輪胎，作爲機動車唯一與地面(miàn)接觸的部件，對(duì)機動車的舒适性、安全性、制動性等至關重要。充氣輪胎在日常行駛中經(jīng)常會遇到慢撒氣、紮胎、爆胎等問題，易引發(fā)安全事(shì)故等。開(kāi)發(fā)不怕紮、不怕爆胎的免充氣輪胎一直得到國(guó)内外輪胎企業的關注。2005年米其林公司推出了一款基于傳統子午線技術開(kāi)發(fā)的可免充氣子午線輪胎Tweel，2011年普利司通公司推出了具有網狀編制結構的免充氣輪胎，2017年通伊歐公司發(fā)布了采用複合材料輪輻的免充氣輪胎Noair，最近，米其林公司展示了一種(zhǒng)采用3D打印設計的具有蜂窩狀結構的概念免充氣輪胎Vision。上述免充氣輪胎主要采用先進(jìn)的結構設計和創新的材料體系，在輪胎減震緩沖的同時實現了免充氣，不過(guò)，與充氣輪胎相比，昂貴的價格、較高的噪音、較差的舒适性、易損的支撐結構等問題限制了其大面(miàn)積推廣。
2016年以來，随著(zhe)我國(guó)移動互聯網和共享經(jīng)濟的大發(fā)展，共享單車和共享電動助力車成(chéng)功解決了公衆短距離出行和公共交通接駁換乘的“痛點”，成(chéng)爲社會資本和大衆追逐的熱點。區别于政府主導的“公共自行車”，共享單車最大的特點是引入了移動互聯網概念，取用返還(hái)極其方便，不過(guò)，沒(méi)有固定的取還(hái)地點也導緻共享單車的維護成(chéng)本極高。車輛老舊、故障、損毀等卻得不到及時維護，推高了共享單車的運營成(chéng)本。輪胎作爲共享單車重要的組成(chéng)部分，影響了單車的舒适感（避震、低滾阻等）和安全性（止滑、轉向(xiàng)能(néng)力、刹車距離），因此，開(kāi)發(fā)具有免維護、騎行好(hǎo)的單車用輪胎成(chéng)爲行業研究熱點。
中科院甯波材料所超臨界流體綠色加工團隊在翟文濤、鄭文革研究員的領導下，多年從事(shì)聚合物熱塑彈性體和橡膠的微發(fā)泡研究，先後(hòu)實現了熱塑性聚氨酯彈性體、聚烯烴彈性體、苯乙烯類彈性體、丁苯橡膠、氯丁橡膠、三元乙丙橡膠等體系微發(fā)泡材料的制備和成(chéng)型。2016年以來，中科院甯波材料所與我國(guó)輪胎龍頭企業“中策橡膠集團公司”多次接觸，讨論開(kāi)發(fā)單車用免維護發(fā)泡一體胎的技術可能(néng)性，要求發(fā)泡一體胎在免充氣的同時具備輕質、優異舒适感、低滾阻、防滑、耐磨、防脫圈、低位移的特點。經(jīng)過(guò)多次技術研讨和技術驗證，2017年3月，雙方正式簽署技術合作開(kāi)發(fā)協議。研究人員創新選用橡膠彈性體複合體系，采用射出發(fā)泡技術和創新模具結構設計，通過(guò)真空和流體輔助加工，同時實現了橡膠彈性體體系的交聯和發(fā)泡，開(kāi)發(fā)了發(fā)泡一體胎。如圖1所示，發(fā)泡一體胎爲實心發(fā)泡輪胎，具有防紮、防爆的特點。相關技術已經(jīng)申請多項中國(guó)發(fā)明專利。
圖1. 中科院甯波材料所中策橡膠集團合作開(kāi)發(fā)的發(fā)泡一體胎
下表所示爲發(fā)泡一體胎的理化性能(néng)及走形測試結果，所開(kāi)發(fā)的發(fā)泡一體胎的密度僅爲0.35~0.45g/cm3、DIN耐磨爲80~90、具有優異壓縮和彈性，長(cháng)期耐溫可達70度，可以通過(guò)充氣輪胎的JIS走形模拟測試标準。中策橡膠設計了特殊的結構定位單元，使發(fā)泡一體胎具有防脫圈和防位移的功能(néng)。現場騎行結果表明，新型發(fā)泡一體胎具有良好(hǎo)的舒适感和低的阻力，選用的新型橡膠彈性體體系使發(fā)泡材料具有優異的耐紫外、耐臭氧、耐濕熱老化性能(néng)，這(zhè)确保新型發(fā)泡一體胎可以滿足單車輪胎使用壽命3年的要求。 2017年8月以來，研究人員配合中策橡膠集團設計購置了一體胎發(fā)泡設備多台，在前期測試的基礎上确定了合适的樹脂配方體系和加工工藝，實現了發(fā)泡一體胎的批量生産，開(kāi)展并通過(guò)了部分終端客戶的性能(néng)評價。目前，中策橡膠集團已經(jīng)形成(chéng)了萬條/天的産能(néng)。
2017年8月以來，研究人員配合中策橡膠集團設計購置了一體胎發(fā)泡設備多台，在前期測試的基礎上确定了合适的樹脂配方體系和加工工藝，實現了發(fā)泡一體胎的批量生産，開(kāi)展并通過(guò)了部分終端客戶的性能(néng)評價。目前，中策橡膠集團已經(jīng)形成(chéng)了萬條/天的産能(néng)。
圖2. 中策橡膠集團批量生産的一體胎加工原料和發(fā)泡輪胎産品
研究團隊選擇的橡膠彈性體發(fā)泡體系便于複配，這(zhè)在賦予發(fā)泡材料優異性能(néng)的同時解決了橡膠熔融加工的難題，使得發(fā)泡材料在耐磨、止滑、回彈、抗壓縮形變、耐溫等方面(miàn)具有良好(hǎo)的拓展性，從而使發(fā)泡一體胎可廣泛應用于單車、電動助力車、平衡車、輪椅車、童車等低速兩(liǎng)輪車領域；所選擇的橡膠彈性體發(fā)泡體系便于染色，這(zhè)賦予發(fā)泡一體胎材料豐富的色彩。
（高分子事(shì)業部 翟文濤）
