綠色輪胎具有彈性好、滾動阻力小、耗油低、生熱低、耐磨、耐穿刺、承載能力大、乘坐舒適等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)輪胎比，凸現(xiàn)了環(huán)保、節(jié)能、新工藝、新材料等多方面的優(yōu)勢。 1.1 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)保意識的不斷提高，在繼續(xù)努力降低滾動阻力的同時，已開始重視使用不污染環(huán)境的材料制造輪胎，而且努力延長輪胎的行駛里程，以減少廢舊輪胎的數(shù)量。在大量的汽車使用綠色輪胎以后，對節(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。 1.2 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，同時車輪滾動的阻力也在增加。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。 1.3 超安全

　　綠色輪胎通過優(yōu)化胎體設(shè)計，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%。這對減少事故率和人員傷亡有著重大的意義。

　　從理論上講，降低汽車油耗的途徑有輕量化、減小輪胎滾動阻力及采用稀混合氣發(fā)動機(jī)等。實(shí)際上，只有減小輪胎滾動阻力才是最切實(shí)可行的綠色輪胎設(shè)計途徑，研究結(jié)果表明，輪胎的模具、花紋設(shè)計和輪胎結(jié)構(gòu)和材料均對輪胎滾動阻力有影響�？朔�輪胎滾動阻力消耗的燃油占汽車總油耗的14.4%，而僅由胎面產(chǎn)生的滾動阻力就占輪胎滾動阻力的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7.1%。降低胎面的滾動阻力并保證抗?jié)窕�性能良好將是綠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)計手段，來達(dá)到降低輪胎滾動阻力的目的�？梢灶A(yù)料，計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的介入和聚合物分子定向設(shè)計成果的推出，無疑將加速綠色輪胎開發(fā)進(jìn)程。

2.1.1 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%，滾動阻力降低20%-30%，可以節(jié)約油耗約6%-8%。也正因為這樣，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，滾動阻力呈下降趨勢。這是因為輪胎斷面寬增加而使胎側(cè)部剛性減小，而對滾動阻力影響較小的側(cè)部的變形增加，對滾動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降低滾動阻力有利。
　　如果胎圈部的填充膠條高度增高，則滾動阻力亦增加。因為隨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因胎側(cè)的剛性增加而使胎側(cè)部變形減小，而對滾動阻力影響較大的胎面部的變形相對增大，這會導(dǎo)致滾動阻力增加。目前，胎體結(jié)構(gòu)設(shè)計是向低斷面方向發(fā)展。 2.1.2 胎面

　　胎面半徑增大時，可降低輪胎的滾動阻力。這是因為胎面半徑增大時輪胎產(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兩部分構(gòu)成，其胎面與胎面基部膠具有不同的動態(tài)模量和tanδ。有關(guān)文獻(xiàn)指出，胎面動態(tài)模量大于胎面基部動態(tài)模量(≥8.5 MPa)，tanδ大于0.12，胎面基部厚度與胎面厚度之比為0.25-0.70。
　　 (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)計時必須能夠在不降低與滾動阻力相互矛盾的其他特性(濕滑性、安全性、振動性等)的前提下降低滾動阻力。作為具體的降低滾動阻力方案，必須綜合考慮輪胎形狀和橡膠配置，特別是要考慮對由復(fù)合材料構(gòu)成的帶束層、胎體簾布層滾動阻力的影響。作為輪胎結(jié)構(gòu)研究，不能僅憑過去的直覺和經(jīng)驗，還要用模擬技術(shù)來加速低滾動阻力輪胎的開發(fā)。
　　有限元法采用橡膠材料的能量結(jié)構(gòu)方程式已有數(shù)十年的歷史，已從線性彈性方程式過渡到 Mooney-Rivlin方程式，最近還在大變形領(lǐng)域引入了非線性結(jié)構(gòu)方程式。作為以輪胎為代表的許多工業(yè)橡膠材料使用的填充橡膠，在0-100%的應(yīng)變領(lǐng)域中的儲能模量、損耗模量、tan8這些黏彈特性使應(yīng)變具有非線性，一般被理解為佩因效應(yīng)(弗萊徹-金特效應(yīng))�？紤]這一點(diǎn)的非線性結(jié)構(gòu)方程式近幾年也被提出來了。在正常車輪轉(zhuǎn)動狀態(tài)下，應(yīng)變在輪胎變形中也占大部分，控制該應(yīng)變領(lǐng)域的黏彈性對控制輪胎滾動阻力也尤為重要。實(shí)際上，通過將表示填充橡膠在0-100%的應(yīng)變領(lǐng)域的儲能模量、損耗模量、tanδ這些黏彈特性的非線性黏彈性結(jié)構(gòu)方程式應(yīng)用于FEA，可使輪胎滾動阻力的預(yù)測精度較傳統(tǒng)預(yù)測有大幅度的提高。這樣一來，降低輪胎滾動阻力的輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計、新材料開發(fā)和配方設(shè)計的精度和效率就相應(yīng)地得到提高。目前已經(jīng)開發(fā)出通過用有限元法模擬輪胎滾動阻力，進(jìn)而進(jìn)行綠色輪胎設(shè)計的方法。
　　普利司通開發(fā)成功了可大幅度降低滾動阻刀，且可提高耐磨性的輪胎設(shè)計技術(shù)稱為普利司通生態(tài)輪胎設(shè)計技術(shù)。
　　普利司通開發(fā)設(shè)計技術(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，可大幅度降低對車輛燃料有很大影響的輪胎滾動阻力，而且可進(jìn)一步提高耐磨性。
　　如果輪胎負(fù)載轉(zhuǎn)動，則會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阻力。通過降低輪胎的滾動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阻力，這主要是通過開發(fā)橡膠材料來達(dá)到降低滾動阻力的目的。但是，采用能量損失少的橡膠會使耐磨性下降，這就對開發(fā)低滾動阻力輪胎出了難題。
　　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(為了降低滾動阻力)而引起的滾動阻力下降 。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2003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。通過裝車試驗表明(裝車試驗的輪胎規(guī)格為235/35R19，乘車人數(shù)4人，輪胎充氣壓力為230 kPa)，樣胎的耐磨性比同一規(guī)格的普利通輪胎高50%。

　　通常，降低輪胎滾動阻力有如下兩種基本方法： (1)減小輪胎質(zhì)量

　　減小輪胎質(zhì)量是降低輪胎滾動阻力最快速、最有效的方法。為了保證輪胎質(zhì)量小，在確保輪胎使用性能的前提下，必須采用最小的部件厚度。輪胎生產(chǎn)廠必須嚴(yán)格控制工藝，以保證部件達(dá)到最小厚度，絕不允許工廠采取擅自加大部件厚度的辦法來解決生產(chǎn)問題。采用輕質(zhì)材料制造各輪胎部件也是減小輪胎質(zhì)量的一種有效方法，采用芳綸帶束層替代鋼絲帶束層就是一個明顯的例子。 (2)減小材料能效

　　滯后損失)降低輪胎滾動阻力的第二種方法是減小輪胎材料的能量損失(滯后損失)。聚酯簾線的滯后損失較大，但經(jīng)過合適的改良后，有可能推出較小滯后損失的品種。

　　天然橡膠(NR)是非極性橡膠，雖然本身具有優(yōu)良的電性能，但在非極性溶劑中易溶脹，故其耐油、耐有機(jī)溶劑性差。NR分子中含有不飽和雙鍵，故其耐熱氧老化、耐臭氧化和抗紫外線性都較差，限制了它在一些特殊場合的應(yīng)用。但NR通過改性可大大擴(kuò)展NR的應(yīng)用范圍。 (1)環(huán)氧化天然橡膠

　　環(huán)氧化天然橡膠(ENR)是天然橡膠(NR)經(jīng)化學(xué)改性制得的特種天然橡膠。與NR相比，ENR具有完全不同的黏彈性和熱力學(xué)性能，如具有優(yōu)良的氣密性、黏合性、耐濕滑性和良好的耐油性。ENR可與極性填充劑(如白炭黑)強(qiáng)烈結(jié)合，在無填充劑時，ENR硫化膠仍能保持NR所具有的高模量和拉伸強(qiáng)度。ENR 50具有良好的耐油性和姐尼性，在輪胎胎面膠中應(yīng)用時，在沒有偶聯(lián)劑的情況下，ENR與白炭黑強(qiáng)的相互作用是提高滾動阻力和濕抓著力綜合性能的重要因素，ENR25與白炭黑/炭黑填充劑混合可獲得最佳的耐磨性。 (2)接枝天然橡膠

　　目前研究得最多的是甲基丙烯酸甲酯(MMA)與NR接枝共聚，MMA接枝NR伸長率大，硬度高，具有良好的抗沖擊性能、耐屈撓龜裂、動態(tài)疲勞性能、黏合性和較好的可填充性。工業(yè)上主要用來制造具有良好沖擊性能的彈性制品，如無內(nèi)胎輪胎中的氣密層等。如果與丁苯膠共混，可用作胎圈三角膠膠料，其生膠強(qiáng)度及與鋼絲圈的黏合力明顯提高，并能增加鋼絲圈的挺性，保持鋼絲圈的形狀穩(wěn)定。2.2.1.2 聚異戊二烯橡膠
　　異戊二烯的新發(fā)展是合成3，4-聚異戊二烯橡膠(高的玻璃化溫良)。這種橡膠與天然橡膠、丁苯橡膠、聚丁二烯橡膠并用可改善抓著性能。已研制成功異戊二烯與丁二烯的共聚物，還研究成功了異戊二烯與苯乙烯、丁二烯的三聚物。用這些橡膠制造的胎面膠具有良好的滾動阻力與濕路抓著力綜合平衡性能。
　　中國發(fā)明專利ZL95110352.0介紹了采用負(fù)載鈦催化異戊二烯本體沉淀聚合方法直接合成出反式-1，4-聚異戊二烯(TPI)粉料的新技術(shù)。據(jù)介紹，在胎面膠中以20-25重量份TPI取代等量丁苯膠制造的轎車和輕型載重半鋼子午胎，獲得了綜合行駛性能良好，而且百公里油耗試驗燃油消耗降低2.5%左右的效果。