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本期应粉丝要求，优先聊聊汽车轮胎。
汽车轮胎，作为车辆与地面接触的唯一部件且体积和重量最大的橡胶制品，承担着驱动、制动、方向控制、承载等重要作用。本期，我们先了解一下汽车轮胎的原料方面的知识。后续再逐步介绍汽车轮胎选用、保养、构造等相关方面的知识。
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汽车轮胎的原材料除了我们认识的橡胶外，还有各种添加剂、纺织材料、金属材料等，这些材料共同构成了轮胎的复杂结构和优异性能。
1.1 橡胶原料（轮胎的基础和灵魂）
橡胶是汽车轮胎的主要材料，橡胶原料根据来源的差异主要分为天然橡胶和合成橡胶。
视频同内容（橡胶原料）
1.1.1 天然橡胶
天然橡胶保证了轮胎在低温下的柔软性，但原料来源有限，且存在耐磨、热熔和抓地力方面的不足。
天然橡胶具有很高的弹性，生橡胶在常温下也具有良好的弹性，但随着加热会逐渐软化，可塑性增强；温度降低时，会逐渐变硬。同时，天然橡胶还具有较高的机械强度、良好的耐屈挠疲劳性能、滞后损失小、抗撕裂强度高、变形生热量低等特点。
天然橡胶为不饱和橡胶，易于和硫化剂进行硫化反应，与氧、臭氧发生氧化、裂解反应，耐老化性差。但添加了防老剂后，其耐老化性能可得到改善。此外，天然橡胶还易溶于汽油、苯等有机溶剂中。
天然橡胶广泛用于轮胎、胶带、胶管、胶鞋等橡胶制品的生产，同时也被用于医疗卫生、交通运输、农业、气象测量、科学实验、国防等领域。例如，日常生活中的雨鞋、暖水袋、松紧带，医疗卫生行业的外科医生手套、输血管、避孕套，交通运输中的各种轮胎，以及科学试验中的密封、防震设备等。
天然橡胶的利用历史可以追溯到古代中美洲和南美洲的当地居民。随着欧洲人的探险和殖民活动，天然橡胶逐渐被引入欧洲并得到广泛研究和利用。1839年，美国人固特异发明了橡胶硫化技术，使得天然橡胶的弹性得到保持并广泛应用于各种工业领域。此后，随着汽车工业的兴起和轮胎技术的不断发展，天然橡胶的需求量急剧增加并推动了橡胶产业的快速发展。
除了三叶橡胶树，银胶菊、蒲公英和杜仲这三种草本植物也能通过特定处理产生橡胶制品，分别称为“菊胶”、“蒲公英胶”和“杜仲胶”。它们的物理、化学性能远超传统橡胶树橡胶，是更优质的天然橡胶来源。然而，由于产能限制，这些新型橡胶虽性能卓越，但难以大规模生产。目前，已有企业在不同领域取得进展，如固铂、倍耐力推出“菊胶”产品，德国马牌和中国玲珑在“蒲公英胶”研究上有所成就，江苏通用则以“杜仲胶”轮胎闻名。
1.1.2 合成橡胶
合成橡胶是一种通过先进化学技术人工创造的高分子弹性材料，其特性能够媲美甚至超越天然橡胶。这种材料的生产起始于石油、天然气、煤炭等自然资源，经历一系列复杂的化学转化过程，首先将这些基础原料转化为合成橡胶的基本构建单元（单体）。随后，利用聚合或缩合等化学反应，将单体连接成长链分子，再经过凝聚、净化、干燥及成型等精细工艺步骤，最终制成具有高度弹性的高分子均聚物或共聚物。
合成橡胶以其卓越的弹性、良好的绝缘性、出色的气密性、对油类物质的抗性以及耐高温或低温等优异性能著称，其产品种类丰富多样，且不断向精细化方向发展。
由石油化工产品制成，具有优异的耐热、耐寒、耐老化性能。合成橡胶可以被制造成各种不同的组成成分，以适应轮胎成品性能的需求。常见的合成橡胶包括丁苯橡胶、丁基橡胶、顺丁橡胶等。
资料来源：公开资料，东海期货研究所整理
轮胎的构造
丁苯橡胶（SBR），作为一种广泛生产且成本效益高的合成橡胶材料，展现出在低温环境下依然保持卓越柔韧性的特质，并且其耐老化性能也极为出色。正是这些独特的性能优势，使得丁苯橡胶成为了轮胎制造中胎面部分的理想选择，经常被用于生产能够应对各种气候条件和长期使用需求的轮胎胎面。
丁基橡胶（IIR），在气密性方面展现出了无可比拟的优势，堪称橡胶界的佼佼者。由于其卓越的阻气性能，丁基橡胶成为了轮胎制造中气密层的首选材料，确保了轮胎长时间保持良好的气压稳定性。
顺丁橡胶（BR），特别适用于制造汽车轮胎和耐寒制品，其优异的性能使得轮胎在高速、节能、安全、环保等方面表现出色。此外，顺丁橡胶还可以用于制造缓冲材料、各种胶鞋、胶布、胶带和海绵胶等。
汽车轮胎是橡胶材料的重要应用领域之一。随着汽车数量的不断增加，对轮胎的性能要求也越来越高，包括耐磨性、耐热性、耐老化性等。
面对天然橡胶供应不足的问题，各国科学家开始尝试用人工方法合成橡胶。早在19世纪末至20世纪初，化学家们就开始了对合成橡胶的研究。
1909年9月12日，弗里茨·霍夫曼获得了第一个“人造橡胶生产流程”的专利，这标志着合成橡胶工业的开始。虽然早期的合成橡胶性能并不如天然橡胶，但这一发明为后来的发展奠定了基础。
随着化学工业的发展和技术的进步，合成橡胶逐渐实现了工业化生产。在第一次世界大战期间，由于天然橡胶供应短缺，德国率先实现了合成橡胶的工业化生产，并大量应用于军事领域。
随着合成橡胶技术的不断进步，其性能逐渐接近甚至超过天然橡胶。在汽车轮胎领域，合成橡胶的应用使得轮胎的耐磨性、耐热性、耐老化性等性能得到了显著提升。
1.2 轮胎胎圈钢丝（安全与性能的守护者）
轮胎胎圈钢丝，是专门用于轮胎胎圈部分的钢丝材料。它通常由高碳优质碳素结构钢制成，这种钢材有高强度、高韧性以及良好的抗疲劳性能。为了进一步提升钢丝与橡胶的结合力，钢丝表面通常会经过特殊处理，如镀铜、黄铜或青铜等金属镀层，这些镀层不仅能增强钢丝的耐腐蚀性能，还能显著提高钢丝与橡胶之间的粘附力，确保轮胎在复杂多变的行驶环境中保持稳定的结构。
轮胎胎圈钢丝的主要功能是将轮胎牢固地固定在轮辋上，同时承受来自车辆重量、行驶过程中的各种力以及轮胎内部气压的作用。它如同轮胎的“骨架”，为轮胎提供了必要的刚性和强度，防止轮胎在行驶过程中发生形变或脱落，从而确保车辆的安全性和稳定性。此外，胎圈钢丝还能有效分散轮胎受到的应力，延长轮胎的使用寿命，减少因轮胎损坏而导致的交通事故。
轮胎胎圈钢丝的生产是一个复杂而精细的过程，主要包括选材、预处理、轧制与拉拔、退火处理以及表面处理等多个环节。首先，需要选用符合标准的高碳优质碳素结构钢作为原材料；接着，对钢材进行除锈、清洗等预处理工作，确保钢丝表面干净无杂质；随后，通过轧制机组将钢材初轧成钢丝形状，再经过多道次拉拔工艺逐步减小钢丝直径并提高其强度；在拉拔过程中，还需对钢丝进行退火处理，以消除内部应力、提高韧性和可塑性；最后，对钢丝进行表面处理，如抛丸处理或电镀处理，以提高其表面光洁度和耐腐蚀能力。
1.3 帘布（隐形的力量守护者）
汽车轮胎的帘布，又称帘子布，是轮胎内部骨架结构的重要组成部分。它位于轮胎的胎体层中，由高强度、高韧性的纤维材料编织而成，如同一张巨大的网，紧紧包裹着轮胎内部的空气和机械部件。帘布的存在，不仅为轮胎提供了必要的支撑和强度，还确保了轮胎在充气和使用过程中的稳定性和安全性。
增强强度：帘布以其高强度、高韧性的特性，为轮胎提供了必要的骨架支撑。它能够承受轮胎在行驶过程中产生的各种力和压力，防止轮胎因过度变形而损坏。
提高耐久性：帘布可以延长轮胎的使用寿命。能够抵抗轮胎在滚动过程中产生的摩擦和磨损，减少轮胎的磨损速度，使轮胎更加耐用。
保持形状：帘布能够保持轮胎的圆形形状，确保轮胎在行驶过程中与地面保持稳定的接触面积，提高车辆的操控性和稳定性。
传递力量：帘布还承担着传递牵引力和制动力的重任。在车辆加速或制动时，帘布能够将力量均匀地传递到轮胎的各个部分，确保轮胎的响应迅速且准确。
帘布的材质多种多样，常见的有尼龙、聚酯、人造丝等高强度纤维材料。这些材料具有优异的力学性能、耐磨性和耐腐蚀性，能够满足轮胎在不同使用环境下的需求。同时，根据不同的轮胎类型和用途，帘布的种类也有所不同。例如，乘用车轮胎通常采用尼龙帘布或聚酯帘布，而商用车轮胎则可能采用更加强韧的钢丝帘布。
1.3 橡胶配合剂（科技与性能的完美融合）
橡胶配合剂有很多种，常见的有硫化剂、硫化促进剂、促进助剂、防老剂、补强填充剂、软化剂、着色剂、发泡剂等。
1.3.1 硫化剂
硫化剂，作为橡胶加工中的关键助剂，其主要功能是促进橡胶分子链间的交联反应，从而将原本线性的橡胶分子结构转变为三维网状结构。这一过程，即所谓的“硫化”，是橡胶制品制造中不可或缺的环节，对于显著提升橡胶制品的物理性能（如强度、弹性及耐溶剂性）具有决定性作用。含硫有机物硫化剂，如某些硫醇、硫醚类化合物，往往能提供更为均匀的交联分布，有助于提高橡胶的耐热性和耐老化性能。而过氧化物硫化剂，则以其高效的交联能力和较低的污染性受到青睐，适用于环保要求较高的产品生产。金属氧化物硫化剂，如氧化锌，则在某些特定配方中表现出色，能够调节硫化速率，优化硫化效果。
1.3.2 硫化促进剂
硫化促进剂作为橡胶加工中的核心助剂之一，其主要功能在于加速硫化过程，通过受热分解产生高活性分子，这些活性分子能在较低温度下有效催化硫与橡胶分子之间的交联反应。这一过程不仅显著缩短了硫化时间，还降低了硫磺的用量，同时对于提升橡胶的物理机械性能，如强度、耐磨性、抗老化性等，具有显著促进作用。
硫化促进剂可大致分为无机和有机两大类。无机硫化促进剂包括氧化钙、氧化镁等，它们在特定条件下能够辅助促进硫化过程，但相比之下，其应用范围和效果较为有限。而有机硫化促进剂，如促进剂D（二苯胍）、促进剂DM（二硫化二苯并噻唑）、促进剂TMTD（二硫化四甲基秋兰姆）等，由于具有更高的活性和更广泛的使用条件，因此在橡胶工业中得到了更为普遍的应用。
1.3.3 促进助剂
在橡胶工业中，促进助剂，亦被称为活性剂，扮演着至关重要的角色，它们通过增强硫化促进剂的活化能力，显著提升了橡胶的硫化效率和效果。这些助剂不仅加速了橡胶分子与硫化剂之间的交联反应，还促进了硫化网络的均匀形成，从而改善了橡胶制品的最终性能。氧化锌和硬脂酸是两种最为常用的橡胶促进助剂。
氧化锌作为一种无机化合物，不仅具有优良的化学稳定性和热稳定性，还能有效吸收橡胶加工过程中的酸性物质，保持硫化体系的酸碱平衡，进而提升硫化速度和交联密度。此外，氧化锌还能增强橡胶的耐热性、耐磨性和抗老化性能，对提升橡胶制品的综合品质具有显著贡献。
硬脂酸则是一种有机酸，它作为促进助剂使用时，能够与橡胶分子产生相互作用，形成一层均匀的润滑膜，有助于硫化剂在橡胶中的均匀分散和渗透。同时，硬脂酸还能与氧化锌等无机物形成复合物，这些复合物在硫化过程中起到桥梁作用，进一步促进了橡胶分子与硫化剂之间的交联反应。因此，硬脂酸的加入不仅提高了硫化效率，还改善了橡胶制品的表面质量和加工性能。
1.3.4 防老剂
橡胶老化是指橡胶材料在长时间使用过程中，由于与氧、臭氧等环境因素发生氧化反应，导致其化学结构逐渐破坏，进而引发机械性能下降和使用寿命缩短的现象。这一过程受到光、热等外部条件的催化作用，加速了老化的进程。
为了应对橡胶老化问题，工业上引入了防老剂这一关键助剂。防老剂根据其作用机制可分为物理防老剂和化学防老剂两大类。物理防老剂，如石蜡、地蜡、蜜蜡及硬脂酸等，主要通过在橡胶制品表面形成一层保护性薄膜，有效隔绝氧气和光线的直接作用，从而减缓橡胶的氧化老化过程。这种屏障作用对于延长橡胶制品的户外使用寿命尤为重要。
1.3.5 补强填充剂
补强填充剂在橡胶工业中占据核心地位，它们的主要功能是显著提升硫化橡胶的强度，同时增强其耐磨性、耐撕裂性和弹性。其中，炭黑作为最为关键的补强填充剂。
炭黑种类远超过52种，性能各异，能够满足不同橡胶制品对强度、耐磨性、耐撕裂性及弹性等性能指标的多样化需求。炭黑通过其独特的粒子形态、比表面积和表面化学性质，与橡胶分子形成强大的物理和化学结合，从而有效增强橡胶的力学性能。在橡胶加工过程中，炭黑能够均匀分散在橡胶基体中，形成稳定的补强网络。这种网络结构不仅提高了橡胶的拉伸强度和撕裂强度，还改善了其耐磨性和抗疲劳性能。此外，炭黑还能调节橡胶的硬度、定伸应力和压缩永久变形等物理性能，使橡胶制品更加符合实际应用的要求。
1.3.6 软化剂
软化剂的核心功能在于促进各类配合剂在橡胶基质中的均匀分散，进而显著降低胶料加工过程中的能量消耗，并有效缩短整体加工周期。在硫化前，软化剂能够显著增强胶料的粘性，使其更易于进行混合与成型操作；而在硫化后，则能提升橡胶与接触材料之间的附着力，这对于压延、压出等成型工艺尤为重要。
部分软化剂还具备赋予硫化胶特殊性能的能力。例如，邻苯二甲酸二丁酯（DBP）作为一类常用的软化剂，不仅能改善橡胶的加工性能，还能显著提升橡胶的耐寒性，使其在低温环境下依然保持良好的弹性和柔韧性。
机械油、凡士林等烃类软化剂因其良好的相容性和润滑性而被广泛应用；而石蜡、沥青等则因其能在橡胶中形成微细分散相，有助于降低胶料粘度，提高加工效率；煤焦油作为一类复杂的混合物，则因其特有的组成和性质，在某些特定橡胶制品中展现出独特的软化效果。
1.3.7着色剂
在橡胶工业中，着色剂主要分为无机着色剂和有机着色剂两大类。
无机着色剂，实质上是一类无机颜料，以其卓越的耐候性、耐热性和化学稳定性而著称。在白色着色剂中，钛白粉以其高白度、强遮盖力和良好的分散性脱颖而出，成为首选。而对于红色、黄色、蓝色、绿色及黑色等色彩，则分别有氧化铁、铁红、锑红、铬黄、群青、氧化铬及油黑等无机颜料可供选择。这些无机着色剂不仅色彩鲜艳、持久，还能在一定程度上增强橡胶制品的物理性能。
有机着色剂则主要由有机颜料和某些特定染料构成，它们通常以有机化合物的钡盐或钙盐形式存在。这类着色剂色彩丰富多样，如立索尔大红带来的鲜艳红色、汉沙黄G展现的明亮黄色、酞青绿赋予的清新绿色以及酞青蓝呈现的深邃蓝色等，均能满足不同橡胶制品对色彩的多样化需求。有机着色剂具有良好的着色力和透明度，能够赋予橡胶制品更加生动、自然的色彩效果。同时，它们还具有良好的分散性和加工性能，有助于简化橡胶制品的生产工艺并提高生产效率。
1.3.8 发泡剂
发泡剂是橡胶工业中制造海绵橡胶和微孔橡胶的关键。在硫化过程中，发泡剂受热分解产生气体，使橡胶内部形成微孔。
海绵橡胶的生产，碳酸氢钠（也称为小苏打）是广泛采用的发泡剂之一。碳酸氢钠在高温下迅速分解，产生二氧化碳气体，这些气体在橡胶内部膨胀并固化，最终形成海绵状的多孔结构。这种结构使得海绵橡胶具有优异的柔软性、弹性和吸震性能，广泛应用于坐垫、鞋垫、隔音材料等领域。
微孔橡胶的制造，则更多依赖于高效、可控的发泡剂，如发泡剂D（偶氮二甲酰胺）、发泡剂P（五氯硫酚）以及发泡剂T（硫代氨基甲酸酯类）等。这些发泡剂在特定的温度和条件下分解，释放出氮气或其他惰性气体，精确控制橡胶内部的微孔大小和分布，以实现微孔橡胶所需的物理性能和外观效果。微孔橡胶因其独特的微孔结构而具有优良的透气性、透湿性、吸音性以及较低的密度和优良的力学性能，被广泛应用于鞋垫、轮胎、密封件、隔音材料等领域。
汽车轮胎，这一看似简单的环形橡胶制品，实则蕴含了复杂而精细的原材料构成与高科技制造工艺。橡胶、配合剂、钢丝与帘布，这四大核心原材料如同精密的齿轮，紧密协作，共同驱动着轮胎性能与安全的双重飞跃。而展望未来，随着科技的日新月异与环保理念的深入人心，汽车轮胎的原材料选择与制造工艺正步入一个全新的发展阶段，为汽车工业的可持续发展注入强劲动力。
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