隨著未來(lái)汽車向自動(dòng)駕駛和數(shù)字連接方向發(fā)展，承載這些車輛的輪胎也有望提升其智能化和電子化水平。然而，輪胎的螺母和螺栓——它們的化學(xué)和物理構(gòu)成——也可能會(huì)通過(guò)新材料和組合物而發(fā)展。

材料科學(xué)是輪胎開(kāi)發(fā)的一個(gè)領(lǐng)域，該行業(yè)近年來(lái)表現(xiàn)出了令人難以置信的獨(dú)創(chuàng)性和毅力。雖然石油、鋼鐵和各種纖維將繼續(xù)用于輪胎的成分，但許多替代品——大豆、蒲公英、西紅柿、苔蘚等等——正在研究并用于未來(lái)可能的產(chǎn)品。

對(duì)于輪胎工程師來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)值得驕傲的時(shí)刻，因?yàn)檎Q生于化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的材料技術(shù)一路走向商業(yè)化并在新產(chǎn)品中實(shí)施。獨(dú)特的突破性材料有助于推動(dòng)特定公司或整個(gè)輪胎行業(yè)的積極發(fā)展，但事實(shí)仍然存在——含有值得注意的成分的輪胎仍必須具有同等或更好的性能水平。

輪胎中獨(dú)特材料的一個(gè)更重要的例子是固特異在豆油方面的工作。它代表了替代輪胎中石油基油的一個(gè)重要里程碑，并提供了一個(gè)強(qiáng)有力的可持續(xù)性和科學(xué)故事，有助于減少不可再生石油基產(chǎn)品的使用。

該公司與聯(lián)合大豆委員會(huì)合作推進(jìn)該項(xiàng)目，使其不僅僅是一個(gè)愿景;固特異在市場(chǎng)上有多種含有大豆油的消費(fèi)輪胎，并計(jì)劃將該技術(shù)擴(kuò)展到其他領(lǐng)域。

二氧化硅在輪胎中的廣泛使用，現(xiàn)在非常普遍，隨著替代原材料的另一個(gè)例子而擴(kuò)大。由大米加工的副產(chǎn)品殘留稻殼灰制成的二氧化硅產(chǎn)品可以提供與砂基二氧化硅相似的性能。生物基來(lái)源有助于減少進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)的廢物，并且已經(jīng)由固特異和稻殼灰二氧化硅加工商帶頭努力。最近，像這樣的努力讓固特異開(kāi)發(fā)了一種由 90% 的可持續(xù)材料組成的示范輪胎。

與炭黑一樣基本的輪胎組件也正在研究中。回收的炭黑為減少該行業(yè)對(duì)石化產(chǎn)品的依賴提供了機(jī)會(huì)，米其林和普利司通已聯(lián)手圍繞這種可能性達(dá)成共識(shí)。

兩家公司認(rèn)為，可以通過(guò)回收輪胎中的部分材料來(lái)替代部分傳統(tǒng)炭黑。他們概述了一條可能重復(fù)利用輪胎和其他橡膠產(chǎn)品中的炭黑的途徑。

通過(guò)回收炭黑和其他舉措，米其林證明了使用可持續(xù)材料生產(chǎn)輪胎的能力。該公司聲稱今年已在其部分摩托車輪胎中使用 40% 或更多的可持續(xù)材料整合。這推動(dòng)米其林朝著其目標(biāo)邁進(jìn)，即到 2030 年在其所有產(chǎn)品系列中平均使用 40% 的可持續(xù)材料。

普利司通也通過(guò)在賽車輪胎中使用銀膠菊，在實(shí)際輪胎中使用了突破性材料。某些比賽輪胎使用替代天然橡膠，由生長(zhǎng)在美國(guó)西南部的耐熱沙漠灌木制成。

普利司通認(rèn)為，銀膠菊橡膠有可能產(chǎn)生持久的經(jīng)濟(jì)影響，可以減少能源消耗，并帶來(lái)與運(yùn)輸海外采購(gòu)的天然橡膠相關(guān)的其他環(huán)境效益。在 2012 年啟動(dòng)銀膠菊計(jì)劃后，該公司繼續(xù)將資源投入銀膠菊研究和商業(yè)化。

另一種作為輪胎材料替代品而受到廣泛關(guān)注的有趣植物材料是俄羅斯蒲公英，被稱為 TK 物種。多年來(lái)，各種輪胎公司和公私合作伙伴關(guān)系在這項(xiàng)技術(shù)上取得了進(jìn)展。

Continental Tyre 和 Apollo Tyres 都使用蒲公英橡膠制造自行車輪胎。阿波羅參與了一個(gè)歐洲財(cái)團(tuán)，該財(cái)團(tuán)于 2014 年開(kāi)始建立蒲公英橡膠的生產(chǎn)鏈，從植物的種植開(kāi)始。

大陸集團(tuán)已與多家組織合作生產(chǎn)和測(cè)試胎面由 100% 蒲公英天然橡膠制成的輪胎。該公司相信它可以在 10 年內(nèi)制造基于蒲公英的消費(fèi)輪胎，并報(bào)告了蒲公英卡車輪胎的“有希望的”測(cè)試。

挑戰(zhàn)在于種植、種植和收獲足夠的 TK 種蒲公英乳膠，以產(chǎn)生合理的影響。優(yōu)點(diǎn)很明顯;橡膠樹(shù)通常需要七年才能生產(chǎn)出橡膠生產(chǎn)所需的乳膠，但蒲公英每六個(gè)月就可以收獲一次。它們也能適應(yīng)其他氣候，而橡膠樹(shù)只能在赤道周圍被稱為“橡膠帶”的地區(qū)茁壯成長(zhǎng)。

全球模型顯示，市場(chǎng)對(duì)天然橡膠的需求將超過(guò)生產(chǎn)能力，這將導(dǎo)致原材料價(jià)格波動(dòng)和潛在短缺。

這一發(fā)現(xiàn)引起了美國(guó)政府的注意，并開(kāi)始支持蒲公英橡膠的研究。固特異于 2022 年初宣布與美國(guó)國(guó)防部和空軍研究實(shí)驗(yàn)室合作開(kāi)發(fā)蒲公英橡膠的國(guó)內(nèi)來(lái)源。該協(xié)議與天然橡膠相吻合，天然橡膠被歸類為“戰(zhàn)略原材料”，是軍用、飛機(jī)和卡車輪胎的關(guān)鍵成分。

目標(biāo)是使用蒲公英橡膠制造軍用飛機(jī)輪胎，這些輪胎將由固特異與俄亥俄州賴特-帕特森空軍基地合作制造和測(cè)試。如果額外的測(cè)試產(chǎn)生良好的結(jié)果，蒲公英橡膠就有可能用于所有輪胎應(yīng)用。

在其他地方，明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究人員正在研究一種用樹(shù)木和草生產(chǎn)汽車輪胎的技術(shù)。該項(xiàng)目涉及制造異戊二烯(一種天然橡膠單體)的化學(xué)過(guò)程，該大學(xué)聲稱從樹(shù)木和草中生產(chǎn)生物質(zhì)在外觀和性能方面與目前的輪胎相同。許多輪胎公司也在異戊二烯替代領(lǐng)域開(kāi)展工作。

作為公私合作的另一個(gè)例子，住友橡膠工業(yè)公司正在與日本的兩所大學(xué)合作，以提高天然橡膠產(chǎn)量和新的天然橡膠品種——通過(guò)一種從西紅柿中提取的酶。該公司于 6 月在德國(guó)舉行的國(guó)際橡膠大會(huì)上宣布了這一消息。

對(duì)于輪胎材料領(lǐng)域更極端的想法，請(qǐng)考慮固特異近年來(lái)在日內(nèi)瓦車展上展示的未來(lái)概念。這包括“Oxygene”，這是一種由回收的輪胎灰塵制成的 3D 打印輪胎，胎壁上有活苔蘚;“reCharge”，它使用可再生胎面的可更換膠囊;以及“Eagle 360 Urban”，這是一個(gè)由仿生皮膚和變形胎面制成的球體。

這有很多要掌握的。

展望未來(lái) 10 年或更長(zhǎng)時(shí)間，輪胎性能標(biāo)準(zhǔn)將是最重要的，相同的項(xiàng)目——滾動(dòng)阻力、重量、全季節(jié)與冬季抓地力、抗穿刺性、胎面壽命——將很重要。是的，性能預(yù)期正在增加，沒(méi)有任何取舍，但輪胎制造商通過(guò)創(chuàng)造性的方式推進(jìn)材料科學(xué)，走在了潮流的前面。