关于低碳经济下绿色轮胎的发展与展望

王伟 王君 徐伟 刘继发 张晨曦

摘要：本文介绍了各国轮胎相关标签法规，明确了轮胎绿色化设计的性能指标，对绿色轮胎的可行性技术途径进行了简单说明，对绿色轮胎发展过程中所面临的问题与挑战进行梳理，明确了推进绿色轮胎发展的着力点。

关键词：低碳经济;双碳目标;轮胎;绿色;低滚阻

作为我国“十四五”攻坚战的重要目标，“碳中和”、“碳达峰”被首次写入经济和社会发展的五年规划。低碳经济也真正作为一项历史任务被提上各行各业的发展议程。轮胎是汽车上重要的高速运转且唯一接触地面的零部件，其在汽车行驶过程中的能耗约占整车燃油耗的20%-30%，仅次于发动机，在减碳降耗方面义不容辞。

本文试图从乘用车轮胎角度出发，结合国内外近年提出的各类轮胎标签法规，通过归纳绿色轮胎的性能要求，对轮胎轮廓参数设计、结构设计、材料选择等进行简单探讨，并找出绿色轮胎发展过程中面临的问题与挑战。

1、各国关于绿色轮胎的相关法规

轮胎作为一种橡胶类化工产品，是汽车上的重要零部件，其对碳排放及环境的影响不容小觑。21世纪以来，以欧盟为代表的许多国家地区纷纷出台汽车及轮胎行业法律法规，以期对轮胎制造、使用及报废等作出一定约束，以降低轮胎全生命周期中造成的碳排放及环境污染。

1.1欧盟轮胎标签法

2006年以来，欧盟分别颁布了REACH法规（全名为《关于化学品注册、评估、许可和限制法规》）以及轮胎标签法等多项法规，并多次对各项法规要求进行补充完善。为达到欧盟法规要求，国外橡胶企业纷纷尝试新材料开发，禁用芳烃油、重金属等污染性极强的材料。欧盟标签法规将轮胎的滚动阻力、噪声值和湿地抓地性能等综合划分为7个等级，性能最佳的为A级，最差的为G级。轮胎标签发分阶段执行，并要求未达到最低限定级别的轮胎不得在欧盟境内销售。[1]

1.2美国轮胎标签法

2007年美国通过了含有轮胎标签规定的法律，目前行業团体和监管机构已对这一法律进行了修改。美国制定的新能源政策明确规定，2016年前平均每加仑汽油行驶里程必须达到35.5英里（即15.1km/L）。这意味着对轮胎的性能提出了更高的要求，而只有低滚动阻力轮胎才能满足这一要求。[1]

1.3日本轮胎标签法

日本从2010年实行自愿轮胎标签制度，并在2011年12月底涵盖所有适用的轮胎。日本轮胎标签法主要标示轮胎的滚动阻力和湿路面抓着性能等级。[2]

1.4韩国轮胎标签法

韩国28%轮胎销往欧盟地区，受欧盟轮胎标签法影响，韩国于2011年11月颁布了本国的轮胎标签法。该法规对轿车轮胎和轻型载重汽车轮胎的滚动阻力和湿路面抓着性能提出了明确的指标和分级标准，强制性要求轮胎制造商从2012年12月1日起将轿车轮胎和轻型载重汽车轮胎的燃油效率和安全性能信息以标签的形式予以体现，为轮胎消费者购买轮胎提供参考。目前韩国轮胎标签法对轮胎噪声没有提出指标要求。[2]

1.5各标签法对于性能的要求差异

通过对各国已实施的轮胎标签性能进行梳理如表1，全部法规均对轮胎湿路面抓着性能以及滚动阻力性能提出分级要求。欧盟及中国等部分国家对轮胎噪声等级提出要求，占据调查法规总数的45%，考虑欧盟标签法在轮胎行业较高的认可度，噪声等级的实际需求可能高于这一比例。美国标签法单独对轮胎磨耗性能提出要求，轮胎可行驶里程数的提升，也可有效降低轮胎全生命周期中的平均碳排放量。

2、目前轮胎绿色化常见的实现途径

2.1常规轿车轮胎设计

从法规来看，降低轮胎滚动阻力，提升轮胎干湿地操控性能，降低轮胎行驶过程中产生的噪声并同时确保轮胎磨耗达到一定标准，方可实现理想绿色轮胎的设计。而实际上，减小轮胎滚动阻力是最为切实可行的绿色轮胎设计途径。

轮胎滚动阻力引发的耗油量占汽车总耗油量的14.4%，而仅由胎面产生的滚动阻力就占轮胎滚动阻力的49%，其他部件的滚动阻力占轮胎滚动阻力的比例分别为：胎侧14%、胎体11%、胎圈11%、带束层8%、其余部件7%。由胎面直接造成的耗油量约占汽车总耗油量的7.1%[2]，要设计出滚动阻力低且抗湿滑性能良好的轮胎首先要从胎面入手。轮胎的胶料配方、轮廓设计、胎面花纹设计、轮胎成型结构及骨架材料都会对轮胎的滚动阻力产生影响。

从选择最优的胶料配方组合、改进胶料配方着手，辅以去除各半部件过盈设计厚度，优化轮胎设计轮廓以及通过调整工艺参数改善充气轮廓等结构设计手段，来达到降低轮胎滚动阻力的目的。FEA仿真分析等最优化计算方法为轮胎轮廓及结构设计筛选出最佳实现路径，聚合物分子定向设计等技术成果的推出为胶料配方设计开辟了新的方式，这些成果都将加速绿色轮胎的开发进程。

2.2新能源汽车专用轮胎设计

受世界范围内环保政策促进，新能源车行情走高，各大轮胎企业竞相推出新能源车专用轮胎，普利司通公司宣布将在2030年之前，把新销售的九成汽车轮胎改为面向纯电动汽车，足见新能源汽车在未来轮胎行业中无可替代的地位。相比传统燃油汽车，电动汽车在轮胎的耐磨性、噪音控制以及对整车续航和操控的辅助上都提出了更为精细化的要求。

在对新能源专用轮胎进行设计时，可通过对轮胎轮廓设计，结构设计及胶料配方三方面进行一定调节。轮廓设计方面，通过增大胎面弧半径使胎面更平坦，兼顾轮胎的操控性及舒适性，圆滑的胎肩曲线可优化轮胎的噪声，较小的行驶面弧高还可提升轮胎的磨耗性能，花纹主沟深度减小可提高花纹块刚性，提高轮胎的滚动阻力。结构设计方面，使用高强度帘线或聚酰胺尼龙混编帘线，计算选择最优形状的三角胶芯，去除结构中冗余的材料，提升轮胎总体的刚性及滚阻表现。胶料配方设计方面，通过降低填料用量、采用低比表面积填料和填料并用体系、在NR胎面胶中加入大量白炭黑、采用胶乳-白炭黑共沉母胶[3]等方法，可在一定程度上达到降低滚动阻力的效果。

3、绿色轮胎发展中所遇到的问题

近年来，国内轮胎企业由于国外轮胎标签法和市场的压力开始试制和生产绿色轮胎，但发展较为缓慢。部分绿色轮胎开发以牺牲轮胎耐磨性能为代价换取低滚动阻力[4]，虽然标签性能优异，却由于耐磨性能不足而较难投放市场。

在滚阻、湿滑、噪声及磨耗性能均达标的情况下，绿色轮胎生产成本比普通子午线轮胎高出15%以上，且这些成本多体现在社会效益方面，如降低噪声和减少轮胎磨损污染物扩散等，消费者直接感受到的益处不多[5]，因此对绿色轮胎的的使用积极性并不高。部分外国轮胎公司制造的绿色轮胎逐渐进入中国市场，产品亦少人问津[6]，较低的市场需求又使得国内轮胎企业在绿色轮胎开发方面动力不足。

新能源汽车载重大、加速快，且无发动机的引擎噪声，这对绿色轮胎提出更高的要求，较普通燃油车更大的重量，更大的起步及加速扭矩，更低的輪胎噪声，这些新能源车的共性对轮胎提出很高的要求，这对于轮胎的综合性能是非常大的考验。

实现绿色轮胎尤其是新能源汽车专用轮胎的普及化还有很长的路，这要求我们具备大量绿色轮胎原创研发技术探索、制造精度、智能化程度等的提升，测试方法及设备研发使用等，这也迫使我们在新材料研发、仿真数据测算及优化、设备研发等方面作出更多探索。

4、结束语

我国汽车行业计划2028年先于总体实现提前碳达峰目标，轮胎作为汽车第二大耗能零部件，其绿色化发展及普及化完全符合双碳目标政策方向。发展绿色轮胎势在必行，其也将带来轮胎产业的又一次升级换代。

参考文献：

[1]郭鹏，赵文权，吴刚.我国绿色轮胎的发展现状[J].化工环保，2014，34（4）：332-335.

[2]苏博.全球轮胎标签制度现状[J].橡胶科技，2017，15（4）：5-10.

[3]Wang M J.Effect of Polymer-Filler and Filler-Filler Interactionson Dynamic Properties of Filled Vulcanizates [J].Rubber Chemistryand Technology，1998，71（3）：520-589.

[4] Wang M J.Effect of Filler-Elastomer Interaction on Tire TreadPerformance.Part III.Effect on Abrasion [J].Kautschuk GummiKunststoffe，2008，61（4）：159-165

[5]中国橡胶工业协会轮胎分会秘书处.我国轮胎工业的现状和绿色化发展[J].橡胶科技，2016，14（10）：5-10.

[6]王梦蛟.绿色轮胎的发展及其推广应用[J].橡胶工业，2018，65（1）：105-112.

作者简介：王伟，1990年9月，女，汉，山东德州，结构工程师/中级工程师，研究生，研究方向：轮胎结构设计。