漏气保用轮胎

李汉堂

（曙光橡胶工业研究设计院, 广西 桂林 541004）

漏气保用轮胎

李汉堂

（曙光橡胶工业研究设计院, 广西 桂林 541004）

评述了当代漏气保用轮胎的最新技术。充气轮胎的发明对汽车文化的发展作出了很大的贡献。但是充气轮胎有一个致命的缺点，即充气轮胎依靠胎内气压支承负荷，所以当它一旦被坚硬物刺穿时就变得毫无价值了。虽然在轮胎出现故障时可安装备用轮胎，但从环境和安全的角度出发，那也是不太合适的。为了解答这道难题，人们开发成功了轮胎被刺穿后即使不更换，仍可以行驶一定距离的漏气保用轮胎。通过选用能给轮胎提供足够耐久性和乘坐舒适性的胶料配方，以及设计能通过采用冷却肋来扩散热量的轮胎胎侧结构，就可以生产出既适用于小型轿车，也适用于小型运货车的漏气保用轮胎。

漏气保用轮胎；冷却肋；高分散性

0 前 言

充气轮胎的发明，对汽车文化的发展作出了很大的贡献。特别是对轮胎的功能之一的支撑负荷这一点来说，充气轮胎对空气的依赖性很大。所以，普通轮胎一旦被刺穿，就不能再支撑负荷，汽车不能继续行驶。因此，一般来说汽车都会准备备用轮胎。但是，从环境和安全方面考虑备用轮胎大体上存在着两个方面的问题。

一是，约有90%的备用轮胎还没有使用就被废弃掉，造成了资源浪费。另外，汽车经常需要配备备用轮胎，这样就会造成备用轮胎的浪费，加之，还会增加汽车的重量从而多耗费燃油。根据普利司通公司调查，如果能实现省却备用轮胎，则每年可节省轮胎约5 900万条用于装配新车，这可以对节省资源作出很大贡献。此外，还可以减少使用备用轮胎（从原材料生产到废弃）排出的СО2约 200万t/а。加上节省了备用轮胎用的轮辋，所以还可以进一步减少СО2的排放量。

另一个是安全方面的问题。如果在交通流量较大或存在着安全隐患的地方更换轮胎，则会危及生命，此前也有过在高速公路上更换轮胎而发生事故的相关报道。另外，更换轮胎对残疾人和老年人更是一个沉重的负担。

基于以上情况，近年来成功开发了即使轮胎漏气仍可以滚动一定距离的漏气保用轮胎。

对于轮胎漏气仍能支撑负荷，并滚动一定距离的这一功能，过去有几种考虑。其中，包括在轮胎内表面上涂覆一层柔软的密封剂，以自然地堵塞穿孔的“自封式轮胎”，或在轮胎被刺穿后通过从气门嘴注入密封剂的“瞬间修补剂”等来密封穿孔的方法。但这些方法只能修补钉眼大小的穿孔或对修理部位有一定的限制等，不具备理想的修补穿孔的功能，因此，不能成为取代备用轮胎的成熟的商品。然而，“漏气保用轮胎”不仅可应对所有的穿孔，而且即使轮胎漏了气仍能滚动一定的距离，可以不需要准备备用轮胎。漏气保用轮胎的市场需求正在逐步增大，今后将很有可能会改变轮胎的发展潮流。

1 漏气保用轮胎的历史

“漏气保用轮胎”的大力推广是最近10年间的事情。特别是在欧洲的汽车厂家开始将漏气保用轮胎作为原装轮胎以后，漏气保用轮胎迅速普及。然而，其发展历史可追溯到30年前。在二十世纪80年代初期，漏气保用轮胎是专为残疾人用车开发的。开发该轮胎的目的是即使漏气也不用更换轮胎。进入80年代后半期，开发漏气保用轮胎的目的则是为了确保一部分超级跑车拥有行李箱空间。进入90年代以后，开发该轮胎则是为了在漏气时也能使汽车行驶一定的距离，并将它用作为特种车辆用轮胎。从2000年开始，欧洲的汽车生产厂家积极采用漏气保用轮胎。以此为楔机，漏气保用轮胎一下子红透了汽车市场。

2 漏气保用轮胎的特征

目前，漏气保用轮胎以通过在轮胎的胎侧部位配置增强橡胶件来支撑漏气时支撑负荷的“胎侧增强式漏气保用轮胎”（自支撑漏气保用轮胎：SSR）为主流（虽然也有在轮胎漏气时通过固定于轮胎内部轮辋上的被称为“内支撑物”的刚体来支撑车体重量的“内支撑物式”漏气轮胎，但采用“内支撑物式”漏气保用轮胎需要特殊的轮辋，且会增加重量。目前，胎侧增强式漏气保用轮胎已成为主流）。采用漏气保用轮胎，即使轮胎漏气时汽车仍能以一定的速度行驶一定的距离，以便将汽车安全地行驶到附近的修理厂或轮胎商店，更换漏气的轮胎。这样无需备用轮胎了。胎侧增强式漏气保用轮胎的最大特征是，除胎侧上有增强橡胶件外，其它基本结构与普通轮胎相同，所以可将此种轮胎装配在普通轮辋上。

3 胎侧增强式漏气保用轮胎面临的课题及其发展

由于胎侧增强式漏气保用轮胎需要支撑轮胎漏气时车体的负荷，所以在胎侧部位配置了硬质增强橡胶件。在一般情况下，如果增强橡胶件坚硬且厚实，则可以抑制轮胎漏气造成弯曲变形，即使轮胎漏气时汽车仍可以行驶较长的距离。但是，由于胎侧增强橡胶件厚实且坚硬，在汽车正常行驶（轮胎标准内压）时，与普通轮胎相比较，胎侧增强式漏气保用轮胎吸收冲击的功能下降，乘坐舒适性也会变差。这是一对矛盾。通过继续研究可以解决这些相互矛盾的技术，目前已经开发成功了第三代漏气保用轮胎。第三代漏气保用轮胎既可以保持漏气保用耐久性，又具有不比普通轮胎逊色的乘坐舒适性。

还有报道称，这些技术不适用于原有的胎侧增强式漏气保用轮胎。即使对于较小型运货车，也已开发出了漏气保用轮胎，如Р235/55RF18（小型运货车规格）用漏气保用轮胎。

4 “第三代”漏气保用技术

“第三代”漏气保用技术的关键部分是“生热控制的技术”。为了提高胎侧增强式漏气保用轮胎的乘坐舒适性，需要减小胎侧部增强橡胶件的厚度或者用软质橡胶作为胎侧增强橡胶。这样，轮胎漏气但仍在滚动时，会由于反复产生的胎侧部屈挠变形量增大从而增加生热。轮胎滚动时温度上升的根本原因是由于橡胶粘弹特性的滞后损失而造成能量损耗，所以减小轮胎胎侧部的厚度，更使胎侧柔软会造成随轮胎变形量的增大导致生热增加，引起轮胎早期损坏。特别是由于橡胶弹性模量会随着温度升高而下降，这又会使应变进一步增大，造成恶性循环。也就是说，要兼顾漏气保用轮胎的耐久性和乘坐舒适性，就要尽可能地减少由于滞后损失而造成的能量损耗，还要掌握除了利用降低生热以外的其它方法来冷却轮胎的技术。

图1 普利司通漏气保用轮胎的历史

图2 胎侧增强式漏气保用轮胎

图3 几代漏气保用轮胎乘坐舒适性之比较

4.1 通过促进湍流肋冷却轮胎的技术

过去降低温度的方法是致力于控制生热量。主要可通过加大增强橡胶件的厚度，配置增强材料等来提高结构刚度，从而抑制变形，降低随滞后损失导致的生热。而现在要介绍的技术是，尝试从完全不同的切入点解决问题。本技术不仅可以减少原来的生热，而且从促进冷却的角度考虑来降低温度的问题，进而提高漏气保用轮胎的耐久性。也就是说，通过提高轮胎旋转体表面的热传递来降低温度。像这样提出提高轮胎旋转体热传递的研究不多见，而且此前也没有以橡胶材料为对象的热传递研究事例。由于轮胎多采用热传导性较低的橡胶系材料，所以，为了有效降低温度，在不增加表面积的前提下充分利用湍流促进效应。具体如图4所示，通过在轮胎胎侧部表面设置凸形促进湍流肋，以提高轮胎表面的散热效率，降低轮胎的内部温度。

（1）通过促进湍流肋使主流分离、再附着和再提升流动效应，即沿着与表面垂直方向流动的流体可有效提高表面的热传递（见图5、6）。

图5 采用CFD对空气流的解析结果

图6 空气流动示意图

（2）通过Р（间隔距离）与h（可改变流体流动方向的突起高度）的比值（Р/h）可大体上处理提高热传递的效果，并使之具有最佳值α。另外，肋宽度的影响很小。

在一个轮胎的胎侧部以24mm间隔，配置高2mm促进湍流肋，再将该轮胎安装在38℃恒温的耐久性试验机上，以内压0kРа、负荷670kgf和速度80km/h的漏气保用试验条件进行了试验。试验结果如图7所示，在滚动了13.3 km(10min)后，轮胎的表面和胎侧增强部位里面的温度分别下降了16℃和6℃。另外，根据测热电视观察由室内温度分布仪上的测量结果可以确认，整个胎侧部，特别是屈挠部的温度有了大幅度的下降（见图8）。结果，轮胎漏气后的可行驶距离约延长了1.5倍。该项技术称为“СООLING FIN®”，上文介绍的安装于小型运货车上规格为Р235/55RF18的漏气保用轮胎也应用了该项技术。

图7 有无冷却肋的轮胎表面温度之比较

图8 观察有无冷却肋轮胎的温度并进行比较

4.2 依靠提高分散性以减少生热的技术

图9 纳米级分散炭黑粒子技术的示意图

众所周知，由橡胶粘弹特性中的滞后损失导致的生热是因橡胶内的炭黑粒子相互摩擦而产生的。在图9的左下图示出了普通橡胶内的应变分布情况。黑色部分为填充剂（含炭黑粒子），其它为橡胶，颜色深浅表示应变的大小。从中可以判断，包括炭黑粒子在内的填充剂密集的部分应变较大。要减小炭黑粒子的相互摩擦，最好是使炭黑粒子更均匀地分散在橡胶内。采用炭黑粒子的纳米级分散技术(NаnоРrо-Тесh®)，可使填充剂更均匀地分散于橡胶中。图9的右下图示出了采用该技术后的应变分布情况。从图上可以判断，含炭黑粒子的黑色填充剂部分分散非常良好，这样，可以抑制应变。结果，可减小向轮胎施加负荷时产生的炭黑之间的摩擦作用，并抑制生热。与第二代胎侧增强橡胶件相比，第三代可以使在漏气状态下行驶（在失压状态下行驶）时轮胎胎侧部由屈挠产生的热量减少约一半（见图10）。

图10 新胎侧增强橡胶件的低生热性

5 结 语

轮胎在汽车行驶过程中提供良好的“环境、安全和舒适性”。漏气保用轮胎是具有合乎这种理念的功能的轮胎。近年来不断改善相互矛盾的，支撑漏气时轮胎负荷的漏气保用耐久性和乘坐舒适性，特别是以欧洲生产汽车厂商为首不断地扩大了漏气保用轮胎的市场。可以预料，北美和日本市场也同样会急速扩大漏气保用轮胎市场的规模。另外，最近数年间社会对环境问题的关注日益高涨，要求降低轮胎的滚动阻力和噪声。对于漏气保用轮胎，今后也将进一步兼顾这些性能。自1888年发明了充气轮胎以后，为了要弥补依靠空气压力支撑负荷的轮胎这一功能，如图1所示产生了各种各样的结构，但这些结构只具有单纯的支撑负荷的功能，因此还留有充分开发新理念和新技术的余地。自漏气保用轮胎问市以来已经经过了约30年。今后我们会继续进行技术开发，以完成各种各样相互矛盾的研究课题。

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

[责任编辑：邹瑾芬]

韩泰轮胎2013年全球销售额再创历史纪录

韩泰轮胎于2月10日公布了2013财年业绩报告——全年销售额达7.060万亿韩元，再次刷新历史纪录。

尽管2013年全球经济低迷，但得益于UHP（超高性能）轮胎的强劲增长、在OE高端配套领域的优异表现以及对产能和技术研发的持续投资，韩泰轮胎的销售业绩仍呈持续上升的态势。

韩泰UHP（超高性能）轮胎的销售额是整体利润率增长的强劲动力，累计销售额占全球销售额的26.5%、同比增长3.4%。在中国和欧洲市场的表现更为突出，累计销售额分别同比增长13.6%和12.9%。

近日，韩泰轮胎与高端汽车制造商签订的一系列OE配套合约也对整体销售业绩的增长起到了至关重要的作用。韩泰轮胎首次开启了与梅赛德斯-奔驰的合作，并相继为其高端车型S级、E级轿车提供原厂配套轮胎，至此，韩泰轮胎与德系三大豪华汽车品牌均建立起稳固的合作关系。同时，韩泰轮胎也为日本顶级汽车品牌的多款热销车型提供原厂配套服务，展现了其能满足世界顶级汽车对轮胎性能要求的能力。

凭借大胆的战略眼光，韩泰轮胎在产能扩大及技术研发方面进行前瞻性的投资，这已成为企业可持续发展的坚实驱动力。例如，韩泰轮胎在全球战略市场建立工厂来扩 大产能，包括中国重庆工厂和印度尼西亚工厂，以及近期公布的在美国田纳西州新建工厂的计划。此外，韩泰轮胎将在韩国投资建造新的研发中心和实验工程中心， 进一步强化了其在行业中的技术领先地位。 （孙婷婷）

TQ 336.1

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1671-8232(2014)02-0022-05

2013-01-09