劉 震

（1.怡維怡橡膠研究院有限公司，山東 青島 266045；2.青島市輪胎新材料重點實驗室，山東 青島 266045）

隨著交通運輸業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對輪胎的性能要求越來越高。20世紀(jì)80年代以前，要求較高的輪胎性能主要為耐久性能、高速性能和耐磨性能。而近20～30年來，除了這些性能外，輪胎的滾動阻力、抗?jié)窕阅?、噪聲、操控性能和舒適性等也受到重視[1]，而這些性能與輪胎用原材料，特別是合成橡膠（SR）密不可分。

我國輪胎產(chǎn)量已連續(xù)多年位居世界第一，橡膠作為輪胎的主體材料，其消耗量也迅速增長。輪胎用SR的主要品種為丁苯橡膠（SBR）、順丁橡膠（BR）、異戊橡膠（IR）、丁基橡膠（IIR）、鹵化IIR（HIIR）等。SR在提高輪胎性能方面發(fā)揮了重要作用，如在降低滯后損失，提高抗滑性能、耐磨性能和氣體阻隔性能方面的作用都無法由天然橡膠（NR）來替代。由于規(guī)格和生產(chǎn)技術(shù)不同，不同輪胎的橡膠及SR用量比例差異較大。一般來說，在輪胎用橡膠中，SR用量為10%～60%，NR用量為40%～90%[2]。

隨著人們對輪胎性能要求的提高及各國輪胎標(biāo)簽法規(guī)的相繼推出，輪胎工業(yè)對SR的性能提出更高的要求，輪胎用SR的品種和用量也會發(fā)生顯著變化。

1 全球輪胎標(biāo)簽制度及其實施情況

歐盟輪胎標(biāo)簽法規(guī)已從2012年11月1日起開始強制執(zhí)行。該法規(guī)規(guī)定，在歐盟銷售的轎車輪胎、輕型載重輪胎和載重輪胎必須加貼標(biāo)示輪胎燃油效率、濕地抓著力和滾動噪聲等級的標(biāo)簽。根據(jù)燃油消耗量和濕地抓著力，將輪胎分為A—G 7個等級產(chǎn)品，A等級表征性能最好，G等級表征性能最差，同時輪胎滾動噪聲也分為低、中、高3個等級，并注明測量值。

韓國于2011年11月14日頒布了輪胎標(biāo)簽法規(guī)，并于2012年12月1日起強制執(zhí)行。該標(biāo)簽制度對輪胎滾動阻力和濕地抓著力分級[3]。

日本于2010年1月推出了自愿性輪胎標(biāo)簽制度，其對滾動阻力和濕地抓著力分級，用標(biāo)簽告訴消費者輪胎的節(jié)油水平與安全性能[4]。

美國公路交通運輸安全管理局（NHTSA）重新修訂了美國輪胎標(biāo)簽法49 CFR Part 575，規(guī)定了所有乘用輪胎和輕型載重輪胎在銷售給終端消費者前，必須強制粘貼輪胎等級，包括燃油效率、濕地抓著力和耐久性能3項性能等級。該法規(guī)測試標(biāo)準(zhǔn)于2010年頒布[5]，但還沒有正式實施的時間表。

巴西也推出了輪胎標(biāo)簽法規(guī)（544/2012號法案），該法規(guī)與歐盟標(biāo)簽法規(guī)類似，也包括了輪胎的滾動阻力、濕地抓著力和滾動噪聲的分級。

海灣國家標(biāo)準(zhǔn)組織（GSO）于2015年10月22日發(fā)布通知，宣布從2016年1月1日起，海灣7國開始全部實施輪胎標(biāo)簽法，其中2015年11月1日起沙特阿拉伯已單獨實行輪胎標(biāo)簽法，該法規(guī)對輪胎滾動阻力和濕地抓著力進行了分級。

2 我國輪胎標(biāo)簽制度的最新進展

我國作為輪胎生產(chǎn)和消費大國，在輪胎標(biāo)簽制度方面起步較晚。目前，由中國橡膠工業(yè)協(xié)會（CRIA）主導(dǎo)的輪胎標(biāo)簽制度進展較快。從2012年開始，中橡協(xié)受工業(yè)和信息化部委托開展綠色輪胎產(chǎn)業(yè)化研究。5年來，中橡協(xié)組織輪胎行業(yè)重點企業(yè)及技術(shù)專家完成了《綠色輪胎產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究》，制定并發(fā)布了我國首部《綠色輪胎技術(shù)規(guī)范》，完成了《輪胎標(biāo)簽制度研究》課題，并于2016年6月份頒布了T/CRIA 11004—2016《輪胎標(biāo)簽管理規(guī)定》和T/CRIA 11003—2016《輪胎分級標(biāo)準(zhǔn)》兩項標(biāo)準(zhǔn)。其中《輪胎分級標(biāo)準(zhǔn)》與歐盟輪胎標(biāo)簽法規(guī)類似，也對輪胎的滾動阻力、濕地抓著力和滾動噪聲進行了分級。按照時間表[6]，2016年采取中橡協(xié)倡導(dǎo)、自愿張貼的形式進行輪胎標(biāo)簽的推廣，發(fā)動輪胎企業(yè)自愿提供關(guān)于輪胎燃油效率、濕地抓著力和滾動噪聲的等級數(shù)據(jù)；2017年同樣實行自愿張貼標(biāo)簽，但要求生產(chǎn)與銷售的輪胎必須具有關(guān)于燃油效率、濕地抓著力和滾動噪聲的等級數(shù)據(jù)；2018年市場上所有性能達到門檻值的輪胎將張貼標(biāo)簽，并在同年內(nèi)建議相關(guān)部門推出鼓勵政策，對輪胎標(biāo)簽給予認(rèn)可；2019年正式推出輪胎標(biāo)簽法規(guī)，所用輪胎產(chǎn)品均強制張貼標(biāo)簽。

我國輪胎標(biāo)簽制度實施后，必然對我國輪胎的生產(chǎn)與消費產(chǎn)生深遠的影響。隨著輪胎標(biāo)簽制度的深入推行，人們購買輪胎將不再盲目，一些國產(chǎn)品牌輪胎如達到較高標(biāo)簽等級也將擁有與進口品牌輪胎同臺競爭的機會。我國輪胎標(biāo)簽制度的實施也會扭轉(zhuǎn)優(yōu)質(zhì)輪胎出口國外、普通輪胎留在國內(nèi)銷售的局面，還可以防止國外輪胎貿(mào)易商在我國高價銷售低檔次輪胎。

包括我國在內(nèi)的全球輪胎標(biāo)簽法規(guī)都對輪胎滾動阻力和濕地抓著力提出了要求，這兩項性能與輪胎用原材料，尤其是SR的品種有密切關(guān)系，應(yīng)當(dāng)引起行業(yè)的高度重視。

3 輪胎中的橡膠組成

轎車子午線輪胎和全鋼載重子午線輪胎的橡膠用量比例較大，因此對比分析這兩類輪胎中SR的使用情況更有意義。這兩類輪胎中的橡膠組成見表1。

表1 輪胎中的橡膠組成

從表1可知，輪胎中SR品種主要包括SBR，BR，IR和HIIR，在不同規(guī)格輪胎中SR用量比例差異很大。與全鋼載重子午線輪胎相比，轎車子午線輪胎中SR質(zhì)量占輪胎質(zhì)量比例和SR質(zhì)量占橡膠質(zhì)量比例明顯較大。轎車子午線輪胎中用量最大的SR品種為SBR，其次為BR和HIIR；全鋼載重子午線輪胎中SBR用量很小，SR主要為BR和HIIR，以及少量IR。

從SR的使用部位來分析，在轎車子午線輪胎中，SBR主要用于胎面膠，用量一般大于70份，其他部件（如胎體膠與三角膠等）可能也會并用10～30份SBR。在全鋼載重子午線輪胎中，SBR主要用于胎圈膠，某些規(guī)格全鋼載重子午線輪胎的胎面膠可能也會并用少量SBR。

BR主要用于輪胎胎側(cè)膠，用量一般為40～60份，其在轎車子午線輪胎中的用量稍大。轎車子午線輪胎與某些規(guī)格全鋼載重子午線輪胎的胎面膠也可能會并用10～30份BR。

HIIR包括氯化丁基橡膠（CIIR）和溴化丁基橡膠（BIIR），主要用在輪胎的內(nèi)襯層膠中保證輪胎的氣密性能。在轎車子午線輪胎和全鋼載重子午線輪胎的內(nèi)襯層膠中HIIR用量一般為60～100份。

IR主要作為NR替代品在輪胎中使用，由于IR與NR的性能差異，目前IR還不能完全替代NR。在不同輪胎部件中，IR對NR的替代量也不盡相同。IR在輪胎中的應(yīng)用主要受成本影響，其用量根據(jù)NR的價格變化而波動較大。

其他SR品種的使用與輪胎的技術(shù)體系密切相關(guān)，一些輪胎企業(yè)采用的SR品種而另外的輪胎企業(yè)可能不采用。

4 輪胎標(biāo)簽制度對SR的需求影響

從上述分析可見，輪胎標(biāo)簽制度的重點是倡導(dǎo)低滾動阻力、高抗?jié)窕阅芎偷蜐L動噪聲的安全、綠色輪胎的生產(chǎn)和使用。通過新材料、新工藝、新技術(shù)來改善和提高輪胎性能也成為近年來輪胎企業(yè)的研發(fā)重點。在新材料方面，重點研究和應(yīng)用新型聚合物、補強填料、功能性助劑。我國輪胎標(biāo)簽制度的推行對SR的影響已經(jīng)越來越明顯。

4.1 SBR

SBR是轎車子午線輪胎胎面膠的主體材料。SBR按聚合方法可分為乳聚SBR（ESBR）和溶聚SBR（SSBR）。傳統(tǒng)輪胎的主體材料主要為ESBR（包括充油和非充油產(chǎn)品），ESBR具有技術(shù)成熟、加工性能優(yōu)良、成本較低的優(yōu)點。ESBR制備的輪胎抗?jié)窕阅茌^好，但滾動阻力較大，難以達到較高的輪胎標(biāo)簽等級。而SSBR具有滾動阻力低、抗?jié)窕阅芎玫膬?yōu)點，尤其是配合白炭黑應(yīng)用，可以在滾動阻力、抗?jié)窕阅芘c耐磨性能方面取得良好的平衡，是轎車子午線輪胎達到較高輪胎標(biāo)簽等級的必然選擇。

近年來，輪胎用SSBR的合成技術(shù)不斷進步，目前已經(jīng)發(fā)展到第3代SSBR。第1代SSBR為20世紀(jì)60年代菲利普公司和費爾司通公司開發(fā)，與ESBR相比，第1代SSBR產(chǎn)品的彈性與耐磨性能較好，且滾動阻力較低，但加工性能與抗?jié)窕阅懿患?。?代SSBR是通過對苯乙烯和乙烯基含量、相對分子質(zhì)量及其分布、支化結(jié)構(gòu)序列分布調(diào)整而得，其滾動阻力明顯降低，抗?jié)窕阅芎湍湍バ阅茱@著提高，加工性能明顯改善。第3代SSBR運用集成橡膠的理念，通過分子設(shè)計和分子鏈結(jié)構(gòu)優(yōu)化組合，集成了各種橡膠的優(yōu)點。目前第3代SSBR主要包括3類產(chǎn)品。（1）在大分子鏈中引入異戊二烯鏈段制成苯乙烯-異戊二烯-丁二烯三元共聚體，具有多個玻璃化溫度和較寬的損耗因子峰，同時具有良好的耐低溫性能、較低的滾動阻力以及較好的抗?jié)窕阅?。?）含有漸變式序列結(jié)構(gòu)分布的嵌段型SSBR，較好地平衡了膠料的抗?jié)窕阅芎蜐L動阻力，同時也兼顧了膠料的物理性能和加工性能。（3）對SSBR分子鏈末端進行改性，使分子鏈末端與白炭黑之間的相互作用提高，從而改善了白炭黑的分散性。與未經(jīng)化學(xué)改性的SSBR相比，經(jīng)化學(xué)改性的SSBR彈性和抗?jié)窕阅苊黠@提高，橡膠基體與白炭黑之間的結(jié)合力增大，滾動阻力降低[7]。

雖然我國SSBR的應(yīng)用起步較晚，但我國輪胎企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識到SSBR性能的優(yōu)勢。為滿足出口歐洲輪胎的性能要求，大多輪胎企業(yè)已經(jīng)開始在部分輪胎產(chǎn)品中應(yīng)用SSBR。受制于我國SSBR的發(fā)展水平，目前我國輪胎企業(yè)主要采用來自歐洲、美國、日本和韓國的SSBR。隨著全球輪胎標(biāo)簽制度的推行，尤其是我國輪胎標(biāo)簽法規(guī)的逐步實施，越來越多的輪胎將大量使用SSBR，預(yù)計SSBR的市場將迎來迅猛增長，尤其是第3代SSBR產(chǎn)品將會越來越被市場認(rèn)可，而ESBR市場將會滯長，甚至逐步萎縮。

4.2 BR

BR主要在輪胎的胎側(cè)膠和胎面膠中應(yīng)用。BR是以丁二烯為單體，采用不同催化劑和聚合方法合成的SR，目前世界BR生產(chǎn)企業(yè)大都采用溶液聚合法生產(chǎn)。根據(jù)催化劑不同，BR可分為鎳系、鈷系、鋰系、鈦系和釹系等產(chǎn)品。我國大量生產(chǎn)和應(yīng)用的BR為牌號為9000的鎳系BR（NiBR）。釹系BR（NdBR）在我國常稱為稀土BR，是用釹系催化劑（如環(huán)烷酸釹-一氯二乙基鋁-三異丁基鋁）制備的高順式（順式1，4-結(jié)構(gòu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.96～0.99）的BR，NdBR具有優(yōu)異的抗?jié)窕阅芎洼^低的滾動阻力，且耐磨性能仍能保持良好水平。與NiBR相比，NdBR不僅順式1，4-結(jié)構(gòu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)大，且強伸性能、彈性和抗?jié)窕阅芰己?，生熱和滾動阻力較低[8]。

近年來，我國輪胎企業(yè)在NdBR的應(yīng)用方面也進行了較多研究[9-12]。試驗表明，在輪胎胎面膠和胎側(cè)膠中，用NdBR等量替代NiBR，硫化膠的彈性和耐磨性能提高，生熱和滾動阻力降低。因此，隨著輪胎標(biāo)簽制度的深入推行，NdBR將越來越多地被輪胎企業(yè)使用，以提高輪胎的標(biāo)簽等級。預(yù)計未來幾年，NdBR的需求量會迅速增長，而NiBR的需求量將保持平穩(wěn)或緩慢下行。

4.3 IR

IR泛指順式1，4-結(jié)構(gòu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.9的聚異戊二烯橡膠，由于其微觀結(jié)構(gòu)接近NR，因此也被稱為合成NR。IR是異戊二烯單體在齊格勒-納塔催化劑或鋰系催化劑存在下，經(jīng)溶液聚合制得。IR與NR結(jié)構(gòu)相近，與NR相比，IR具有以下優(yōu)勢：質(zhì)量均勻，純度高，顏色淺，異味小；易軟化和混合，塑煉時間短，混煉加工簡便；膨脹率和收縮率小，有較好的擠出和壓延性；流動性好，滯后損失小。在生膠強度和硫化膠定伸應(yīng)力、撕裂強度方面，IR仍不及NR，導(dǎo)致IR加工挺性差，易變形；IR硫化膠的耐磨性能和耐疲勞性能差[13]。在輪胎膠料中，IR可以替代20～50份NR。從輪胎角度分析，成本將成為影響IR用量的重要因素。由于NR市場價格波動很大，IR的消費量隨著NR的價格起伏波動較大。輪胎標(biāo)簽制度的實施不會對IR需求產(chǎn)生直接影響。

4.4 IIR

IIR是異丁烯和異戊二烯在催化劑作用下進行陽離子聚合反應(yīng)而成，其分子結(jié)構(gòu)為規(guī)整的線形結(jié)構(gòu)，含質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.97的異丁烯和少量異戊二烯。IIR是氣密性能和水密性能優(yōu)異的SR膠種，同時還具有優(yōu)良的耐候性和耐化學(xué)腐蝕性，是內(nèi)胎膠料和無內(nèi)胎輪胎內(nèi)襯層膠不可替代的膠種。IIR在輪胎中的消費量占其總消費量的80%以上[14]。目前，內(nèi)胎和硫化膠囊膠料主要采用IIR為主體材料，輪胎內(nèi)襯層膠主要采用HIIR為主體材料，以保證層間粘合性能和硫化速度的匹配性。

經(jīng)過多年的發(fā)展，我國的IIR從無到有，從小到大，已經(jīng)具備了一定的生產(chǎn)能力，并且生產(chǎn)能力增長迅速[15-17]，但質(zhì)量和產(chǎn)量仍難以完全滿足我國輪胎的需求。由于HIIR價格較高，輪胎企業(yè)一般通過并用其他膠種來降低內(nèi)襯層膠中HIIR的用量，且同時增大內(nèi)襯層厚度以提高輪胎氣密性能。但內(nèi)襯層厚度增大會導(dǎo)致輪胎質(zhì)量增大，不利于降低滾動阻力。輪胎標(biāo)簽制度的推行會促使輪胎企業(yè)增大內(nèi)襯層膠中HIIR用量，從而減小內(nèi)襯層厚度，減小輪胎質(zhì)量和降低滾動阻力。預(yù)計未來幾年，HIIR的需求量將保持較快增長，受載重子午線輪胎無內(nèi)胎化的影響，IIR的需求量將小幅下降。

5 建議

輪胎標(biāo)簽制度指明了輪胎技術(shù)的發(fā)展方向。我國輪胎標(biāo)簽法規(guī)的頒布與實施將進一步推動我國輪胎用SR市場的發(fā)展。我國輪胎企業(yè)為了提高輪胎性能和輪胎標(biāo)簽等級，增大SSBR，NdBR和HIIR等性能優(yōu)異膠種的用量。因此，我國SR企業(yè)應(yīng)當(dāng)抓住這一機遇，調(diào)整發(fā)展戰(zhàn)略，重視輪胎用高端SR的研發(fā)與生產(chǎn)。

5.1 調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及進行技術(shù)升級

我國SR整體自主創(chuàng)新能力不強，技術(shù)積累不夠。像ESBR和NiBR等低端膠種產(chǎn)能日漸過剩，裝置開工率日趨下降，市場競爭非常激烈。而SSBR，NdBR和HIIR等高端膠種產(chǎn)能和產(chǎn)量仍然較低，需要大量進口。建議SR企業(yè)抓住輪胎產(chǎn)品技術(shù)升級的機遇，加強對引進技術(shù)的消化吸收和自主創(chuàng)新力度，與科研院所緊密合作，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，進行技術(shù)升級改造，推進高性能輪胎用SR品種的開發(fā)和生產(chǎn)。

5.2 SR企業(yè)加強與輪胎企業(yè)的合作

由于輪胎用SR的品種和牌號日益繁多以及特性各異，如不同廠家、不同牌號的SSBR的苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)、乙烯基質(zhì)量分?jǐn)?shù)、相對分子質(zhì)量及其分布、無規(guī)度、支化度、末端改性等不同，為SR新品種的開發(fā)與推廣帶來了困難。建議SR企業(yè)加強與輪胎企業(yè)的戰(zhàn)略合作，讓輪胎企業(yè)盡早參與SR新品種的開發(fā)，通過輪胎企業(yè)的應(yīng)用研究，改進SR新產(chǎn)品的性能，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)產(chǎn)品的定制化，從而達到共贏的目的。