輪胎，作為機(jī)動(dòng)車唯一與地面接觸的部件，對(duì)機(jī)動(dòng)車的舒適性、安全性、制動(dòng)性等至關(guān)重要。充氣輪胎在日常行駛中經(jīng)常會(huì)遇到慢撒氣、扎胎、爆胎等問題，易引發(fā)安全事故等。開發(fā)不怕扎、不怕爆胎的免充氣輪胎一直得到國內(nèi)外輪胎企業(yè)的關(guān)注。2005年米其林公司推出了一款基于傳統(tǒng)子午線技術(shù)開發(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(wǎng)狀編制結(jié)構(gòu)的免充氣輪胎，2017年通伊歐公司發(fā)布了采用復(fù)合材料輪輻的免充氣輪胎Noair，最近，米其林公司展示了一種采用3D打印設(shè)計(jì)的具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的材料體系，在輪胎減震緩沖的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了免充氣，不過，與充氣輪胎相比，昂貴的價(jià)格、較高的噪音、較差的舒適性、易損的支撐結(jié)構(gòu)等問題限制了其大面積推廣。
2016年以來，隨著我國移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和共享經(jīng)濟(jì)的大發(fā)展，共享單車和共享電動(dòng)助力車成功解決了公眾短距離出行和公共交通接駁換乘的“痛點(diǎn)”，成為社會(huì)資本和大眾追逐的熱點(diǎn)。區(qū)別于政府主導(dǎo)的“公共自行車”，共享單車最大的特點(diǎn)是引入了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)概念，取用返還極其方便，不過，沒有固定的取還地點(diǎn)也導(dǎo)致共享單車的維護(hù)成本極高。車輛老舊、故障、損毀等卻得不到及時(shí)維護(hù)，推高了共享單車的運(yùn)營成本。輪胎作為共享單車重要的組成部分，影響了單車的舒適感（避震、低滾阻等）和安全性（止滑、轉(zhuǎn)向能力、剎車距離），因此，開發(fā)具有免維護(hù)、騎行好的單車用輪胎成為行業(yè)研究熱點(diǎn)。
中科院寧波材料所超臨界流體綠色加工團(tuán)隊(duì)在翟文濤、鄭文革研究員的領(lǐng)導(dǎo)下，多年從事聚合物熱塑彈性體和橡膠的微發(fā)泡研究，先后實(shí)現(xiàn)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)泡材料的制備和成型。2016年以來，中科院寧波材料所與我國輪胎龍頭企業(yè)“中策橡膠集團(tuán)公司”多次接觸，討論開發(fā)單車用免維護(hù)發(fā)泡一體胎的技術(shù)可能性，要求發(fā)泡一體胎在免充氣的同時(shí)具備輕質(zhì)、優(yōu)異舒適感、低滾阻、防滑、耐磨、防脫圈、低位移的特點(diǎn)。經(jīng)過多次技術(shù)研討和技術(shù)驗(yàn)證，2017年3月，雙方正式簽署技術(shù)合作開發(fā)協(xié)議。研究人員創(chuàng)新選用橡膠彈性體復(fù)合體系，采用射出發(fā)泡技術(shù)和創(chuàng)新模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過真空和流體輔助加工，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了橡膠彈性體體系的交聯(lián)和發(fā)泡，開發(fā)了發(fā)泡一體胎。如圖1所示，發(fā)泡一體胎為實(shí)心發(fā)泡輪胎，具有防扎、防爆的特點(diǎn)。相關(guān)技術(shù)已經(jīng)申請(qǐng)多項(xiàng)中國發(fā)明專利。
圖1. 中科院寧波材料所中策橡膠集團(tuán)合作開發(fā)的發(fā)泡一體胎
下表所示為發(fā)泡一體胎的理化性能及走形測(cè)試結(jié)果，所開發(fā)的發(fā)泡一體胎的密度僅為0.35~0.45g/cm3、DIN耐磨為80~90、具有優(yōu)異壓縮和彈性，長期耐溫可達(dá)70度，可以通過充氣輪胎的JIS走形模擬測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。中策橡膠設(shè)計(jì)了特殊的結(jié)構(gòu)定位單元，使發(fā)泡一體胎具有防脫圈和防位移的功能。現(xiàn)場(chǎng)騎行結(jié)果表明，新型發(fā)泡一體胎具有良好的舒適感和低的阻力，選用的新型橡膠彈性體體系使發(fā)泡材料具有優(yōu)異的耐紫外、耐臭氧、耐濕熱老化性能，這確保新型發(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(tuán)設(shè)計(jì)購置了一體胎發(fā)泡設(shè)備多臺(tái)，在前期測(cè)試的基礎(chǔ)上確定了合適的樹脂配方體系和加工工藝，實(shí)現(xiàn)了發(fā)泡一體胎的批量生產(chǎn)，開展并通過了部分終端客戶的性能評(píng)價(jià)。目前，中策橡膠集團(tuán)已經(jīng)形成了萬條/天的產(chǎn)能。
2017年8月以來，研究人員配合中策橡膠集團(tuán)設(shè)計(jì)購置了一體胎發(fā)泡設(shè)備多臺(tái)，在前期測(cè)試的基礎(chǔ)上確定了合適的樹脂配方體系和加工工藝，實(shí)現(xiàn)了發(fā)泡一體胎的批量生產(chǎn)，開展并通過了部分終端客戶的性能評(píng)價(jià)。目前，中策橡膠集團(tuán)已經(jīng)形成了萬條/天的產(chǎn)能。
圖2. 中策橡膠集團(tuán)批量生產(chǎn)的一體胎加工原料和發(fā)泡輪胎產(chǎn)品
研究團(tuán)隊(duì)選擇的橡膠彈性體發(fā)泡體系便于復(fù)配，這在賦予發(fā)泡材料優(yōu)異性能的同時(shí)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、耐溫等方面具有良好的拓展性，從而使發(fā)泡一體胎可廣泛應(yīng)用于單車、電動(dòng)助力車、平衡車、輪椅車、童車等低速兩輪車領(lǐng)域；所選擇的橡膠彈性體發(fā)泡體系便于染色，這賦予發(fā)泡一體胎材料豐富的色彩。
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