【正文】 礎(chǔ)上的熵彈性解釋 ,其彈性來自交聯(lián)點(diǎn)橋鍵的各向同性構(gòu)象記憶。由于網(wǎng)絡(luò)中鏈段的有序性 ,變形過程中 ,鏈段運(yùn)動(dòng) 中列出了交聯(lián)度對(duì)材料性質(zhì)的影響以及用途。根據(jù)杜仲膠硫化過程中的臨界轉(zhuǎn)變及交聯(lián)度控制的三個(gè)階段 ,可制備出三大類不同用途的材料應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。 表 51 EUG三種交聯(lián)階段性狀及應(yīng)用 杜仲膠的開發(fā)應(yīng)用前景 我國(guó)是橡膠消費(fèi)大國(guó) ,橡膠消費(fèi)量已連續(xù) 5 年居世界首位 , 其中天然膠進(jìn)口依存度達(dá) 70%以上 , 消費(fèi)量和進(jìn)口量均占世界總量的 20%以上。然而我國(guó)橡膠資源僅占世界總資源的不到 10%。我國(guó)可種植杜仲面積占全世界的 96 % ,原料資源具有壟斷性優(yōu)勢(shì) ,提煉 EUG技術(shù)專利權(quán)也為我國(guó)所有 [ 528 ] ,并已開發(fā)出部分橡膠制品 [ 9217 ] 。因此 , 研究開發(fā) EUG, 形成 EUG 的批量生產(chǎn)和應(yīng)用 ,可開辟新的天然橡膠資源。將 EUG應(yīng)用到輪胎生產(chǎn) ,不僅可順應(yīng)國(guó)際上以反式 21, 4 結(jié)構(gòu)橡膠為主 , 發(fā)展長(zhǎng)壽、安全、節(jié)能綠色輪胎的趨勢(shì) ,還可為天然膠資源貧乏的中國(guó)提供來源充足穩(wěn)定的新的后備膠種。 蒲公英橡膠 又稱青橡膠草橡膠和橡膠草橡膠。一種天然橡膠。由草本植物青膠蒲公英的膠乳制得。該橡膠草性耐寒，原產(chǎn)前蘇聯(lián)。生膠集中于根部皮中的乳汁內(nèi)，約占 8%~10%。工業(yè)用生膠，一般含橡膠烴 80%~86%、樹脂 10%~11%，鐵和錳較高。易老化，貯藏前應(yīng)先加入防老劑。加熱易軟化。粘性高。可溶于天然橡膠的普通溶劑中。其硫化膠的物理化學(xué)性質(zhì)近于煙片膠，但耐熱性和定伸強(qiáng)度很低。 蒲公英橡膠草特點(diǎn) 理想的橡膠植物應(yīng)該具備一年生、生長(zhǎng)迅速、橡膠產(chǎn)量大的特征，以應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求。蒲公英橡膠草可以滿足要求， 前蘇聯(lián)當(dāng)時(shí)蒲公英橡膠草每公頃橡膠最大產(chǎn)量為 200kg，美國(guó)為 110kg，中國(guó)為 100kg。蒲公英橡膠草還具有較強(qiáng)的生長(zhǎng)能力，能夠生長(zhǎng)在寒冷的地區(qū)，如西北、華北和東北地區(qū)，可以產(chǎn)生良好的種子，容易種植，并且具有較強(qiáng)的抵抗病菌和害蟲的能力。 與橡膠樹相比，蒲公英橡膠草是當(dāng)年即可收 獲提膠的植物，產(chǎn)膠周期短，且橡膠質(zhì)地較輕；橡膠樹必須人工割取膠乳，而蒲公英橡膠草不僅可以密集種植，收割也可實(shí) 現(xiàn)自動(dòng)化，使其能在短期內(nèi)獲得較大產(chǎn)量； 另外，由傳統(tǒng)橡膠樹橡膠制成的手套等產(chǎn)品會(huì)引起一些人身的過敏反應(yīng)，而蒲公英橡膠草橡膠的生物相容性較強(qiáng)，是一種抗過敏性橡膠。 蒲公英橡膠草橡膠的結(jié)構(gòu)與性能 蒲公英橡膠草橡膠的結(jié)構(gòu)與巴西橡膠樹橡膠相似，同為順式聚異戊二烯，但存在形式有很大差別。巴西橡膠樹橡膠主要為儲(chǔ)存于膠管之中的膠乳，而蒲公英橡膠草的膠管中只含 50%以上的膠乳， 其他為儲(chǔ)存在植物組織中的固體膠絲，膠乳與固體膠絲的比例隨季節(jié)、氣候、種植條件以及生長(zhǎng) 時(shí)間不同而有所差異。 等的研究表明， 蒲 公英橡膠草部分橡膠的基因與巴西橡膠樹橡膠相同，同為順式聚異戊二烯，橡膠草橡膠的重均相對(duì)分子質(zhì)量可達(dá) 218萬，數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量達(dá) 121萬，相對(duì)分子質(zhì)量分布指數(shù)為 。 等提取并表征了產(chǎn)于哈薩克斯 坦和烏茲別克斯坦的橡膠草橡膠， 其重均相對(duì)分子質(zhì)量均為 180萬，數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量均為 120萬，相對(duì)分子質(zhì)量分布指數(shù)為 ，凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 ~，樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 ~。 在性能方面，蒲公英橡膠草橡膠制成的輪胎能夠達(dá)到三葉橡膠輪胎同等水平。將蒲公英橡膠草橡膠制成成 品瓶塞、商標(biāo)、鞋跟以及橡皮圈，發(fā)現(xiàn)其生膠因含樹脂以及油脂較多，質(zhì)地柔軟，需要多加硫黃和氧化鋅以增加硬度；其次其生膠提取時(shí)雖為金黃色，但由于雙鍵被氧化，置于空氣中時(shí)又呈黑色。此外，有實(shí)驗(yàn)室報(bào)告稱橡膠草橡膠制成的輪胎彈性比銀膠菊橡膠輪胎好，與巴西橡膠樹橡膠輪胎相同 . 蒲公英橡膠草橡膠的提取 (1)膠乳提?。ɑ旌戏ǎ? 等采用 Cnish銀色橡膠菊膠乳的混合法進(jìn)行蒲公英橡膠草膠乳的提取，將 4℃藏 2d的新鮮草根切成 ， 3min之內(nèi)放入裝有緩沖液（亞硫酸鈉體積分?jǐn)?shù)為 ，氨體積分?jǐn)?shù)為 的韋林氏攪拌器中攪拌 30s，然后用孔徑為 1mm、不帶濾紙的布氏漏斗進(jìn)行慢速過濾，離心分離后，收集表層膠乳。結(jié)果表明，混合法提取率較高，但由于提取過程中根渣較小，容易污染生膠，因此需要過濾純化等后續(xù)處理。 等還采用了前蘇聯(lián)科學(xué)家提出的橡膠草膠乳提取流動(dòng)法進(jìn)行提取，將 4℃冷藏 2d的新鮮草根切成直徑為 ， 3min之內(nèi)放入低溫緩沖溶液（亞硫酸鈉體積分?jǐn)?shù)為 ，氨體積分?jǐn)?shù)為 ，酪蛋白體積分?jǐn)?shù)為 ）中，室溫下震蕩 30min，離心 分離后，即可抽取表層油脂狀膠乳。流動(dòng)法會(huì)存留 10%的膠乳于根中，提取時(shí)間相比混合法較長(zhǎng)（ 60min），但是因提取過程中根層厚為 ，提取的膠乳不含組織殘?jiān)?，不需要進(jìn)一步過濾，且所提取的膠乳因?yàn)闆]有原纖維的污染而十分純凈，也省去了純化一步，因此認(rèn)為流動(dòng)法更適于工業(yè)生產(chǎn)。 簡(jiǎn)介 綠色輪胎的特點(diǎn)是同時(shí)具有低滾動(dòng)阻力、高抗?jié)窕约案吣湍バ?。綠色輪胎技術(shù)包括結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)、原材料選擇及配合、成型加工等方面。對(duì)綠色 輪胎的總體要求是節(jié)能、安全、耐用。其中，降低 滾動(dòng)阻力并保證抗?jié)窕阅芰己檬?對(duì)綠色輪胎最基本的要求，而這與輪胎胎面膠的結(jié)構(gòu)組成密切相關(guān)。本工作從綠色輪胎胎面膠的基本性能要 求出發(fā)，對(duì) 近年來國(guó)內(nèi)外綠色輪胎胎面膠配方的 研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，并加以分析討論。 綠色輪胎的特點(diǎn) 滾動(dòng)阻力、抗?jié)窕约澳湍バ员环Q為輪胎的三大行駛性能，它們之間相互影響、相互制約。為降低輪胎的滾動(dòng)阻力，要求胎面膠的滯后損失和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低；玻璃 化轉(zhuǎn)變溫度的高低還可反映磨耗性能的優(yōu)劣以及輪胎在冬季使用的適 應(yīng)程度；為提高濕抓著性，要求胎面膠的滯后損失大，這對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力有很大的影響 。因此， 輪胎的滾動(dòng) 阻力、濕抓著性和耐磨性三者之間達(dá)到理想平衡顯得尤為關(guān)鍵。國(guó)外許多學(xué)者通過大 量研究，已經(jīng)從理論上找到了解決濕抓著性和低滾動(dòng)阻力相互矛盾的辦法。研究表明，輪胎的滾動(dòng)阻力主要是由輪胎膠料的動(dòng)態(tài)變形和輪胎本身的質(zhì)量引起的 ；在較低溫度 (一 20— 20oC)下具 有較高的損耗因子，且在較高溫度下 (50— 70oC)具有較低 tan6的胎面膠，同時(shí)具有低滾動(dòng)阻力和良好的抗?jié)窕阅??？梢?，有關(guān)輪胎的滾動(dòng)阻力、抗?jié)窕耘c tan溫度和頻率之間的關(guān)系等方面的研究成果，對(duì)于輪胎胎面膠的制備和綠色輪胎技術(shù)的發(fā)展有明顯的實(shí)踐指導(dǎo)意義 。 高環(huán)保 傳統(tǒng)輪胎由于添加了有致癌作用的橡膠配合劑，它們隨著胎面磨損散發(fā)在空氣中，嚴(yán)重污染了環(huán)境，同時(shí)世界上每年有數(shù)億條輪胎被廢棄，它們不但占據(jù)大量空間，而且難以分解，對(duì)環(huán)境造成了極大威脅，被人們稱為 “ 黑色污染 ” 。隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高，在繼續(xù)努力降低滾動(dòng)阻力的同時(shí)，已開始重視使用不污染環(huán)境的材料制造輪胎，而且努力延長(zhǎng)輪胎的行駛里程，以減少?gòu)U舊輪胎的數(shù)量。在大量的汽車使用綠色輪胎以后，對(duì)節(jié)油和減少污染產(chǎn)生巨大作用。綠色輪胎的廣泛應(yīng)用將為全球每年節(jié)省數(shù)百萬桶石油，并顯著減少 CO的排放量。 低消耗 習(xí)慣使用的黑色輪胎是以標(biāo)準(zhǔn)的合成橡膠和天然橡膠制成的，在汽車行駛溫度升高的條件下，其防護(hù)材料的結(jié)構(gòu)和性能都發(fā)生改變，同時(shí)車輪滾動(dòng)的阻力也在增加。綠色輪胎與普通輪胎相比，減輕了輪胎重量，減少了復(fù)合材料的能耗 (滯后損失 )。所以，綠色輪胎與同等規(guī)格的輪胎相比，滾動(dòng)阻力可降低 22%35%，并因此減少汽車燃料消耗 3%8%，使汽車 CO的排放量有所下降，其他性能如耐磨耗、低噪音、干濕路面抓著力等均保持良好水平。 超安全 綠色輪胎通過優(yōu)化胎體設(shè)計(jì)，以絕佳的彈性胎面改進(jìn)汽車在光滑路面的抓地性能，使 駕駛更平穩(wěn)、制動(dòng)距離更短，大大提高了駕駛安全性。研究證明，綠色輪胎產(chǎn)生的摩擦力可以減少汽車在濕滑或結(jié)冰路面上 15%的剎車距離， 使汽車的冬季駕駛性能提高 10%15%。這對(duì)減少事故率和人員傷亡有著重大的意義。 設(shè)計(jì)綠色輪胎的途徑 從理論上講，降低汽車油耗的途徑有輕量化、減小輪胎滾動(dòng)阻力及采用稀混合氣發(fā)動(dòng)機(jī)等。實(shí)際上，只有減小輪胎滾動(dòng)阻力才是最切實(shí)可行的綠色輪胎設(shè)計(jì)途徑，研究結(jié)果表明，輪胎的模具、花紋設(shè)計(jì)和輪胎結(jié)構(gòu)和材料均對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力有影響。克服輪胎滾動(dòng)阻力消耗的燃油占汽車總油耗的 %，而僅由胎面產(chǎn)生的滾動(dòng)阻力就占輪胎滾動(dòng)阻力的 49%，其他部件的影響比例分別為：胎側(cè) 14%、胎體 11%、胎圈 11%、帶束層 8%、其余部件 7%。由胎面直接造成的油耗約占 %。降低胎面的滾動(dòng)阻力并保證抗?jié)窕阅芰己脤⑹蔷G色輪胎最基本的要求。 綠色輪胎技術(shù)主要從選擇合適的膠種和配合劑，改進(jìn)胎面膠料配方入手，再輔以減薄胎體、優(yōu)化輪胎輪廓等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手段，來達(dá)到降低輪胎滾動(dòng)阻力的目的?？梢灶A(yù)料，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的介入和聚合物分子定向設(shè)計(jì)成果的推出，無疑將加速綠色輪胎開發(fā)進(jìn)程。 綠色輪胎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 胎體結(jié)構(gòu)子午 線化 輪胎結(jié)構(gòu)大體可分為兩種，即子午線結(jié)構(gòu)和斜交結(jié)構(gòu)。子午線結(jié)構(gòu)與斜交結(jié)構(gòu)的根本區(qū)別在于胎體。胎體是輪胎的基礎(chǔ)，它是由簾線組成的層狀結(jié)構(gòu)。胎體層上部有簾線為周向排列的帶束層，這種結(jié)構(gòu)使簾線強(qiáng)度能夠得到充分利用，故子午胎的簾布層數(shù)比斜交輪胎少 40%50%。 從設(shè)計(jì)上講，斜交輪胎有很多局限性，由于斜交輪胎交叉排列的簾線強(qiáng)烈摩擦，使胎體容易生熱，而且加速胎面花紋磨耗，其簾線布局也不能很好地提供優(yōu)良的操縱性能和乘坐舒適性；而子午線輪胎的鋼絲帶束層則有較好的柔韌性以適應(yīng)路面的不規(guī)則沖擊，且經(jīng)久耐用。它的簾布 層結(jié)構(gòu)還意味著在行駛中有小得多的摩擦，從而獲得較長(zhǎng)的胎面壽命和較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。 子午線輪胎本身的優(yōu)點(diǎn)使輪胎無內(nèi)胎化成為可能。無內(nèi)胎輪胎有一個(gè)公認(rèn)優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)輪胎被扎破后，不是像有內(nèi)胎的輪胎 (普通的斜交胎是有內(nèi)胎的 )那樣爆裂，而是在一段時(shí)間內(nèi)保持氣壓，從而提高了安全性。 由于子午線輪胎胎體的特殊結(jié)構(gòu)，使得在行駛中輪胎的路面抓力大、效果好，裝有子午線輪胎的汽車與裝有斜交輪胎的汽車相比，其耐磨性可提高 50%100%，滾動(dòng)阻力降低 20%30%，可以節(jié)約油耗約 6%8%。也正因?yàn)檫@樣，同樣車型選用子午線，輪胎比選用 斜交輪胎操縱性好，有較好的駕駛舒適性。 輪胎斷面寬增大時(shí)，滾動(dòng)阻力呈下降趨勢(shì)。這是因?yàn)檩喬嗝鎸捲黾佣固?cè)部剛性減小，而對(duì)滾動(dòng)阻力影響較小的側(cè)部的變形增加，對(duì)滾動(dòng)阻力影響較大的胎面部的變形減小所致。另外，隨著輪胎斷面寬度的加寬，胎面、帶束層等主要部位的能量損失減小。因此加大輪胎斷面寬度對(duì)降低滾動(dòng)阻力有利。 如果胎圈部的填充膠條高度增高，則滾動(dòng)阻力亦增加。因?yàn)殡S著填充膠條高度增高，產(chǎn)生滯后損失的物質(zhì)體積增加，胎側(cè)下部的能量損失亦增加。另外，填充膠條高度增加會(huì)因胎側(cè)的剛性增加而使胎側(cè)部變形減小，而對(duì)滾動(dòng)阻力影 響較大的胎面部的變形相對(duì)增大，這會(huì)導(dǎo)致滾動(dòng)阻力增加。目前，胎體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是向低斷面方向發(fā)展。 胎面半徑增大時(shí)，可降低輪胎的滾動(dòng)阻力。這是因?yàn)樘ッ姘霃皆龃髸r(shí)輪胎產(chǎn)生平面接地屈撓變形，使因輪胎斷面方向的屈撓變形所產(chǎn)生的應(yīng)變能變小的緣故。也就是說，滾動(dòng)阻力隨著胎面半徑的增大而減小，這主要得益于胎冠部和帶束層能量損失減小。今后綠色輪胎胎面結(jié)構(gòu)應(yīng)朝如下方向發(fā)展： （ 1） 雙層胎面 雙層胎面輪胎具有高速、穩(wěn)定、耐磨及生熱低等優(yōu)點(diǎn)，一般是由胎面和胎面基部?jī)刹糠謽?gòu)成，其胎面與胎面基部膠具有不同的動(dòng)態(tài)模量和 tanδ 。有關(guān)文獻(xiàn)指出，胎面動(dòng)態(tài)模量大于胎面基部動(dòng)態(tài)模量 (≥ MPa)， tanδ 大于 ，胎面基部厚度與胎面厚度之比為 。 （ 2） 發(fā)泡胎面 發(fā)泡胎面是由發(fā)泡橡膠制成的，除胎面膠的一般組分外，還含有結(jié)晶型間同立構(gòu) 1， 2聚丁二烯 (粉末狀，平均粒徑為 60 nm)，再配合發(fā)泡劑、抗氧劑等其他助劑。試驗(yàn)表明，使用發(fā)泡胎面制備的輪胎在干、濕路面上特別是在冰面上具有良好的制動(dòng)和牽引性能，即使在炎熱的夏季也完全能夠保持駕駛穩(wěn)定性、耐久性和低油耗，因此是綠色輪胎胎面膠的發(fā)展方向。 在進(jìn)行輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí) 必須能夠在不降低與滾動(dòng)阻力相互矛盾的其他特性 (濕滑性、安全性、振動(dòng)性等 )的前提下降低滾動(dòng)阻力。作為具體的降低滾動(dòng)阻力方案，必須綜合考慮輪胎形狀和橡膠配置，特別是要考慮對(duì)由復(fù)合材料構(gòu)成的帶束層、胎體簾布層滾動(dòng)阻力的影響。作為輪胎結(jié)構(gòu)研究，不能僅憑過去的直覺和經(jīng)驗(yàn)，還要用模擬技術(shù)來加速低滾動(dòng)阻力輪胎的開發(fā)。 普利司通開發(fā)成功了可大幅度降低滾動(dòng)阻刀，且可提高耐磨性的輪胎設(shè)計(jì)技術(shù)稱為普利司通生態(tài)輪胎設(shè)計(jì)技術(shù)。 普利司通開發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)的目的是，在研究開發(fā)輪胎省燃料費(fèi)技術(shù)過程中，主要著眼于輪胎的偏心變形。通過開發(fā)新的輪胎 形狀，加大這種偏心變形，可大幅度降低對(duì)車輛燃料有很大影響的輪胎滾動(dòng)阻力，而且可進(jìn)一步提高耐磨性。 如果輪胎負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)，則會(huì)由于輪胎接地面和輪胎本身的變形而產(chǎn)生阻力，進(jìn)而產(chǎn)生以熱能為王的能損失。輪胎能損失稱為輪胎的滾動(dòng)阻力。通過降低輪胎的滾動(dòng)阻力可降低車輛的燃料消耗 ， 過去，通過開發(fā)能量損失少的胎面膠可有效降低滾動(dòng)阻力，這主要是通過開發(fā)橡膠材料來達(dá)到降低滾動(dòng)阻力的目的。但是，采用能量損失少的橡膠會(huì)使耐磨性下降，這就對(duì)開發(fā)低滾動(dòng)阻力輪胎出了難題。 普利司通開發(fā)的新技術(shù)通過采用可大幅度降低輪胎能量損失的輪胎新形狀，可 抑制因改變材料 (為了降低滾動(dòng)阻力 )而引起的滾動(dòng)阻力下降 。普利司通認(rèn)為用這種技術(shù)開發(fā)的輪胎如果與考慮環(huán)境型車輛，如電車 (EV)等配合，則可望獲得事半功倍的效果。 普利司通已于 2020年 10月 24日在第 27次東京汽車展上展示了用該技術(shù)開發(fā)的輪胎試制品。通過裝車試驗(yàn)表明 (裝車試驗(yàn)的輪胎規(guī)格為 235/35R