绿色环
保轮胎具有重要意义。
二、新技术特征及优势
以芳纶代替钢丝，可以省去价格昂贵的钢丝压延专用生产线，以芳纶代替尼龙帘线等，可以省去轮胎硫化的后
充气装置，有利于提高生产效率，节省硫化设备的投资。
华南理工大学在前期芳纶帘线基本性能研究的基础上，对芳纶帘子线结构的选择、芳纶与橡胶复合材料力学性
能和粘合体系、芳纶材料浸渍工艺、压延工艺、成型工艺进行了研究，开发出重量轻、耗油少、滚动阻力低、耐磨
好、使用寿命长的新型绿色环保轮胎。
1.芳纶与橡胶的粘合技术
通过对芳纶帘线的超声波处理和等离子体处理，粘合力达232N/cm，分别比未处理浸胶的114N/cm提高了1倍，
比市场生产浸胶的151N/cm提高了54%，效果显著。
2.胶料配合技术
芳纶帘线虽属纤维帘线，但其刚性较大，因此，其胶料配方设计接近于钢丝帘线带束层和胎体的配方。考虑到
胶料要求力学性能高，胶料硬度较高，定伸力也高，粘合性能好，混炼胶强度较高，便于压延和成型等特点，因此
选择天然橡胶，并在补强体系、粘合体系、硫化体系和防老体系方面做了调整。
3.低滚动阻力胎面胶配方
胶料的低滚动阻力一般以60℃tgδ表征，其防滑性则以0℃tgδ表征，目标值以0℃tgδ高，同时60℃tgδ低
为综合性能达到理想状态。为了进一步降低轮胎滚动阻力，本成果研究开发了低滚动阻力胎面胶配方，生胶以充油
SBR为主，并用少量BR，补强体系采用炭黑与白炭黑并用体系。
经实际轮胎试制，工艺顺利通过，性能达到要求，轮胎滚动阻力实测结果效果显著，达到了国际先进轮胎公司
同规格轮胎的水平。试制轮胎的重量降低10%，滚动阻力降低20%以上。
4.高速性能是轿车子午胎水平高低的重要特征
本成果研制的各方案芳纶轿车子午胎，其速度性能均在210km/h以上，显示出优越的高速性能，达290km/h，比
设计的H级（210km/h）提高了8个速度档次，在高速度级别Z级（W=270km/h）中达到310～320km/h，已达到最
高速度级别Z级（Y=300km/h）的标准。
三、产业化情况及应用前景
本研究成果已实现了就地产业化，形成了100万条/a和150万条/a两条绿色环保轮胎生产线。根据市场分析，
我国2005年子午胎产量6500万条，子午化率45%，2010年子午胎产量9830万条，子午化率55%。按芳纶子午胎
占子午胎产量3%计（目前北美市场比例，欧洲则更高）也有300万条的需求量。一旦产品显示了它的优越性能，
其比例将迅速增加，并且随着芳纶价格的下降，其竞争力更强。因此在100万条/a或150万条/a规模基础上，可
分别将两条线改造为300万条/a的规模。今后我国子午胎仍将以10%～12%的年增长速率发展，目前芳纶子午胎在
国际上尚处于萌芽状态，产业化前景看好。
与同类产品相比，在售价略高或基本持平的情况下，绿色环保轮胎具有许多优越性能，因此其竞争力更强。与
国外同类产品相比，在性能相同的条件下，售价远比国外胎低，因此也具有竞争力。
到2010年，我国轿车拥有量将达3000万辆以上，每年油耗将达到1.5亿t，仅此轮胎节油2%，就可节省300
万t/a燃油，相当于北京市全部私车一年的燃油量。并大大减少了废气排放量、改善了环境，在能源制约国民经济
发展的严峻形势下，此项结果显得尤为重要。
本成果的推广应用符合新的汽车产业政策，据悉，我国将出台油耗限制规范，要求2010年新车油耗比2003年
降低15%以上，使用芳纶轮胎有望实现此目标，有利于节省能源、保护环境。
四、 结 语
芳纶在橡胶中的应用是“十五”橡胶行业发展规划重大研究和产业化成果。由于芳纶材料强度高，各项综合性能
优良，在轮胎中使用可以减层，可采用高温硫化技术提高生产效率，并可取消后充气装置。以芳纶替代钢丝，还省
去了价格昂贵的钢丝压延机、钢丝裁断机等一系列设备，仅在现有纤维子午胎的生产线上稍加改造就可完成生产线
建设，大大节约了生产投资。同时芳纶作骨架材料的绿色环保轮胎具有保护环境、节约油耗等重大意义，其社会、
经济效益十分显著。（该项目获科技进步二等奖）