炭黑產(chǎn)業(yè)網(wǎng)據(jù)世界橡膠展消息，今年8月，美國(guó)MRD公司(Molecular Rebar Design LLC)獲得美國(guó)能源部科學(xué)辦公室(EOS)頒發(fā)的小型企業(yè)創(chuàng)新研究撥款115萬(wàn)美元，與固特異輪胎一起開發(fā)、建造和測(cè)試有機(jī)硅烷功能化碳納米管的電動(dòng)汽車原型輪胎，研究的核心是電動(dòng)汽車輪胎胎面。
MRD公司發(fā)明了一種有機(jī)硅烷功能碳納米管，稱為分子鋼筋，Moleclar Rebar(MR)。
固特異將對(duì)帶有有機(jī)硅烷分子的原型輪胎進(jìn)行測(cè)試，與電動(dòng)汽車上使用的現(xiàn)有輪胎進(jìn)行比較。該原型測(cè)試和演示的成功將是在未來輪胎生產(chǎn)中實(shí)施該新技術(shù)的關(guān)鍵一步。
除了固特異，LARTA研究所是該項(xiàng)目的分包商，這將有助于MRD的業(yè)務(wù)發(fā)展和后期的商業(yè)規(guī)劃。
該項(xiàng)目為期兩年，將于2024年8月結(jié)束。目前看，第一階段的成果令人滿意。
電動(dòng)汽車越來越受歡迎，但它們比典型的內(nèi)燃機(jī)車輛更重，瞬時(shí)扭矩更高。因此，電動(dòng)汽車輪胎的磨損速度比柴油汽車輪胎快10%-30%。
雖然當(dāng)今電動(dòng)汽車的普及率越來越高，但根據(jù)能源部對(duì)EV輪胎胎面的要求，目前的輪胎技術(shù)不能完全滿足其性能需求。美國(guó)能源部、MRD和固特異認(rèn)識(shí)到，在胎面磨損、滾動(dòng)阻力和重量之間的權(quán)衡中，有很多提升的空間。
MRD橡膠開發(fā)主管August Krupp表示：“我們很高興能在美國(guó)能源部的支持下繼續(xù)創(chuàng)新MRD的硅烷項(xiàng)目。電動(dòng)汽車為輪胎行業(yè)提出了一系列新的性能要求，我們認(rèn)為MRD的新型有機(jī)硅烷改性材料可以滿足或超過這些性能要求。”
固特異材料科學(xué)總監(jiān)Eric Mizner表示：“固特異作為新能源汽車領(lǐng)域的開發(fā)者，已根據(jù)電動(dòng)汽車獨(dú)特的負(fù)載、扭矩、噪音、續(xù)航里程、滾動(dòng)阻力和性能要求定制了輪胎，以應(yīng)對(duì)汽車電動(dòng)化的日益增長(zhǎng)。我們很高興與MRD合作，幫助繼續(xù)提高EV輪胎的性能。”
能源部第一階段的目標(biāo)是：生產(chǎn)的輪胎胎面膠總填料的密度降低約7%，使重量更輕的輪胎成為可能;滾動(dòng)阻力減少10%;熱量積聚減少7%，韌性增加大約25%。
從目前的試驗(yàn)結(jié)果，MRD的結(jié)果超過了這些參數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)的胎面膠相比，Molecular Rebar?硅烷改進(jìn)的輪胎胎面膠，耐磨性提高25%以上，密度降低6-7%，滾動(dòng)阻力及熱積聚降低20%。
能源部表示：第一階段的功能化碳納米管硅烷改善了輪胎胎面性能。這些結(jié)果通過減少典型材料的使用，并以較少數(shù)量的新型、高度增強(qiáng)的功能化硅烷代替。
在第二階段，將創(chuàng)建第一階段開發(fā)的新型材料在商業(yè)上可行的產(chǎn)品形式。該產(chǎn)品形式的開發(fā)將側(cè)重于輪胎制造商的易集成性和提高輪胎性能的一致性。隨后，固特異公司將在輪胎胎面混煉膠中使用新產(chǎn)品來制造原型輪胎，并進(jìn)行測(cè)試，證明這些具有新型功能化的材料對(duì)輪胎商業(yè)化的可行性和價(jià)值。
August Krupp表示，我們正在探索保持碳納米管功能性和分散能力的不同方法，同時(shí)確保開發(fā)的產(chǎn)品形式足以滿足典型的工業(yè)混煉膠及輪胎制造工藝的要求。
此前，分散性差阻礙了碳納米管的商業(yè)應(yīng)用。我們通過以下方式實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化的發(fā)明和應(yīng)用，利用羥基和羧基官能化的CNT與有機(jī)硅烷和橡膠本身化學(xué)結(jié)合，生產(chǎn)離散的表面定制的碳納米管MolecularRebar，具有了規(guī)模化生產(chǎn)離散的表面定制碳納米管的能力。
從表面看，MD與其他碳納米管在物理上是相似的，但我們的產(chǎn)品尺寸更小、長(zhǎng)徑比也不同，化學(xué)功能完全不同。我們相信，MD未來不同功能的應(yīng)用，以改進(jìn)易變形的彈性體、部件和輪胎。
作為一種創(chuàng)新的產(chǎn)品添加劑，MR可以與其他傳統(tǒng)填料結(jié)合使用，如炭黑和二氧化硅。我們發(fā)現(xiàn)，使用填料的混合結(jié)構(gòu)，性能和成本達(dá)到最有效的配比。對(duì)于商業(yè)化產(chǎn)品，MRD通常會(huì)取代少量的炭黑，對(duì)磨損以及滾動(dòng)阻力改進(jìn)。
混煉膠中炭黑依舊保留，在胎面膠中替換現(xiàn)有二氧化硅，在最近的國(guó)際彈性體會(huì)議上，我們?cè)谡撐闹刑岢鯩R最高可以替代一半的二氧化硅含量。通過保持一定的二氧化硅含量，我們使用Molecular Rebar(MR)對(duì)補(bǔ)強(qiáng)劑的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。
在能源部與固特異合作的項(xiàng)目中，對(duì)于我們而言，這一階段將決定硅烷MR材料的產(chǎn)品形式。99%的硅烷MR組合物已經(jīng)完成，但有一些參數(shù)需要滿足產(chǎn)品形式。
首先，原型胎面必須保持或允許“原始分散”橡膠中硅烷MR的含量。此外，胎面必須允許MR硅烷聚合物耦合，這提供了良好的填料-聚合物相互作用。從生產(chǎn)的角度，MRD公司必須能夠以合理的規(guī)模和成本制造這種材料，同時(shí)滿足輪胎制造商能夠使用現(xiàn)有的技術(shù)完成輪胎的生產(chǎn)。
與目前可用的其他補(bǔ)強(qiáng)填料相比，碳納米管在荷載作用下補(bǔ)強(qiáng)更加有效。在輪胎胎面中使用少量的MR可以最大限度地減少與輪胎開發(fā)相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，胎體未進(jìn)行改性，纖維聚合物連接未發(fā)生變化，只有胎面膠本身成分不同。輪胎制造商可利用新的胎面膠特性優(yōu)化胎面設(shè)計(jì)。
從長(zhǎng)期發(fā)展看，我們的MR也可以用在輪胎胎體設(shè)計(jì)上，但不是這個(gè)項(xiàng)目需要考慮的。
(原標(biāo)題：碳納米管改性電動(dòng)汽車輪胎胎面的進(jìn)展)
