各位老师、各位同学，非常高兴有这个机会在这个复合材料会议上给大家做汇报最近的一些工作。首先感谢学会的邀请和主席的介绍，今天我跟大家讲的，因为这个主题是节能方面的，后来我就琢磨了一下把这个节能轮胎橡胶复合材料制备技术一些研究跟大家汇报一下。 当时这个题目也受到了一个计划目标导向课题的资助，当时是徐路老师做了这个的时候当时批的一个项目，那么这几年中国汽车发展是非常快的。现在产量达到一年1800多万辆。那么这个轮胎量非常大，现在这个里面是轿车开的，卡车的达到了4.5亿多条。实际上各类轮胎加起来大概有六亿多条，目前是居于世界第一位。但是轮胎比较讲究几个事，一个是安全性，一个是长寿命，还有一个是能源节流这三个。应该说国内的轮胎现在跟国际轮胎先进水平相比还是有比较大的，就是说跟还有一系列比较起来差距比较大。 中国轮胎发展非常快，它跟中国任何行业一样是一窝蜂上了很多，结果就是把中国的企业厂商加起来最后都变成了世界第一，但是最终实力没有达到相关的好的状态。所以当时中国的轮胎还是以低价销售为主要的策略，当时在美国市场已经占到30%。所以奥巴马搞了一个轮胎特保案，当时打了半天官司最后我们还是没有打赢输掉了。这样的话特保案因为加税很多，所以这样的话一下跌到了10%我们市场占有量。但是它从2009年开始的，为期三年，三年过后9月26号，去年的9月26号这个特保案结束了，结束又给恢复了一个最惠国的一个待遇。慢慢恢复已经变成10%的一个占有率了。 那就是说欧盟出台了一个轮胎标签法，所有的轮胎就是要有一个身份证打上一个标记，这个标记说了三件事。一个是节油，稳定组织系数是多高，分ABCDEF级。然后再就是刹车的制动距离，这是在雨天湿滑的情况下ABCD多少多少级，然后还有一个噪音指标。它没有规定这个耐磨性，实际耐磨性跟长寿命有关系。这个标签出来之后你级别低的在欧盟市场规定不能卖了，这又是一个考虑。刚特保案走了标签法又来了，这样的话就是说，你看它这是一个标签法的规定。前面的话是几个系数，它给你出这个题。那么咱们抽样的情况来看大都是E级跟F级，大部分可以达到欧盟低的级了，其实欧盟的标准也是逐渐往高提，所以大部分我们能达到它的第一阶段最低要求，但是有相当级的话，它第二个阶段开始了，你还达不到那个最低要求，就是那个C级比例是非常低的，不到2%左右。

那么轮胎，我怎么把轮胎的，整个一辆汽车的油耗跑起来之后很大部分是分组，还有跟地面整个的摩擦力，部件之间的耗能，但是很大一部分40%是耗的轮胎，但是轮胎的耗能不是耗的轮胎跟地面之间的摩擦力，除非是上下坡，上下坡的时候是有重力的，你上下坡的时候是重力的这个，克服这个重力倾角，然后造成一个公路损耗。平时在平地滚动的时候就是轮胎自身有一个滚动阻力，这个滚动阻力是汽车油耗，它每降低10%油耗都能降低1—2%，如果按照两亿条子午线轮胎节油1—2%，每天就节约500万升。你不要说这个油燃烧变成多少…，这个节能减排的效果是非常高的。 但是这个轮胎油耗的问题待会儿我再讲一下，整个轮胎是复杂的复合材料，里面有纤维连线、有钢丝的，外边还有橡胶。所以它是一个非常复杂的复合材料，所以今天我要讲的不是纤维跟橡胶之间的关系，而是整个胎面这一部分，它又是由纳米颗粒橡胶组成的一个纳米复合材料。这个胎面，对刚才轮胎的滚动阻力它又占了50%，还是在猜测里面还有内分层里面这一层这是堵气都对这个混合阻力有影响，但是最大是这个胎面。因为滚动阻力的话主要是高分子的黏弹性的问题，就是这个橡胶材料跟金属跟…不一样，它叫什么？叫一篮子的蛇，在高分子形容高分子叫一篮子的蛇，这个蛇在里面不停的蠕动，蛇跟蛇之间有大量的摩擦，你在受力运行的时候所有的蛇的运动是不一样，有一部分运动彼此之间有摩擦。为了把这个强度提高的话，把橡胶的强度提高的话，我们必须要加入大量的纳米颗粒。加入纳米颗粒，颗粒跟分子之间如果是物理吸附的话，经过滑坡、解析谱、基谱跟解析谱这个摩擦以及颗粒跟颗粒之间的摩擦，这是使这个损耗明显上升。它是造成耗油的最基本的根源。那么耗油了以后还变成什么？不但变关键的话它还使轮胎跑起来越来越热，如果你轮胎设计不好最后一下爆胎了，这就大大出问题了。这是它的滚动阻力的问题。 当然它这个安全性就是雨天怎么刹住车，这是一个问题，它也跟这个纳米材料里面分子结构有关系，还有一个就是耐性，就是强度高不高也是跟纳米的体系有关系。我简单跟大家讲一下，橡胶材料是一个非常独一无二的就是小的东西大背景的一个材料，可是它的表面温度特别低，所以说底下特别大，这跟其他材料都不一样，所以强度低。那么强度低的话怎么办呢？必须要增强，这么多年下来的话加上各种材料去增强，最后的结论是明确的，必须加入纳米颗粒。你在别处加纳米颗粒不一定好，但是在轮胎里，在橡胶材料里你没有什么选择必须加入纳米颗粒，而且量还必须不能少了。 那么这是我们常用的一百多年了，这是常用的碳黑，它的原生粒子直径是20纳米，形成一次性去解体的时候大概有100个纳米左右。这是一个超级二氧化硅这都非常小，这是一个微米这么大。那么我们当时在率先提出了就是三个，就是第一位，而且纳米一定是必须的，这是对增强的效果。那么当时产生了就是说为什么这个纳米，采取橡胶有这么好的效果，你必须离不了它。于是我们发展了一个于氏理论，也就是换句话来讲这个纳米颗粒在里面就像好多个桥墩子一样把这个长链的高分子连成一个连续的网络分子拉伸的过程中，把短件变长、长的变直最后出现这种情况的时候，这种情况的时候大家就共同抵抗外力。 大家都知道在高分子里面提高强度的最主要的是曲向，那么对这个柔性的分子团成团的话它曲向是非常难的。那么当里边有纳米粒子形成这个双网的结构就是这种结构的时候，它呈现这种情况是最有容易的。所以这是补偿的最基本的根源，所以你要想把它补偿，你加入纳米粒子，你加入合适纳米粒子保证这个界面、保证这个分散，这个耐磨性的问题是可以得到解决的。但是就是刚才说的，如果你加入这个纳米粒子解决了耐磨性、解决了强度的问题，第二个问题就来了损耗明显上升。大家看这一张图，实际上损耗因子的这个地方是一条虚线，最底下的。但是你加入碳黑之后，因为加入碳黑是我们常用的一个碳黑用量，我们可以看到损耗因子明显的上升了。那么这种损耗因子上升就是跟刚才说的，它…特别大的这个轮胎…了，它的热量大、把油都耗掉了、…都耗掉了、温度都上升了。所以这个话你怎么去解释，你加入纳米颗粒是必须的，可是一加入以后你把油耗明显的提升了，这个事情该怎么办？这是一个轮胎的滚动阻力的问题。 那么传统的碳黑，这个碳黑的碳材料也是非常神奇，它是一个典型的纳米碳材料，它是由石墨就像一个洋葱一样形成这么一个纳米颗粒。那么它对橡胶应该有比较好的吸取性，可是它并不作用。所以后来…轮胎在1990年的时候，它是全球最强的轮胎，它一年产值是两千多亿人民币。它当时提出了那种神秘的材料，当然这个神秘的材料在剖析的面前显得还是无能为力很快被剖析出来了，大概中国解决这个事用了十年的时间。最后发现它的轮胎里面就是一些特别好的轮胎主要用跟纳米二氧化硅，也是纳米粒子，性能也是没有太大问题。但是关键是纳米二氧化硅里面有大

第三个来讲就是湿滑，这个轮胎怎么刹住车，这个轮胎刹住车的话有二分之一M微方的动能变成零，就是你刹了以后变成零以后，谁来把这个能量耗掉。如果说你制动距离越长，你这个地面的距离越长，当然你最后可以下了，大家认为它跑的太远了。如果我这个轮胎跟橡胶的能耗，这个损耗因子我能用得上的话，那么我这个轮胎把这个部分能量给耗掉了，这不是一个非常好的事吗？可是你根据WLL方程的原理只好刹车这么一刹那是频率特别高，频率特别高的在高分子里边橡胶里面相当于是低温，所以我们可以看到就是说后来这引发了一个标准。就是如果我把一个零度损耗的因子，一个材料零度…的损耗因子如果我要给它，这样给它提高的话，我就可以把这个轮胎橡胶耗能本领给它提上去。可是现在做了很多工作，你把零度一提上去真的就上去了，你把这个刹车性能一解决，结果轮胎热就跟着上去了耗能。所以这个叫什么呢？国际上就是这么命名的，你解决了这个那个进去了，你解决了那个那个又不行了，这个问题很难弄。 但是大家可以看一下就是有一定的关系，那么后来我们做了不少的，我们做了不少的比较就是…之间的一个比较到底怎么回事…，这个纳米颗粒它为什么加进去以后，…的问题已经就能解决了。但是发现它的湿滑性能也不错，这就好象打破了一个瓶颈就是加大了滑坡以后这个界面…结合，混凝土…降低，这个寿命还比…还比较接近，但是为什么它的湿滑性能发现…解决不了，做了不少…的工作，因为时间太紧张了就没法问了，最后我把结论跟大家说一下。 最后做了很多基础工作之后发现了一点，那么米十二碳是很微观的一个东西，就是当这个轮胎在地面奔逃一段时间以后表面变得粗糙了，但是这个粗糙的表面在任何一个局部去，它仍然是含有大量纳米颗粒的这么一个材料，它的软硬度还是不一样。这个纳米二氧化硅这个例子有刺破水膜的这个作用。大家知道你在地面行走的时候如果有一层水膜排不掉的话你很容易摔一个跟头，那么如果这层纳米颗粒能把这一层水膜撕掉的话撕破的话，你跟地面的摩擦要增加。如果你跟地面之间的摩擦增加了，你的止滑性才能够，如果你跟地面的摩擦性是零的话，你的止滑性再高，没有人把那个止滑性…用得上，因为它一直打出溜。所以最后这个纳米二氧化硅这个抗湿滑性能就能把它搞清楚，就是一个刺破水膜一个机理，然后导致摩擦力的上升，从而把二分之一M微方的把这个损耗因子用上了，把这个二分之一M微方的这个功能给提升了。 那么这个做了不少的前提下，我觉得怎么把它做出来。一共加了多少…二氧化硅呢？一百分的橡胶里面加了八十到一百克的纳米二氧化硅，一百克的橡胶里面加入这么高的纳米二氧化硅的话，这个表面处理分散剂这些势必要做很多基础工作。限于时间的话，我就不讲了，这个里面我们主要的重点还是用这个，然后用这个来间接表达这个到底怎么效果处理得好，轮胎比较好。它这个，大家都知道一百克纳米二氧化硅的底表面积是一万多平米，八十克纳米二氧化硅它的底表面积是一万三千多平米，一百克橡胶体积才一百毫升，所以你要把这么大底表面积放弃的话应该是非常困难的一件事情，我们前期要做的一套理论就是到底怎么包覆，包覆量应该有多大都要进行一些指导。最终我们选择了偶联剂的话。 首先选一个合适的橡胶做很多工作，我们可以看最终我们选了一个橡胶是轮距…橡胶5025这个橡胶，这个橡胶…本身…零下36度。我们可以看选中一个橡胶的凝固损耗因子它是相当高的，就是说从橡胶的角度来讲我要把它保证住了。然后还要再加进80—100克的二氧化硅进去来提高它的耐磨性，同时替代炭黑以后降低橡胶滚动阻力。但是这个问题在于我怎么把100克的二氧化硅放进去，这是结果。我们看如果你把它分散进去了，这个60度的损耗因子，另外一种抗湿滑也比较高。另外60度的损耗因子也比较低，零度的话就是比较高。我就给大家说一下核心的点，就是说怎么把它分散出去。工业界的是不能用实验室做，这是一种400升的液体，400升的液体里面加入了这么大量的二氧化硅以后…很快就上来了。这个核心，我决不可能把…预先进行处理，价格这么贵，而且不适用，这个也没有卖。那么现在我们发展的基础就是…跟这个高黏度橡胶恰恰是利用了这个橡胶的高黏度来分散这个纳米二氧化硅。当然这个分散实际需要一个力量，前期我做了不少工作，大家从这个模型就看到了如果要分散纳米颗粒的时候，作用在纳米颗粒上这个粒它跟…很重要，在同样…反而越好。大家都知道你在不做处理的时候，实际纳米颗粒…分散不如在橡胶里好。在高黏度橡胶里面做，但是然后把偶联剂加进去维持一个合适的原理，让它边改进边分散，这就叫原位改进分散技术把这个问题就给解决了。那么从最终的情况看的话，这个的选择非常重要，它必须及时地传散热能，否则这个热量是非常高的。我们最后还采用另外一个技术叫…技术，就是其实…你控制不住这个东西。到了温度以后必须排掉，大家看这个温度区很