“朗盛百年合成橡胶专栏”专题报道之六
大显身手：橡胶车轮上的世界
□   本刊记者  任芳
    合成橡胶种类繁多，各具独特性能和广阔的应用潜力。因此，自合成橡胶问世以来，其身影已延伸到工业应用
及人们日常生活的方方面面。汽车、轨道列车等现代化交通工具的出现使人类生活发生了翻天覆地的变化，除汽车
的主要构成之一轮胎外，以橡胶为材料生产的其他产品则更多地居于幕后——车辆引擎盖或轮罩护板、减震部件、
窗框条、薄膜透明层、粘合剂基材、屋顶密封、软管和胶带、电缆护套、高速公路桥轴承、人造地板、传送带、摩
天大楼根基和石油平台等。含有合成橡胶的各种制品默默无闻，却又无所不能，悄然改变着世界。时至今日，合成
橡胶的生产与应用行业仍在不断探索，力求寻找能改良橡胶性能的新方法并开辟新的应用领域。本专题也将陆续从
几个主要应用领域中展示橡胶的巨大魅力。

轮胎橡胶史话
　　20世纪初，随着车辆所使用的铁质或硬质橡胶轮胎逐渐被充气轮胎所替代，行驶更为舒适的汽车、摩托车和
自行车对橡胶的需求急剧增加，也造成了天然橡胶价格飞涨。与此同时，德国的化学家们开始在实验室里合成和聚
合这种珍贵的原材料，并对其商业前景充满期待。
　　弗雷茨·霍夫曼研制出的异戊二烯橡胶很快引起了轮胎行业的深厚兴趣——这同时也标志着橡胶与轮胎间美妙
结合的开始。在接下来的数十年中，轮胎行业一直是合成橡胶生产商最重要的客户与合作伙伴。目前，约60%的天
然橡胶及合成橡胶用于轮胎制造行业，其中合成橡胶占到了1/2。
　　但在1910年，当合成橡胶最初应用于轮胎生产时，结果却不甚令人满意。异戊二烯橡胶的生产成本极高，且
对甲酚（炭黑的一种组分）的供应量也十分有限。于是，橡胶研究转向二甲基型橡胶（甲基异戊二烯）。1910年大
陆轮胎公司（Continental）开始用甲基橡胶制造汽车轮胎，但这种产品无法长期保存，不得不在1912年放弃了该
工艺；1936年，由丁苯橡胶（本钠?誖S）制成的使用寿命长达3.6万km的汽车轮胎首次亮相柏林汽车展，引起了
参观者的无比惊奇。
　　回顾橡胶与轮胎生产之间长达一个多世纪的共生关系，人们以百折不挠的精神开发各种合成橡胶。这些合成橡
胶（或与天然橡胶、特殊化学品共用）不仅提高了轮胎的抗老化性、耐油/石油性和耐磨性，也降低了其滚动阻力
并确保可靠的路面抓地力，推动了汽车工业的快速发展。

复杂的内部结构
　　现代钢丝轮胎由多达20种不同的橡胶化合物以及25种（如人造丝、尼龙、金属丝网和钢丝）组分构成。在胎
体的支撑下，它可提供牵引力并确保转弯时的抓地力。通常，与冬季轮胎相比，夏季轮胎胎面的合成橡胶含量更高
（最高可达100%），并具有更高的硬度、耐热性和耐磨性。胎体是轮胎的支撑结构，它由多层嵌入橡胶的织物（也
称为帘线层）组成。对于帘线层，轮胎制造商多使用合成纤维和钢帘线等材料。
　　带束将胎面基部结合在一起，一般用塑料（例如尼龙线）包裹，可降低滚动阻力、提高转弯性能并减少热集聚。
而内衬（主要由丁基橡胶组成的气密性橡胶层）将胎体密封到车轮上。在现代轮胎中，这种薄内衬起到了原来由内
胎所起的作用。

感受顶级轮胎独到之处
　　目前，F1比赛中使用的轮胎仅在37m距离内便可达到100km/h，F1赛车轮胎采用了79%的橡胶、18%的钢铁和
3%的纺织材料制成。
　　迈克尔·舒马赫只需5秒便可在140m的距离内完成从0~200km/h的提速，而要做到这一点，后轮胎必须具备
一流的黏合力，同时又不至于过度粘连赛道或产生过多的摩擦力。而在1.9秒内从200km/h制动减速至0km/h时，
前轮胎则需要扮演非常重要的角色，因为在减速过程中，整台车辆的重量都将由车辆前部承受，这就要求轮胎外侧
壁必须承受得住很大的压力。
　　在制动和处理弯道时轮胎也承受了巨大的压力。制动时，轮胎必须提供与外侧壁承受外力相当比例的悬浮支撑，
并吸收所受冲击力的主要部分；在时速150km/h下处理弯道时，轮胎必须要能够承受2.2t的外力。由于引擎动力
极大，F1赛车的轮胎必须具备高度的灵活性以增加其接触面积，这样才能够确保赛道表面牵引力的最优转移。
　　毋庸置疑，如此苛刻的使用要求对F1轮胎的成分和结构设计都构成了巨大的挑战，同时也吸引着顶级的橡胶
生产商绞尽脑汁开发更先进的产品。

两轮车的高科技
　　与汽车轮胎一样，摩托车轮胎制造商使用不同的橡胶化合物来制造胎面。每款摩托车都有数十种轮胎可供选择。
尽管如此，摩托车胎制造有一个总体的趋势：在过去10年中，子午线钢丝带轮胎最终确立了其作为摩托车轮胎的
主导地位。长期以来，轮胎的双圆形设计（水平和垂直方向，使摩托车在转弯时可倾斜以胎肩着地）使轮胎制造商
很难开发能够无缝安装在胎体和胎面基部上的带束。但现代钢丝带轮胎中高度柔韧性的细金属丝可提供与Kevlar
带束相同的缓冲性能，并可与交叉帘线层相媲美的转弯稳定性。胎面先进的橡胶化合物（含有二氧化硅）已使高里
程成为可能（摩托车轮胎最多可使用1万km），并确保在高速转弯时的抓地力。高科技材料的组合提供了在干湿路
面和各种温度条件下的良好的牵引力，不需要过长的预热阶段。

来自巨型轮胎的挑战
　　如果说公路赛车中所使用的轮胎是轻量级选手，那么工程机械或采矿行业中载重卡车所使用的工业轮胎绝对堪
称“巨无霸”，其中最大的高达4m，足有5t重，可用于运输重达600t的货物。这些巨型轮胎的制造需要耗费大量
人力，制造一个巨胎所需的橡胶可以制造约400个标准汽车轮胎，并需根据专用挖掘机和矿石载重卡车的要求而定
制，这为工程师和化学家带来了真正的挑战。为满足重型载重卡车轮胎的规格要求，其成分需要多达160种不同材
料。轮胎的橡胶化合物必须综合考虑基岩的坚固程度和地质特征，以及气温、气候条件，地面倾斜（沉降）等许多
因素。

环保型创新直指未来
　　在轮胎100多年的辉煌发展历程中，轮胎行业的每一点进步也对橡胶的品质和特性提出了越来越高的要求。面
对日益严峻的环保挑战，进一步降低滚动阻力及其带来的油耗已成为一项优先考虑的问题，轮胎也在其中发挥着关
键作用。为了减少滚动阻力，同时不给轮胎的安全性造成影响，轮胎生产商及橡胶供应商正携手合作，共同开发适
用的轮胎成分、化学品及生产工艺。除此之外，人们还在采取各种措施，以提高轮胎在湿地面上的牵引力，改进轮
胎的耐久性，降低噪声水平和提高故障时的安全水平。换言之，未来，轮胎将更加环保、更加安全、更加智能，“绿
色”轮胎的时代已经来临。