王朝：下一代轮胎用绿色低碳橡胶材料

2021年10月15 -16日，由中国汽车工业协会和重庆两江新区管委会联合主办的“2021中国汽车供应链大会”在重庆召开。长安汽车和地平线作为官方合作伙伴，全力支持此次发布会。本届供应链大会以“取长补短，融合创新——构建中国汽车供应链新生态”为主题，共同探讨产业政策，交流分享技术，研判产业趋势，展示创新成果，旨在促进产业国内外互动，凝聚产业链上下齐心，共谋产业协同发展之路。其中，北京化工大学教授在10月16日上午举行的“汽车材料新趋势”主题论坛上发表了精彩演讲。

我是北京化工大学的王超，感谢中国汽车工业协会的邀请。非常荣幸有这样的机会参加关于汽车的盛会。我将汇报我们团队在下一代轮胎中所做的材料工作。

首先关于轮胎，汽车保有量接近3亿，每辆车至少4个轮子，一辆车要换好几次轮胎，所以轮胎使用量很大。中国轮胎产量世界第一，产值超过5000亿元。我国轮胎企业实力仍落后于国外，轮胎行业频受欧美限制，如欧盟的标签法，对我国轮胎行业影响很大。轮胎是唯一与地面接触的部件，是汽车的重要组成部分。一开始对轮胎的要求是只要能跑就行。后来逐渐提出要耐磨抗老化，这样寿命会更长，耐湿滑，更安全，包括阻力小，省油。还有一些对轮胎功能性的探索，比如抗爆胎，保证你的轮胎被爆胎后不会爆，包括非充气轮胎和自愈轮胎。现在有动力轮胎了。

新一代轮胎对性能的要求越来越高，包括噪音更小、舒适性更好、气味更低等等。尤其是近几年对绿色轮胎有需求，轮胎也有严重的碳排放问题。作为新一代轮胎，必须是绿色的。

左上角的图片是轮胎的横截面图。事实上，轮胎是一个复杂的结构，由许多层组成。主要成分是橡胶，比如胎面和胎侧，都是用橡胶做的。橡胶是一种复合材料，除了橡胶材料之外还含有很多添加剂，所以对于橡胶来说有很多技术难点。

橡胶有两种，一种是合成橡胶，一种是天然橡胶。对于合成橡胶，是用化学方法合成的橡胶。这种橡胶种类很多，但国内几乎没有原生橡胶品种，合成橡胶难以为继。根据英国公司的统计，这些资源，如石油和煤炭，都有使用寿命。另外就是碳排放的问题，我们非常关心。通过计算，我们简单计算了一下，一吨合成橡胶排放10.2吨二氧化碳，这将导致整个合成橡胶消费每年排放5000万吨碳。

正因为如此，一些大型外国公司也有轮胎的绿色计划。普利司通要求轮胎在2035年前完全绿色化。

可以说是未雨绸缪，团队针对这几年橡胶的碳排放给出了一些对策。第一是从原料上控制生物基橡胶和绿色添加剂的发展，第二是废旧橡胶的回收，第三是从节油的理念出发，如何让汽车更省油。

首先我们看原材料的控制。天然橡胶是大自然的礼物。这是一种从橡胶树上直接滴下的乳液。加工后可以得到天然橡胶，然后就可以使用了。天然橡胶可用于航空航天、国防、轮胎、医用弹性体等领域。

天然橡胶是通过光合作用得到的，有一个固体的过程。每吨天然橡胶大约……固态为1.85吨，全生命周期碳排放量仅为2.7吨。可以说，天然橡胶是橡胶行业中最具碳中性的材料。中国的天然橡胶面临两个困境。第一，天然橡胶产量很少，只生长在热带环境。中国只有云南和海南能产天然橡胶树。2019年消费555万吨，进口520万吨，所以基本都是进口。

我们团队近年来一直致力于开发第二代天然橡胶。我们在中国新疆和哈萨克斯坦的边境地区发现了一些叫做蒲公英橡胶草的野生橡胶草。这种乳胶和天然橡胶树的乳胶是一样的，那么我们能不能用这个来提取天然橡胶，这样我们就可以根据自己的国情来发展，这样我们就不会受制于人了。

我们北京化工大学也率先建立了产业联盟，15年逐渐形成了中、美、中、哈、中俄的大产业联盟。

这是一张蒲公英橡胶草的照片，我们可以看到它的根部断裂产生乳胶，这是天然橡胶。这种橡胶亩产能达到15公斤，总的来说还是小的。有什么好处？橡胶草可以在一些恶劣的环境下生长，比如一些低温地区。

对于橡胶的提取，我们也开发了一些环保路线，不产生废气，废渣我们也会回收利用。我们用提取的蒲公英橡胶做了几个轮胎，在当时的国际橡胶大会上展出，也受到了很高的关注。

我们的团队实际上走两条路线。第一条路线是右边的路线。天然橡胶受限于结构，包括产能，所以我们也准备走第二条路线，也就是左边这条。这是玉米、土豆发酵得到的生物制剂单体，生物制剂的橡胶材料是化学合成得到的，这样结构多样化，性能多样化。

对于国外来说，他们的生物基橡胶的发展是这样的。他们通过发酵得到烯烃单体，合成与传统橡胶结构相同的橡胶，所以市场验证没有问题，可以直接使用。问题是这种发酵纯化过程非常复杂，成本非常高，限制了它的应用。

张立群老师在2008年马来西亚国际橡胶大会上首次提出了“生物基工程弹性体”的概念。在接下来的研究中，设计并合成了生物基聚酯弹性体和生物基衣康酸酯弹性体。(国家自然科学基金重点项目资助)

第一种是生物基衣康酸酯橡胶，产量比较大。基于此，成本更低。我也会通过酯化实现很多结构和性能的调节。这是我们去年和京博集团做的千吨级工业线。使用这种橡胶，今年5月被评为全国领先水平，建议大力推广。我们加工这种橡胶材料来制造轮胎。这种加工方法的整个成型过程与传统的橡胶工艺相同。我们通过实验得到了很多轮胎。当时是批量准备的，通过了轮胎测试。这个轮胎装上车进行跑车实验。我们测试了它的湿抓地力、湿滑性和混凝土，得到了双B级。

我们开发了一种可生物降解的聚酯橡胶材料。为什么要开发这种材料？首先，废弃轮胎量非常大，运行过程中有碎片，每年超过100万吨。这个量很大，但是我们看不到。这个碎片进入PM2.5，微小颗粒进入河水和土壤，还有一部分进入人体，相当危险。海洋中一微米以下的颗粒物80%来自轮胎。这个数据对我们影响很大，所以基于这个考虑，我们应该生产可降解轮胎。

利用分子结构的设计，聚酯材料通常是结晶塑料，但通过分子结构的设计，解决了结晶问题，最终得到橡胶材料。这些年我们也做了很多工作。

2019年，我们在1000吨线上做了一些持续性的生产。今年，生物基可降解聚酯橡胶成为……o被评为国际领先水平。

使用生物基可降解聚酯橡胶作为轮胎，这是我们在世界上第一个可降解轮胎。因为所有的橡胶材料都是不可降解的，这是目前唯一可降解的橡胶材料，是我们自主研发的。

这种材料是可生物降解的。我们发现这种材料在110天内降解率可以达到70%，完全变成水和二氧化碳，只有30%没有降解。我们也在想这30%会不会对水土有影响。我们也做了测试，发现土壤中的重金属和杂物都没有超标，种子的发芽率也提高了。我猜我们提供的有机物提供了养分。

我们在路上放了一块2 mm的，一点影响都没有。三个月后，质量没有变化。但是埋在土里3个月后质量会下降10%以上，所以这种轮胎在土里呆不了多久，正常的沥青路面是没问题的。我们把断面埋在土里，第一个月就降解了，几乎没有变化。第二个月表面开始出现一些霉菌，第三个月更明显，所以在土壤中的降解是一个缓慢的过程。

此外，我们还开发了另一个闭环。我们通过化学回收，将我们的轮胎材料通过醇解回收为原材料，然后重新聚合，再次制造轮胎。

橡胶方面，因为体系复杂，除了橡胶原料还有很多添加剂，我们团队这几年也研发了很多添加剂。这里面什么是比较好的工艺？它是用二氧化碳法制备纳米二氧化硅。这是我们行业中第一条完成碳集成二氧化硅的生产线。

接下来考虑废橡胶的回收。不管你降解不降解，回收都是一条重要的路线。每年产生3.8亿个废轮胎，所以我们需要对这些废轮胎进行综合回收，这是非常有意义的。包括这些轮胎，也是碳基来源，所以回收利用是实现二氧化碳排放峰值的重要途径。目前我们对它的回收主要是从绿化回收，要高价值。

回收方法之一是利用原型，比如把它放在船上防止碰撞。或者提炼成油和沥青铺路。最后一个方面是回收橡胶的利用，回收橡胶再加工成轮胎。其实废轮胎的处理也是很难的。它的碳足迹超过400公斤，所以这就是为什么我们应该回收它。基于这一问题，我们自己的团队开发了一套设备，采用多级螺杆和动态脱硫技术实现。这是整条生产线。废橡胶一头进去，再生胶一头出来，中间封闭。得到这个就可以做轮胎了。对于这种材料，我们可以实现连续加工应用。

这是我们自己的专业公司，绿金橡塑。我们在中策建设了八条生产线，年处理废轮胎90万条，实现经济效益2.5亿。此外，我们还在提升一带一路并将其出口到斯洛伐克。

最后，除了前两个考虑，我们还从燃油经济性的角度做一个节油轮胎。我们一起主要设计了一种超弹性材料，做成轮子后可以解决轮胎的魔三角问题。它不仅应该具有高的耐磨性，还应该具有高的耐湿性。左上角的图是耐磨，可以让我们的胎面用料更少，寿命更长。这就是碳减排的形式。另外，中间的图是滚动阻力。我们做完车轮后，滚动能耗特别小，所以我们的车在行驶过程中非常省油。对于有轨电车来说，它的行驶里程会更高，所以我们正在研发一些超低滚动阻力的轮胎，这将明显提高新能源汽车的行驶里程。

以上是我们在轮胎用低碳橡胶材料方面所做的工作。2021年10月15 -16日，由中国汽车工业协会和重庆两江新区管委会联合主办的“2021中国汽车供应链大会”在重庆召开。长安汽车和地平线作为官方合作伙伴，全力支持此次发布会。本届供应链大会的主题是“取长补短，融合创新——构建中国汽车供应链新生态”，共同探讨产业政策，交流合作……分享技术，研判产业趋势，展示创新成果，旨在促进产业国内外互动，凝聚产业链上下齐心，共谋产业协同发展之路。其中，北京化工大学教授在10月16日上午举行的“汽车材料新趋势”主题论坛上发表了精彩演讲。

我是北京化工大学的王超，感谢中国汽车工业协会的邀请。非常荣幸有这样的机会参加关于汽车的盛会。我将汇报我们团队在下一代轮胎中所做的材料工作。

首先关于轮胎，汽车保有量接近3亿，每辆车至少4个轮子，一辆车要换好几次轮胎，所以轮胎使用量很大。中国轮胎产量世界第一，产值超过5000亿元。我国轮胎企业实力仍落后于国外，轮胎行业频受欧美限制，如欧盟的标签法，对我国轮胎行业影响很大。轮胎是唯一与地面接触的部件，是汽车的重要组成部分。一开始对轮胎的要求是只要能跑就行。后来逐渐提出要耐磨抗老化，这样寿命会更长，耐湿滑，更安全，包括阻力小，省油。还有一些对轮胎功能性的探索，比如抗爆胎，保证你的轮胎被爆胎后不会爆，包括非充气轮胎和自愈轮胎。现在有动力轮胎了。

新一代轮胎对性能的要求越来越高，包括噪音更小、舒适性更好、气味更低等等。尤其是近几年对绿色轮胎有需求，轮胎也有严重的碳排放问题。作为新一代轮胎，必须是绿色的。

左上角的图片是轮胎的横截面图。事实上，轮胎是一个复杂的结构，由许多层组成。主要成分是橡胶，比如胎面和胎侧，都是用橡胶做的。橡胶是一种复合材料，除了橡胶材料之外还含有很多添加剂，所以对于橡胶来说有很多技术难点。

橡胶有两种，一种是合成橡胶，一种是天然橡胶。对于合成橡胶，是用化学方法合成的橡胶。这种橡胶种类很多，但国内几乎没有原生橡胶品种，合成橡胶难以为继。根据英国公司的统计，这些资源，如石油和煤炭，都有使用寿命。另外就是碳排放的问题，我们非常关心。通过计算，我们简单计算了一下，一吨合成橡胶排放10.2吨二氧化碳，这将导致整个合成橡胶消费每年排放5000万吨碳。

正因为如此，一些大型外国公司也有轮胎的绿色计划。普利司通要求轮胎在2035年前完全绿色化。

可以说是未雨绸缪，团队针对这几年橡胶的碳排放给出了一些对策。第一是从原料上控制生物基橡胶和绿色添加剂的发展，第二是废旧橡胶的回收，第三是从节油的理念出发，如何让汽车更省油。

首先我们看原材料的控制。天然橡胶是大自然的礼物。这是一种从橡胶树上直接滴下的乳液。加工后可以得到天然橡胶，然后就可以使用了。天然橡胶可用于航空航天、国防、轮胎、医用弹性体等领域。

天然橡胶是通过光合作用得到的，有一个固体的过程。每吨天然橡胶在固态下可以是1.85吨，整个生命周期的碳排放只有2.7吨。可以说，天然橡胶是橡胶行业中最具碳中性的材料。中国的天然橡胶面临两个困境。第一，天然橡胶产量很少，只生长在热带环境。中国只有云南和海南能产天然橡胶树。2019年消费555万吨，进口520万吨，所以基本都是进口。

我们的团队哈……近年来一直致力于开发第二代天然橡胶。我们在中国新疆和哈萨克斯坦的边境地区发现了一些叫做蒲公英橡胶草的野生橡胶草。这种乳胶和天然橡胶树的乳胶是一样的，那么我们能不能用这个来提取天然橡胶，这样我们就可以根据自己的国情来发展，这样我们就不会受制于人了。

我们北京化工大学也率先建立了产业联盟，15年逐渐形成了中、美、中、哈、中俄的大产业联盟。

这是一张蒲公英橡胶草的照片，我们可以看到它的根部断裂产生乳胶，这是天然橡胶。这种橡胶亩产能达到15公斤，总的来说还是小的。有什么好处？橡胶草可以在一些恶劣的环境下生长，比如一些低温地区。

对于橡胶的提取，我们也开发了一些环保路线，不产生废气，废渣我们也会回收利用。我们用提取的蒲公英橡胶做了几个轮胎，在当时的国际橡胶大会上展出，也受到了很高的关注。

我们的团队实际上走两条路线。第一条路线是右边的路线。天然橡胶受限于结构，包括产能，所以我们也准备走第二条路线，也就是左边这条。这是玉米、土豆发酵得到的生物制剂单体，生物制剂的橡胶材料是化学合成得到的，这样结构多样化，性能多样化。

对于国外来说，他们的生物基橡胶的发展是这样的。他们通过发酵得到烯烃单体，合成与传统橡胶结构相同的橡胶，所以市场验证没有问题，可以直接使用。问题是这种发酵纯化过程非常复杂，成本非常高，限制了它的应用。

张立群老师在2008年马来西亚国际橡胶大会上首次提出了“生物基工程弹性体”的概念。在接下来的研究中，设计并合成了生物基聚酯弹性体和生物基衣康酸酯弹性体。(国家自然科学基金重点项目资助)

第一种是生物基衣康酸酯橡胶，产量比较大。基于此，成本更低。我也会通过酯化实现很多结构和性能的调节。这是我们去年和京博集团做的千吨级工业线。使用这种橡胶，今年5月被评为全国领先水平，建议大力推广。我们加工这种橡胶材料来制造轮胎。这种加工方法的整个成型过程与传统的橡胶工艺相同。我们通过实验得到了很多轮胎。当时是批量准备的，通过了轮胎测试。这个轮胎装上车进行跑车实验。我们测试了它的湿抓地力、湿滑性和混凝土，得到了双B级。

我们开发了一种可生物降解的聚酯橡胶材料。为什么要开发这种材料？首先，废弃轮胎量非常大，运行过程中有碎片，每年超过100万吨。这个量很大，但是我们看不到。这个碎片进入PM2.5，微小颗粒进入河水和土壤，还有一部分进入人体，相当危险。海洋中一微米以下的颗粒物80%来自轮胎。这个数据对我们影响很大，所以基于这个考虑，我们应该生产可降解轮胎。

利用分子结构的设计，聚酯材料通常是结晶塑料，但通过分子结构的设计，解决了结晶问题，最终得到橡胶材料。这些年我们也做了很多工作。

2019年，我们在1000吨线上做了一些持续性的生产。今年，生物基可降解聚酯橡胶也被评为国际领先水平。

使用生物基可降解聚酯橡胶作为轮胎，这是我们在世界上第一个可降解轮胎。因为所有的橡胶材料都是不可降解的，这是目前唯一可降解的橡胶材料，是我们自主研发的。

这种材料是可生物降解的。我们发现这种材料在110天内降解率可以达到70%，完全变成水和二氧化碳，只有30%没有降解。我们也想知道……这30%会对水和土壤产生影响。我们也做了测试，发现土壤中的重金属和杂物都没有超标，种子的发芽率也提高了。我猜我们提供的有机物提供了养分。

我们在路上放了一块2 mm的，一点影响都没有。三个月后，质量没有变化。但是埋在土里3个月后质量会下降10%以上，所以这种轮胎在土里呆不了多久，正常的沥青路面是没问题的。我们把断面埋在土里，第一个月就降解了，几乎没有变化。第二个月表面开始出现一些霉菌，第三个月更明显，所以在土壤中的降解是一个缓慢的过程。

此外，我们还开发了另一个闭环。我们通过化学回收，将我们的轮胎材料通过醇解回收为原材料，然后重新聚合，再次制造轮胎。

橡胶方面，因为体系复杂，除了橡胶原料还有很多添加剂，我们团队这几年也研发了很多添加剂。这里面什么是比较好的工艺？它是用二氧化碳法制备纳米二氧化硅。这是我们行业中第一条完成碳集成二氧化硅的生产线。

接下来考虑废橡胶的回收。不管你降解不降解，回收都是一条重要的路线。每年产生3.8亿个废轮胎，所以我们需要对这些废轮胎进行综合回收，这是非常有意义的。包括这些轮胎，也是碳基来源，所以回收利用是实现二氧化碳排放峰值的重要途径。目前我们对它的回收主要是从绿化回收，要高价值。

回收方法之一是利用原型，比如把它放在船上防止碰撞。或者提炼成油和沥青铺路。最后一个方面是回收橡胶的利用，回收橡胶再加工成轮胎。其实废轮胎的处理也是很难的。它的碳足迹超过400公斤，所以这就是为什么我们应该回收它。基于这一问题，我们自己的团队开发了一套设备，采用多级螺杆和动态脱硫技术实现。这是整条生产线。废橡胶一头进去，再生胶一头出来，中间封闭。得到这个就可以做轮胎了。对于这种材料，我们可以实现连续加工应用。

这是我们自己的专业公司，绿金橡塑。我们在中策建设了八条生产线，年处理废轮胎90万条，实现经济效益2.5亿。此外，我们还在提升一带一路并将其出口到斯洛伐克。

最后，除了前两个考虑，我们还从燃油经济性的角度做一个节油轮胎。我们一起主要设计了一种超弹性材料，做成轮子后可以解决轮胎的魔三角问题。它不仅应该具有高的耐磨性，还应该具有高的耐湿性。左上角的图是耐磨，可以让我们的胎面用料更少，寿命更长。这就是碳减排的形式。另外，中间的图是滚动阻力。我们做完车轮后，滚动能耗特别小，所以我们的车在行驶过程中非常省油。对于有轨电车来说，它的行驶里程会更高，所以我们正在研发一些超低滚动阻力的轮胎，这将明显提高新能源汽车的行驶里程。

以上是我们在轮胎用低碳橡胶材料方面所做的工作。

标签：北京发现长安合创

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