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国家橡胶与轮胎工程技术研究中心首席顾问许叔亮《液体黄金的创新技术对物流运输业的贡献》


日期:2022-08-29
来源:中交协物流技术装备委
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国家橡胶与轮胎工程技术研究中心首席顾问许叔亮
非常高兴能有这个机会在这么大的平台上讲讲轮胎,今天物流运输当中是一个小众团体,但轮胎又是非常重要的,我将通过今天的演讲传达两点:
    第一,轮胎是可移动性、安全性、经济性有所了解,但很多人不知道这个轮胎对于可持续发展,特别是节能减排、双碳具有非常重要的作用。
    第二,非常高兴地向大家推介在液体黄金这项新技术对物流运输的一些重要角色,因为轮胎已经百年了,创新技术难能可贵,且中国的轮胎行业的发展基本以模拟为主,有原创的技术非常难能可贵,下边我就将这一点给大家讲一讲。
    谈到这一点,就必须得回忆一下在轮胎的发展当中有四个重要节点,第一是1888年的斜交充气轮胎,第二是子午线轮胎,80%-90%的轮胎仍沿用这个技术。第三是绿色轮胎技术,第四是今天我要讲的中国近来研发的液体黄金技术。前两项主要是在轮胎的结构方面提高了车辆的驾驶性、愉悦性,后两项均属于材料领域里边的革新,对于社会的可持续发展有着重要的贡献。
    现在我们想轮胎和汽车,因为轮胎与汽车是没有什么用的,轮胎只有靠汽车,促进汽车的发展,刚才我们提到的四项发明是里程碑式的研发。
    第一,我们再谈一谈斜交轮胎,其作用就是在车辆的发动机被奔驰集团研发出来,第一次邓禄普先生沾在了战国时期的车轮上一样,这个简单的东西可以让车辆从十几公里跨越到七八十公里的伟大贡献。第二是1945年由米其林公司发现的子午线轮胎,从斜交变成子午线,这样变化可以让轮胎将速度从四五十公里跨越到百公里之上,安全性与节油性也大大地提高。
    关于绿色轮胎,目前所有的轮胎都是沿用了这样一项技术,它的出现是在80年代全球的石油危机,有些科学家非常惊叹地下的石油还能再延续50-70年,当时镇静了整个汽车界,所有的汽车界包括燃油的零部件将地下储油50-70年省一点用,可以用到200-300年,这时当时的初衷。
    米其林公司在这个基础上发明了绿色轮胎,在性能改变的情况下,节油效果非常好,湿地抓地效果也非常好,但有两个遗憾,一个是磨耗下降了20%-25%,二是不能用于今天的商用车和卡车,但绿色轮胎仍被称为世界上第三大里程碑式的发明。第四是液体黄金,2015年由中国怡维怡香樟研究院发明的,完成基础科研,并且完成了大规模的生产与制造的技术,全面地提升了轮胎的性能。
    什么是液体黄金?我用简单的东西跟大家介绍一下,液体黄金实际就是在轮胎很重要的聚合物和填料,另外是橡胶/填料复合材料,采用世界上首创的化学炼胶新工艺制造而成,因其性能优异,在2016年被欧洲橡胶期刊誉为液体黄金,而且液体黄金技术助力中国轮胎技术走向世界一流。
    这是当时会议的发布,这是突破性的混黏技术让轮胎的性能得到极大的得到。
    从高分子材料来分析,第一是材料特性上,它就是聚合物与填料之间的作用非常强;第二,填料和填料之间的结合比较弱,这些都是技术术语,懂高分子的都懂得这一项。另外是材料分散比较优异,聚集少。胎面胶特性,Tan@60摄氏度低,T300/T100高,第三是硬度低,所以噪音非常低,舒适性大大提高,让这些司机们用到这个液体黄金的时候在路上行走的舒适性可以明显地感受到。
    最后转到轮胎的特性,那就是滚动阻力低,耐磨性好,抓地性好,同时噪音和舒适性好。
    再讲讲为什么是这样的性能,可得益于其优异纳米级的白炭黑在聚合物中充分均匀的分散,其他的性能基本来自于这一点。
    这个图上,左边的图是目前最好的绿色轮胎白炭黑和聚合物之间的混合的状态,它仍然有5.7%的东西没有分散开,而液体黄金没有分散的只有0.4%,这一点在技术上是一个重大突破,所有的性能都与此相关。
    (图)这是通过透射电镜观察到的图。
    它的滚阻比较好,在O度的情况下,越高抓地力就越好。
    (图)左边是压缩疲劳生热,生热低就说明轮胎在运行当中每一个循环的温度上升得比较低,所带来的耐久性比较好,质量体现的问题大幅减少。
    还有T300/T100,这些详细指标都能表达这些轮胎的特性来自于材料,得益于这些材料优异的基本科学性能。
    这个东西最后我们总结一下,在轮胎里边,他有一个魔鬼三角的词,在滚阻、磨耗以及湿地制动,按照传统不可兼得,你提高了一个,另外一个或两个势必下降,但液体黄金打破了这个魔咒,它可以让这三项性能同时得以提高,可以看到这张图里面黑色的就是传统的炭黑,还在用,但越来越少了。
    在未来不长的时间内,我们相信液体黄金这个大的三角已经覆盖了所有的东西,这是代表世界上最先进的轮胎技术会对汽车业做出巨大的贡献。
    为什么说液体黄金技术突破了这个瓶颈,使国产的性能达到世界领先水平,根据多年的设计经验,由这张图可以说明,因为轮胎的性能可以分成三大类,最左边的滚阻磨耗与抓地,还有操控、舒适和噪音,还有雪地、冰地等,从轮胎的设计参数、占比,轮胎的材料对于滚阻磨耗抓地的贡献占了70%,结构设计仅占30%,你有这个材料和没有用这个材料马上就会丢失性能上的优势。雪地与冰地、舒适性、操控性正好反过来,国内在设计上有很大的提高,特别是在新能源电动车、商用性的要求,没有像赛车那么严格,所以有了液体黄金以后,可以让国产的平台逐渐达到和超越世界一线水平。
    液体黄金能为汽车性能做什么?第一点,滚阻很明显,大大降低,使汽车节能/节电环保,减少排放,提高续航里程及经济性。湿抓完全是提高安全性,操控性、舒适性,由于连续液体黄金的硬度比较低,比平常的低8-10度,这就带来优异的舒适性,就像一个胎面在高速下敲,一个软一点的,发出的声压会比硬的东西低不少。 最后是磨耗,其磨耗非常优异,让它的磨消非常优异。
    再讲一讲物流上关心的,我们的燃油去驱动汽车,风阻占40%,车辆的机械阻力占25%,轮胎占到了35%,我刚才在一开始说到有很多人不明白的道理,实际上在一个车里边花费到轮胎上去了,轮胎的好坏以及液体黄金能帮助做到贡献的恰恰都在这一点。
    以目前运输车辆80%以上使用D级轮胎,行驶里程按40万算,单车节油使用液体黄金轮胎单车可以使用2.4万升,且经济价值可以节省接近于16万元,将运输轮胎换成液体黄金,仅仅换成一项,前面两个要对比一线品牌的顶级轮胎和国内二线轮胎,现在对比80%的轮胎的效果非常明显。
    第二个特点,液体黄金的受热非常低,左图的滚阻比较高的是在运行当中的生热就是用红外来看图像是红色的,低滚阻轮胎的温度比较低,在车辆行驶过程当中,液体黄金轮胎比普通轮胎要低10度,同样的载荷在跑,而且爆胎的事故也会大大减少,肩空肩裂也会减少60%-70%。
    下面是液体黄金轮胎做出轮胎以后在世界各地的第三方进行了认证,因为我必须得经过严格的考验,不仅是材料,而且是要做出第三方权威的测试。
    这是我们在欧洲的标签法全轮轴拿到了证书。
    这是在中国国内大规模地展开各种陆试,要测试液体黄金轮胎在各种路面上的行驶与表现,从这里可以看出,这在当时是从青岛到银川来回找了不同的轮胎,国际品牌、国内顶级品牌和液体黄金轮胎相比,平均百公里节省油耗7.96升。 其经济价值,懂物流的人就可以容易地计算出来了。
    温度测量,液体黄金轮胎在行驶过程当中稳态温度比普通的友商低5.4度,这对于长期行驶的轮胎大大降低了轮胎破坏的可能性,因为轮胎如果是做得再结实,温升太高的话,对于轮胎的破坏性有极大的影响。
    这是现在大规模的在全国各地做路试,而且邀请很多车队,甚至用了一个词就是所谓的对赌协议,我保证百公里比你现在用的轮胎节油多少,里程多少,如果不能,这个轮胎就免费给你了,由于要克服国产品牌轮胎的品牌力不足,但产品力极强的商业操作模式,大家认定这个东西,做了很多这样的试验。
    我们现在分析一下节油带来的经济效益和社会效益,液体黄金我们拿12R最普通的轮胎换成A级,按照年度行驶里程20万公里,单车就节油1.4万L/车,节油金额9.2万/车。社会效益,液体黄金同样的轮胎,同样行驶20公里可以减少排放37.6万吨,每升油向空气当中释放2.45公斤的二氧化碳排放,如果年度销量按照500万计的话,全部用液体黄金轮胎可以减排855万吨,对中国的双碳目标会起到很大的作用。这个我们也向政府有关部门去推进,轮胎可以做大事情。
    我们也在纯电动的巴士广州做了这种实验,这个结果可以节省电耗,因为两种车的油耗和电耗,由百公里的52.5度下降到45.34度电,什么都没动,同样的车,同样的条件就是换轮胎,在座的物流部门,如果想省钱就可以试一试。
    同样节油带来的潜在经济效益和社会效益,用245/70R19.5规格轮胎进行代替,如果行驶15万公里可以节省10740度电/车,车在不停地跑,所以累计起来的数字不可小看,而且可以节省电量10310元/车,按照中国客车保有量70万辆,公交车全部使用液体黄体轮胎每年可以节约51度电,减少二氧化碳排放近500万吨,对中国的双碳,这两个例子,一个是燃油车,一个是电动车,同样做的实验,由实验数据来进行证明。
    下面是轮胎的耐磨性,这里做了大量的实验,在美国、日本、韩国以及欧洲都做过实验,得到了好评,其磨耗比普通轮胎,不光节油,这是在青岛山东地区做的实验,预期里程为35.6万公里,友商轮胎是22万和27万公里。
    另外我们将轮胎进行严格的湿地抓地,所有的轮胎利用液体黄金都可以达到最高级别湿地抓地的A级。
    刚才谈到舒适性相关的,在车辆里边,无论是轿车还是卡客车,有一个很重要的测试就是通过噪音,如果你的车辆有这样的问题,换了液体黄金以后可以减少2个分贝,通过很多实验来证明这个问题。
    最后,轮胎对社会环保的作用,液体黄金的主要用料是白炭黑,因为社会上很多文章都在批评轮胎大批量的物流造成了轮胎的磨耗,颗粒跑哪儿去了,很多文章没有证明,但指向轮胎颗粒造成了人的气喘、肺病,以及对海洋生物的影响,都需要进行纠正,用了白炭黑,这就是二氧化硅,取之于土,还之于土,这在环境保护当中非常重要的,并且对长期的可持续发展起到非常重要的作用,上面几点证明了这项发明将对世界的轮胎界起到非常重大的作用,液体黄金创新技术会开创轮胎工业的新未来,谢谢大家!