中國(guó)輪胎標(biāo)簽制度實(shí)施對(duì)合成橡膠的影響

劉 震

（1.怡維怡橡膠研究院有限公司，山東 青島 266045；2.青島市輪胎新材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266045）

隨著交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)輪胎的性能要求越來(lái)越高。20世紀(jì)80年代以前，要求較高的輪胎性能主要為耐久性能、高速性能和耐磨性能。而近20～30年來(lái)，除了這些性能外，輪胎的滾動(dòng)阻力、抗?jié)窕阅堋⒃肼?、操控性能和舒適性等也受到重視[1]，而這些性能與輪胎用原材料，特別是合成橡膠（SR）密不可分。

我國(guó)輪胎產(chǎn)量已連續(xù)多年位居世界第一，橡膠作為輪胎的主體材料，其消耗量也迅速增長(zhǎng)。輪胎用SR的主要品種為丁苯橡膠（SBR）、順丁橡膠（BR）、異戊橡膠（IR）、丁基橡膠（IIR）、鹵化IIR（HIIR）等。SR在提高輪胎性能方面發(fā)揮了重要作用，如在降低滯后損失，提高抗滑性能、耐磨性能和氣體阻隔性能方面的作用都無(wú)法由天然橡膠（NR）來(lái)替代。由于規(guī)格和生產(chǎn)技術(shù)不同，不同輪胎的橡膠及SR用量比例差異較大。一般來(lái)說(shuō)，在輪胎用橡膠中，SR用量為10%～60%，NR用量為40%～90%[2]。

隨著人們對(duì)輪胎性能要求的提高及各國(guó)輪胎標(biāo)簽法規(guī)的相繼推出，輪胎工業(yè)對(duì)SR的性能提出更高的要求，輪胎用SR的品種和用量也會(huì)發(fā)生顯著變化。

1 全球輪胎標(biāo)簽制度及其實(shí)施情況

歐盟輪胎標(biāo)簽法規(guī)已從2012年11月1日起開(kāi)始強(qiáng)制執(zhí)行。該法規(guī)規(guī)定，在歐盟銷(xiāo)售的轎車(chē)輪胎、輕型載重輪胎和載重輪胎必須加貼標(biāo)示輪胎燃油效率、濕地抓著力和滾動(dòng)噪聲等級(jí)的標(biāo)簽。根據(jù)燃油消耗量和濕地抓著力，將輪胎分為A—G 7個(gè)等級(jí)產(chǎn)品，A等級(jí)表征性能最好，G等級(jí)表征性能最差，同時(shí)輪胎滾動(dòng)噪聲也分為低、中、高3個(gè)等級(jí)，并注明測(cè)量值。

韓國(guó)于2011年11月14日頒布了輪胎標(biāo)簽法規(guī)，并于2012年12月1日起強(qiáng)制執(zhí)行。該標(biāo)簽制度對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力和濕地抓著力分級(jí)[3]。

日本于2010年1月推出了自愿性輪胎標(biāo)簽制度，其對(duì)滾動(dòng)阻力和濕地抓著力分級(jí)，用標(biāo)簽告訴消費(fèi)者輪胎的節(jié)油水平與安全性能[4]。

美國(guó)公路交通運(yùn)輸安全管理局（NHTSA）重新修訂了美國(guó)輪胎標(biāo)簽法49 CFR Part 575，規(guī)定了所有乘用輪胎和輕型載重輪胎在銷(xiāo)售給終端消費(fèi)者前，必須強(qiáng)制粘貼輪胎等級(jí)，包括燃油效率、濕地抓著力和耐久性能3項(xiàng)性能等級(jí)。該法規(guī)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)于2010年頒布[5]，但還沒(méi)有正式實(shí)施的時(shí)間表。

巴西也推出了輪胎標(biāo)簽法規(guī)（544/2012號(hào)法案），該法規(guī)與歐盟標(biāo)簽法規(guī)類似，也包括了輪胎的滾動(dòng)阻力、濕地抓著力和滾動(dòng)噪聲的分級(jí)。

海灣國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)組織（GSO）于2015年10月22日發(fā)布通知，宣布從2016年1月1日起，海灣7國(guó)開(kāi)始全部實(shí)施輪胎標(biāo)簽法，其中2015年11月1日起沙特阿拉伯已單獨(dú)實(shí)行輪胎標(biāo)簽法，該法規(guī)對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力和濕地抓著力進(jìn)行了分級(jí)。

2 我國(guó)輪胎標(biāo)簽制度的最新進(jìn)展

我國(guó)作為輪胎生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，在輪胎標(biāo)簽制度方面起步較晚。目前，由中國(guó)橡膠工業(yè)協(xié)會(huì)（CRIA）主導(dǎo)的輪胎標(biāo)簽制度進(jìn)展較快。從2012年開(kāi)始，中橡協(xié)受工業(yè)和信息化部委托開(kāi)展綠色輪胎產(chǎn)業(yè)化研究。5年來(lái)，中橡協(xié)組織輪胎行業(yè)重點(diǎn)企業(yè)及技術(shù)專家完成了《綠色輪胎產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究》，制定并發(fā)布了我國(guó)首部《綠色輪胎技術(shù)規(guī)范》，完成了《輪胎標(biāo)簽制度研究》課題，并于2016年6月份頒布了T/CRIA 11004—2016《輪胎標(biāo)簽管理規(guī)定》和T/CRIA 11003—2016《輪胎分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。其中《輪胎分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》與歐盟輪胎標(biāo)簽法規(guī)類似，也對(duì)輪胎的滾動(dòng)阻力、濕地抓著力和滾動(dòng)噪聲進(jìn)行了分級(jí)。按照時(shí)間表[6]，2016年采取中橡協(xié)倡導(dǎo)、自愿張貼的形式進(jìn)行輪胎標(biāo)簽的推廣，發(fā)動(dòng)輪胎企業(yè)自愿提供關(guān)于輪胎燃油效率、濕地抓著力和滾動(dòng)噪聲的等級(jí)數(shù)據(jù)；2017年同樣實(shí)行自愿張貼標(biāo)簽，但要求生產(chǎn)與銷(xiāo)售的輪胎必須具有關(guān)于燃油效率、濕地抓著力和滾動(dòng)噪聲的等級(jí)數(shù)據(jù)；2018年市場(chǎng)上所有性能達(dá)到門(mén)檻值的輪胎將張貼標(biāo)簽，并在同年內(nèi)建議相關(guān)部門(mén)推出鼓勵(lì)政策，對(duì)輪胎標(biāo)簽給予認(rèn)可；2019年正式推出輪胎標(biāo)簽法規(guī)，所用輪胎產(chǎn)品均強(qiáng)制張貼標(biāo)簽。

我國(guó)輪胎標(biāo)簽制度實(shí)施后，必然對(duì)我國(guó)輪胎的生產(chǎn)與消費(fèi)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。隨著輪胎標(biāo)簽制度的深入推行，人們購(gòu)買(mǎi)輪胎將不再盲目，一些國(guó)產(chǎn)品牌輪胎如達(dá)到較高標(biāo)簽等級(jí)也將擁有與進(jìn)口品牌輪胎同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)會(huì)。我國(guó)輪胎標(biāo)簽制度的實(shí)施也會(huì)扭轉(zhuǎn)優(yōu)質(zhì)輪胎出口國(guó)外、普通輪胎留在國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售的局面，還可以防止國(guó)外輪胎貿(mào)易商在我國(guó)高價(jià)銷(xiāo)售低檔次輪胎。

包括我國(guó)在內(nèi)的全球輪胎標(biāo)簽法規(guī)都對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力和濕地抓著力提出了要求，這兩項(xiàng)性能與輪胎用原材料，尤其是SR的品種有密切關(guān)系，應(yīng)當(dāng)引起行業(yè)的高度重視。

3 輪胎中的橡膠組成

轎車(chē)子午線輪胎和全鋼載重子午線輪胎的橡膠用量比例較大，因此對(duì)比分析這兩類輪胎中SR的使用情況更有意義。這兩類輪胎中的橡膠組成見(jiàn)表1。

表1 輪胎中的橡膠組成

從表1可知，輪胎中SR品種主要包括SBR，BR，IR和HIIR，在不同規(guī)格輪胎中SR用量比例差異很大。與全鋼載重子午線輪胎相比，轎車(chē)子午線輪胎中SR質(zhì)量占輪胎質(zhì)量比例和SR質(zhì)量占橡膠質(zhì)量比例明顯較大。轎車(chē)子午線輪胎中用量最大的SR品種為SBR，其次為BR和HIIR；全鋼載重子午線輪胎中SBR用量很小，SR主要為BR和HIIR，以及少量IR。

從SR的使用部位來(lái)分析，在轎車(chē)子午線輪胎中，SBR主要用于胎面膠，用量一般大于70份，其他部件（如胎體膠與三角膠等）可能也會(huì)并用10～30份SBR。在全鋼載重子午線輪胎中，SBR主要用于胎圈膠，某些規(guī)格全鋼載重子午線輪胎的胎面膠可能也會(huì)并用少量SBR。

BR主要用于輪胎胎側(cè)膠，用量一般為40～60份，其在轎車(chē)子午線輪胎中的用量稍大。轎車(chē)子午線輪胎與某些規(guī)格全鋼載重子午線輪胎的胎面膠也可能會(huì)并用10～30份BR。

HIIR包括氯化丁基橡膠（CIIR）和溴化丁基橡膠（BIIR），主要用在輪胎的內(nèi)襯層膠中保證輪胎的氣密性能。在轎車(chē)子午線輪胎和全鋼載重子午線輪胎的內(nèi)襯層膠中HIIR用量一般為60～100份。

IR主要作為NR替代品在輪胎中使用，由于IR與NR的性能差異，目前IR還不能完全替代NR。在不同輪胎部件中，IR對(duì)NR的替代量也不盡相同。IR在輪胎中的應(yīng)用主要受成本影響，其用量根據(jù)NR的價(jià)格變化而波動(dòng)較大。

其他SR品種的使用與輪胎的技術(shù)體系密切相關(guān)，一些輪胎企業(yè)采用的SR品種而另外的輪胎企業(yè)可能不采用。

4 輪胎標(biāo)簽制度對(duì)SR的需求影響

從上述分析可見(jiàn)，輪胎標(biāo)簽制度的重點(diǎn)是倡導(dǎo)低滾動(dòng)阻力、高抗?jié)窕阅芎偷蜐L動(dòng)噪聲的安全、綠色輪胎的生產(chǎn)和使用。通過(guò)新材料、新工藝、新技術(shù)來(lái)改善和提高輪胎性能也成為近年來(lái)輪胎企業(yè)的研發(fā)重點(diǎn)。在新材料方面，重點(diǎn)研究和應(yīng)用新型聚合物、補(bǔ)強(qiáng)填料、功能性助劑。我國(guó)輪胎標(biāo)簽制度的推行對(duì)SR的影響已經(jīng)越來(lái)越明顯。

4.1 SBR

SBR是轎車(chē)子午線輪胎胎面膠的主體材料。SBR按聚合方法可分為乳聚SBR（ESBR）和溶聚SBR（SSBR）。傳統(tǒng)輪胎的主體材料主要為ESBR（包括充油和非充油產(chǎn)品），ESBR具有技術(shù)成熟、加工性能優(yōu)良、成本較低的優(yōu)點(diǎn)。ESBR制備的輪胎抗?jié)窕阅茌^好，但滾動(dòng)阻力較大，難以達(dá)到較高的輪胎標(biāo)簽等級(jí)。而SSBR具有滾動(dòng)阻力低、抗?jié)窕阅芎玫膬?yōu)點(diǎn)，尤其是配合白炭黑應(yīng)用，可以在滾動(dòng)阻力、抗?jié)窕阅芘c耐磨性能方面取得良好的平衡，是轎車(chē)子午線輪胎達(dá)到較高輪胎標(biāo)簽等級(jí)的必然選擇。

近年來(lái)，輪胎用SSBR的合成技術(shù)不斷進(jìn)步，目前已經(jīng)發(fā)展到第3代SSBR。第1代SSBR為20世紀(jì)60年代菲利普公司和費(fèi)爾司通公司開(kāi)發(fā)，與ESBR相比，第1代SSBR產(chǎn)品的彈性與耐磨性能較好，且滾動(dòng)阻力較低，但加工性能與抗?jié)窕阅懿患选５?代SSBR是通過(guò)對(duì)苯乙烯和乙烯基含量、相對(duì)分子質(zhì)量及其分布、支化結(jié)構(gòu)序列分布調(diào)整而得，其滾動(dòng)阻力明顯降低，抗?jié)窕阅芎湍湍バ阅茱@著提高，加工性能明顯改善。第3代SSBR運(yùn)用集成橡膠的理念，通過(guò)分子設(shè)計(jì)和分子鏈結(jié)構(gòu)優(yōu)化組合，集成了各種橡膠的優(yōu)點(diǎn)。目前第3代SSBR主要包括3類產(chǎn)品。（1）在大分子鏈中引入異戊二烯鏈段制成苯乙烯-異戊二烯-丁二烯三元共聚體，具有多個(gè)玻璃化溫度和較寬的損耗因子峰，同時(shí)具有良好的耐低溫性能、較低的滾動(dòng)阻力以及較好的抗?jié)窕阅堋＃?）含有漸變式序列結(jié)構(gòu)分布的嵌段型SSBR，較好地平衡了膠料的抗?jié)窕阅芎蜐L動(dòng)阻力，同時(shí)也兼顧了膠料的物理性能和加工性能。（3）對(duì)SSBR分子鏈末端進(jìn)行改性，使分子鏈末端與白炭黑之間的相互作用提高，從而改善了白炭黑的分散性。與未經(jīng)化學(xué)改性的SSBR相比，經(jīng)化學(xué)改性的SSBR彈性和抗?jié)窕阅苊黠@提高，橡膠基體與白炭黑之間的結(jié)合力增大，滾動(dòng)阻力降低[7]。

雖然我國(guó)SSBR的應(yīng)用起步較晚，但我國(guó)輪胎企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到SSBR性能的優(yōu)勢(shì)。為滿足出口歐洲輪胎的性能要求，大多輪胎企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始在部分輪胎產(chǎn)品中應(yīng)用SSBR。受制于我國(guó)SSBR的發(fā)展水平，目前我國(guó)輪胎企業(yè)主要采用來(lái)自歐洲、美國(guó)、日本和韓國(guó)的SSBR。隨著全球輪胎標(biāo)簽制度的推行，尤其是我國(guó)輪胎標(biāo)簽法規(guī)的逐步實(shí)施，越來(lái)越多的輪胎將大量使用SSBR，預(yù)計(jì)SSBR的市場(chǎng)將迎來(lái)迅猛增長(zhǎng)，尤其是第3代SSBR產(chǎn)品將會(huì)越來(lái)越被市場(chǎng)認(rèn)可，而ESBR市場(chǎng)將會(huì)滯長(zhǎng)，甚至逐步萎縮。

4.2 BR

BR主要在輪胎的胎側(cè)膠和胎面膠中應(yīng)用。BR是以丁二烯為單體，采用不同催化劑和聚合方法合成的SR，目前世界BR生產(chǎn)企業(yè)大都采用溶液聚合法生產(chǎn)。根據(jù)催化劑不同，BR可分為鎳系、鈷系、鋰系、鈦系和釹系等產(chǎn)品。我國(guó)大量生產(chǎn)和應(yīng)用的BR為牌號(hào)為9000的鎳系BR（NiBR）。釹系BR（NdBR）在我國(guó)常稱為稀土BR，是用釹系催化劑（如環(huán)烷酸釹-一氯二乙基鋁-三異丁基鋁）制備的高順式（順式1，4-結(jié)構(gòu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.96～0.99）的BR，NdBR具有優(yōu)異的抗?jié)窕阅芎洼^低的滾動(dòng)阻力，且耐磨性能仍能保持良好水平。與NiBR相比，NdBR不僅順式1，4-結(jié)構(gòu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)大，且強(qiáng)伸性能、彈性和抗?jié)窕阅芰己茫鸁岷蜐L動(dòng)阻力較低[8]。

近年來(lái)，我國(guó)輪胎企業(yè)在NdBR的應(yīng)用方面也進(jìn)行了較多研究[9-12]。試驗(yàn)表明，在輪胎胎面膠和胎側(cè)膠中，用NdBR等量替代NiBR，硫化膠的彈性和耐磨性能提高，生熱和滾動(dòng)阻力降低。因此，隨著輪胎標(biāo)簽制度的深入推行，NdBR將越來(lái)越多地被輪胎企業(yè)使用，以提高輪胎的標(biāo)簽等級(jí)。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，NdBR的需求量會(huì)迅速增長(zhǎng)，而NiBR的需求量將保持平穩(wěn)或緩慢下行。

4.3 IR

IR泛指順式1，4-結(jié)構(gòu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.9的聚異戊二烯橡膠，由于其微觀結(jié)構(gòu)接近NR，因此也被稱為合成NR。IR是異戊二烯單體在齊格勒-納塔催化劑或鋰系催化劑存在下，經(jīng)溶液聚合制得。IR與NR結(jié)構(gòu)相近，與NR相比，IR具有以下優(yōu)勢(shì)：質(zhì)量均勻，純度高，顏色淺，異味小；易軟化和混合，塑煉時(shí)間短，混煉加工簡(jiǎn)便；膨脹率和收縮率小，有較好的擠出和壓延性；流動(dòng)性好，滯后損失小。在生膠強(qiáng)度和硫化膠定伸應(yīng)力、撕裂強(qiáng)度方面，IR仍不及NR，導(dǎo)致IR加工挺性差，易變形；IR硫化膠的耐磨性能和耐疲勞性能差[13]。在輪胎膠料中，IR可以替代20～50份NR。從輪胎角度分析，成本將成為影響IR用量的重要因素。由于NR市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)很大，IR的消費(fèi)量隨著NR的價(jià)格起伏波動(dòng)較大。輪胎標(biāo)簽制度的實(shí)施不會(huì)對(duì)IR需求產(chǎn)生直接影響。

4.4 IIR

IIR是異丁烯和異戊二烯在催化劑作用下進(jìn)行陽(yáng)離子聚合反應(yīng)而成，其分子結(jié)構(gòu)為規(guī)整的線形結(jié)構(gòu)，含質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.97的異丁烯和少量異戊二烯。IIR是氣密性能和水密性能優(yōu)異的SR膠種，同時(shí)還具有優(yōu)良的耐候性和耐化學(xué)腐蝕性，是內(nèi)胎膠料和無(wú)內(nèi)胎輪胎內(nèi)襯層膠不可替代的膠種。IIR在輪胎中的消費(fèi)量占其總消費(fèi)量的80%以上[14]。目前，內(nèi)胎和硫化膠囊膠料主要采用IIR為主體材料，輪胎內(nèi)襯層膠主要采用HIIR為主體材料，以保證層間粘合性能和硫化速度的匹配性。

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，我國(guó)的IIR從無(wú)到有，從小到大，已經(jīng)具備了一定的生產(chǎn)能力，并且生產(chǎn)能力增長(zhǎng)迅速[15-17]，但質(zhì)量和產(chǎn)量仍難以完全滿足我國(guó)輪胎的需求。由于HIIR價(jià)格較高，輪胎企業(yè)一般通過(guò)并用其他膠種來(lái)降低內(nèi)襯層膠中HIIR的用量，且同時(shí)增大內(nèi)襯層厚度以提高輪胎氣密性能。但內(nèi)襯層厚度增大會(huì)導(dǎo)致輪胎質(zhì)量增大，不利于降低滾動(dòng)阻力。輪胎標(biāo)簽制度的推行會(huì)促使輪胎企業(yè)增大內(nèi)襯層膠中HIIR用量，從而減小內(nèi)襯層厚度，減小輪胎質(zhì)量和降低滾動(dòng)阻力。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，HIIR的需求量將保持較快增長(zhǎng)，受載重子午線輪胎無(wú)內(nèi)胎化的影響，IIR的需求量將小幅下降。

5 建議

輪胎標(biāo)簽制度指明了輪胎技術(shù)的發(fā)展方向。我國(guó)輪胎標(biāo)簽法規(guī)的頒布與實(shí)施將進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)輪胎用SR市場(chǎng)的發(fā)展。我國(guó)輪胎企業(yè)為了提高輪胎性能和輪胎標(biāo)簽等級(jí)，增大SSBR，NdBR和HIIR等性能優(yōu)異膠種的用量。因此，我國(guó)SR企業(yè)應(yīng)當(dāng)抓住這一機(jī)遇，調(diào)整發(fā)展戰(zhàn)略，重視輪胎用高端SR的研發(fā)與生產(chǎn)。

5.1 調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及進(jìn)行技術(shù)升級(jí)

我國(guó)SR整體自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)，技術(shù)積累不夠。像ESBR和NiBR等低端膠種產(chǎn)能日漸過(guò)剩，裝置開(kāi)工率日趨下降，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈。而SSBR，NdBR和HIIR等高端膠種產(chǎn)能和產(chǎn)量仍然較低，需要大量進(jìn)口。建議SR企業(yè)抓住輪胎產(chǎn)品技術(shù)升級(jí)的機(jī)遇，加強(qiáng)對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化吸收和自主創(chuàng)新力度，與科研院所緊密合作，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，進(jìn)行技術(shù)升級(jí)改造，推進(jìn)高性能輪胎用SR品種的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。

5.2 SR企業(yè)加強(qiáng)與輪胎企業(yè)的合作

由于輪胎用SR的品種和牌號(hào)日益繁多以及特性各異，如不同廠家、不同牌號(hào)的SSBR的苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)、乙烯基質(zhì)量分?jǐn)?shù)、相對(duì)分子質(zhì)量及其分布、無(wú)規(guī)度、支化度、末端改性等不同，為SR新品種的開(kāi)發(fā)與推廣帶來(lái)了困難。建議SR企業(yè)加強(qiáng)與輪胎企業(yè)的戰(zhàn)略合作，讓輪胎企業(yè)盡早參與SR新品種的開(kāi)發(fā)，通過(guò)輪胎企業(yè)的應(yīng)用研究，改進(jìn)SR新產(chǎn)品的性能，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的定制化，從而達(dá)到共贏的目的。