【原创】轮胎企业陷“幸福的烦恼”，全产业链迎涨价潮，这些无机填料关注起来

中国粉体网讯  随着中国新车销量的增加，轮胎用天然橡胶的需求也出现增长。据法国米其林集团，2023年12月中国的新车轮胎需求同比增长30％。

（图源：Pixabay）

另据财经媒体报道，春节过后，轮胎行业海外需求持续旺盛，企业订单饱和成为轮胎行业写照，加班赶工甚至成为部分企业“幸福的烦恼”。玲珑轮胎、森麒麟及三角轮胎等多家胎企都因订单较多导致企业假期减少，轮胎行业整体产能利用率快速提升。

同时，随着胎企原材料库存的去化，轮胎产业链景气度向上游进一步延伸。近期，包括天然橡胶、丁二烯、炭黑和橡胶助剂等上游产品价格集体走高，部分产品月内价格涨幅超过10%。

在轮胎产业链上游中，橡胶填料指的是能提高橡胶加工性能、改进物性（如强度、耐用性等）、增加体积、降低成本的物质，在橡胶领域中占有非常重要的地位。

橡胶填料按功能可分成两大类，一类是作为改进橡胶物性用的补强剂，如炭黑以及二氧化硅（白炭黑）；另一类是作为降低成本用的增量剂，例如碳酸钙、陶土等。

在轮胎橡胶中，橡胶填料的用量已占到轮胎橡胶配方用量的2/3以上，因此橡胶填料是轮胎橡胶组合物中最重要的配合材料，是仅次于橡胶主料的橡胶成分，也被人们称为橡胶副料。

炭黑

炭黑是以油类或天然气为原料经高温不完全燃烧裂解而制造的，由于制造方法和原料的不同，可粗略分为接触法炭黑(如槽法炭黑、混气炭黑)、炉法炭黑(如油炉法炭黑和气炉法炭黑等)和热裂解法炭黑(如乙炔炭黑等)三类，其中炉法炭黑得到广泛的应用。

炭黑在不同橡胶中的分布不同，其中顺丁橡胶因为柔性大，不饱和度高，与炭黑的结合力最强。而丁基橡胶因不饱和度低与炭黑结合力最弱。两种橡胶的不饱和度相差越大，共混时两胶相中炭黑含量差别越显著。橡胶的黏度会影响炭黑的分布。一般，炭黑倾向于分布在黏度较低的胶相中。

高性能炭黑的特点是粒径小、结构适宜、聚集体分布尺寸较窄、表面活性高。

白炭黑

白炭黑的化学名称是水合无定形二氧化硅(SiO2·nH2O)，SiO2含量>90%。白炭黑表面有很强的化学吸附活性，与表面羟基有关，它可以和水以氢键形式结合，形成多分子吸附层。

分类方式一般是按照生产方法分，可分为气相法白炭黑和沉淀法白炭黑。其中，沉淀法主要应用于鞋类、轮胎和其他橡胶制品中。

为改善白炭黑的分散和补强效果，需要对白炭黑进行表面改性。目前主要的方法有表面活性剂改性，偶联剂改性、无机物包覆、聚合物接枝改性以及乳液聚合改性等。

碳酸盐类

碳酸钙

可分为纳米级碳酸钙和改性碳酸钙。其中纳米活性碳酸钙由于其自身的性能特点有着十分广泛的应用。之所以称为纳米活性碳酸钙，顾名思义，其粒径十分小，仅有15～30nm左右，而且表面具有极高的活性，比表面积较大。因此，纳米活性碳酸钙不仅能够用作胶料的填充剂，还具有较高的补强性能，能够使胶料获得更强的物理性能。

除此之外，纳米活性碳酸钙的应用，还能够极大程度上降低胶料的造价。当前，我国已经有很多企业在生产纳米活性碳酸钙，而且很多轮胎在生产的过程中也会应用这种材料。

白云石粉

主要成分是CaMg[CO3]2，利用白云石生产橡胶通用型钙镁粉，添加在天然橡胶和合成橡胶中，主要起到填充和着色的作用，补强性能较弱。在性能方面添加白云石粉的胶料与添加轻钙粉的胶料没有过多差异，但是白云石粉的成本要低于轻钙粉。

硅酸盐类

陶土

轮胎制造过程中，根据轮胎生产工艺要求，可以加入陶土。陶土作为轮胎的一种填充剂，降低成本使用。但必须是活性陶土，便于与橡胶相结合。活性陶土或改性陶土，可在配方中部分替代炭黑。

研究表明，随着陶土用量增加，胶料的硬度、300%定伸应力和拉伸强度略有下降，但可以通过调整硫化体系获得弥补。使用在胎面配方中，在优化体系后，还可以达到降低滚动阻力的效果。

硅铝炭黑

是以煤矸石为主要原料，经过筛选、粉碎、焙烧等物理方法加工而成，主要成分是二氧化硅、三氧化二铝以及碳类物质。为提高其补强效果和应用价值，对硅铝炭黑的表面进行活化改性后，硅铝炭黑在天然橡胶中的填充效果与SRF相近，在丁苯橡胶中略优于陶土，可以作为轮胎行业使用的优良的补强填充剂。

硫酸盐类

硫酸钡

能够有效增强轮胎橡胶、胶带等橡胶制品的抗老化性以及耐候性，除此之外，还能够提升橡胶制品表面光滑度，作为一种粉体形态的橡胶填料，不仅能够提高上粉率，而且在经济成本方面具有明显的优势。

硫酸钙

硫酸钙主要以硫酸钙晶须的形式用于橡胶改性，硫酸钙晶须以天然石膏为原料采用水压热法和常压酸化法制备，是一种以单晶形式生长的新型针状、横截面均匀、完整外形、内部结构完善的纤维状亚纳米材料，具有高强度、高模量、高韧性、高绝缘性、耐磨耗、耐高温、耐酸碱、抗腐蚀、红外线反射良好、易于表面处理、易与聚合物复合、无毒等诸多优良理化性能。

活性超细硫酸钙可以部分替代白炭黑用于SBR橡胶中，得到相近的物理机械性能，由于其密度较白炭黑小，因此产品更轻，成本更有优势。在天然橡胶中，采用改性硫酸钙可以部分替代碳酸钙或者陶土，制成的轮胎配方，产品性能不受影响，还可以进一步降低胶料成本。

其它填料

碳纤维

是由有机纤维或低分子烃气体原料加热到1500℃所形成的纤维状碳材料，其含碳量为90％以上。碳纤维作为填料可以应用在轮胎体系的多个部分，如胎侧，胎面和胎圈等，其所起的作用也各有不同。

碳纳米管

碳纳米管（CNTs）是碳原子在一定条件下聚集而成的类似石墨结构六边形网络卷绕的中空管状结构，分为单层（SWNTs）和多层（MWNTs）纳米管。CNTs独特的结构使其具有超高的强度、极大的韧性、独特的导电及导热等优异性能，用作增强剂可极大地改善复合材料的力学性能，其可为橡胶基体提供极好的补强性能并提高其抗疲劳性能，并且其导热、抗撕裂以及耐磨性能优异，因此使用CNTs填充橡胶复合材料，对制备具有低滚动阻力的轮胎具有重大意义。

玻璃纤维

橡胶增强用的玻璃纤维一般采用玻璃（即无碱玻璃）制作，若要求强度高，可采用Ｓ玻璃（即高强玻璃）。为了把玻璃纤维用于增强橡胶，玻璃纤维和橡胶的结合性能必须加以改善，对其耐屈挠、耐磨性也需要改进。玻璃纤维与橡胶的黏结，关键在于所采用的黏结剂。一般轮胎用的玻璃纱线用间苯二酚甲醛胶乳作为黏结剂进行单丝处理，以防单丝间相互磨损。

参考来源：

【1】关于各项填料在汽车轮胎中的应用分析，郁镇寅，同济大学

【2】轮胎橡胶填料技术综述，李颀等，国家知识产权局专利局审查协作北京中心

（中国粉体网编辑整理/平安）

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