【海川科技前沿】青岛大学高性能子午线轮胎生产体系的关键技术装备与产业化

我国是世界第一大轮胎生产与消费国，2023年轮胎产量约占全球56%，已成为中国制造的重要标志。近年来，欧美等发达国家通过轮胎标签法、轮胎“双反”调查以及技术壁垒等手段来制约中国橡胶轮胎行业的高质量发展。

　　基于此，青岛科技大学联合益阳橡胶塑料机械集团有限公司、中策橡胶集团股份有限公司、青岛双星轮胎工业有限公司、浦林成山(山东)轮胎有限公司和特拓(青岛)轮胎技术有限公司等单位组建研究团队，成功研发出高性能子午线轮胎生产体系的关键技术装备与产业化，并在30余家企业中获得产业化应用，相关产品销往欧美等100多个国家和地区，为中国轮胎由“中国制造”迈向“中国创造”奠定了技术基础。该技术于日前获得2024年度中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖。

　　据该成果第一完成人青岛科技大学汪传生教授介绍，如今全球橡胶轮胎行业竞争，技术创新是关键。为此，研究团队紧紧围绕橡胶轮胎行业高质量发展的痛点难点问题开展技术攻关，实现了技术装备、轮胎设计和工艺技术三方面的重大创新。

　　一是技术装备创新，发明出子午线轮胎胶料高质高效连续混炼方法与成套装备。轮胎胶料的混炼过程中，填料的均匀分散和橡胶基质分子链的适宜长度是决定轮胎性能的关键因素。橡胶材料对剪切的高度敏感性增加了混炼过程的复杂度。在混炼时，橡胶容易迅速升温，进而导致在高温条件下发生分子链氧化断链，这对保持材料性能稳定性构成了巨大挑战。此外，剪切变稀现象导致胶料黏度下降，使得纳米级填料聚集体难以有效破碎和均匀分散，从而影响最终产品的质量和性能。传统的“密炼—停放—密炼”多段混炼模式，虽解决了温度控制问题，却导致生产效率大幅降低，多次加热和冷却产生的无效热历程极大浪费了能源，混炼过程能耗占据了轮胎制造总能耗的55%左右。这不仅反映了橡胶混炼技术的复杂性和加工难度，也凸显了行业迫切需要技术创新，以实现高效、低碳、可持续发展。

　　面对这一挑战，研究团队攻坚克难，在国际上首次提出了串联式连续混炼新概念和恒温强剪切反应混炼新机制，发明了“空间适时迁移”的模块化组合式混炼方法与技术，研制了功能性转子的系列串联式连续混炼成套装备，攻克了混炼恒温调控与剪切速率协调平衡难题。与传统混炼技术相比，新技术产能提升40%以上，能耗降低25%以上，分散度提高2至3级，综合性能提高15%~20%。依托该技术，在益阳橡机建成国内首个密炼机数字化制造基地，成为我国橡胶机械行业数字化制造标杆。

　　二是轮胎设计创新，研发出高性能子午线轮胎趾口和胎肩耐脱层系列新结构。轮胎是多种材料复合而成的柔性壳体。在轮胎退赔的所有质量问题中，占比80%以上的趾口和胎肩脱层问题严重影响轮胎使用寿命和行车安全，成为子午线轮胎的一大顽疾。

　　面对这一难题，研究团队迎难而上，厘清了轮胎脱层问题主要源于轮胎几何结构、物理非连续及使用过程应力、疲劳、热、氧的综合循环作用。由此，研究团队首次提出并建立了“轮胎疲劳失效热力耦合”模型，并结合自主研发的热力学仿真软件，创新结构优化设计方法，发明了系列新结构，解决趾口和胎肩应力集中与热聚集难题，在国际上形成中国轮胎抗载安全的特色和优势。与国际轮胎巨头相比，采用该结构的轮胎耐久性提高20%以上，胎圈耐久性提高3倍以上，产品性能国际领先。

　　三是工艺技术创新，开发出高性能子午线轮胎生产体系成套工艺技术软件包。轮胎制造加工工艺也是影响轮胎质量的重要因素。混炼胶质量批次不稳定、胶料半成品中的气孔、杂质、凝胶等微缺陷是诱发轮胎脱层、降低轮胎耐久性和抗载性的根本原因。而现有的轮胎制造工艺技术难以满足高性能子午线轮胎的质量稳定性、智能化生产和数字化管理等一系列需求。

　　基于这些需求，研究团队凝心聚力，成功构建了轮胎全生命周期数字化设计管理平台，开发了智能制造成套工艺包，形成了智能设计、智能控制、智能生产的轮胎制造全产业链技术路线与工艺流程，建成了绿色轮胎智能制造试点示范线，并实现产业化。

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