

图1、2:“新榨”轮胎:橘油材料
通常,植物中提取的油成分可用作轮胎橡胶操作油,以添加剂的身份提升橡胶材料性能。例如米其林MXM4轮胎使用了葵花籽油,而横滨轮胎(Yokohama Tire,亦称优科豪马轮胎)则是将橘油作为新型轮胎的材料。
横滨轮胎采购高质量的柑橘产品,从中提炼出化合物柠檬油精/柠檬烃(Limonene,化学名为二戊烯),作为生产轮胎的原料。
目前横滨轮胎公司有两个型号的轮胎产品使用了柑橘中提取的二戊烯材料:一个型号是Advan ENV-R2赛车轮胎,用于公司赞助的PAtrón车队参加GT3挑战赛和ALMS锦标赛的车型;另一个型号是dB SuPEr E-spec乘用车轮胎,用于混合动力车与低油耗紧凑型车。
轮胎制造商一直致力于寻找最佳性能的橡胶复合材料,即具有更大的抓地力与更小的滚动阻力的特性。横滨轮胎公司宣称,其Advan ENV-R2赛车轮胎和dB SUPer E-spec乘用车轮胎的胎面采用了注入式橘油材料,定名为超级纳米作用力橡胶复合材料(Super Nano-Power Rubber Compound),使轮胎在抓地力和滚动阻力方面完全满足了需求。与传统石油提取橡胶材料制成的胎面相比,橘油橡胶材料的轮胎胎面黏性具有更好的温度敏感性,能根据温差变化作出调整。
当行驶速度较低、轮胎滚转频率较低时(如普通公路行驶),这种橘油橡胶材料具有较高的黏度系数(较低的黏性),从而降低了粘滞效果带来的滚动阻力。倘若温度升高,例如在刹车、转弯或者加速过程中,则该材料具有较低的黏度系数(较高的黏性),让胎面复合材料与地面之间能够产生更高的黏合效果,比传统低滚动阻力轮胎提供更高的抓地力。

图3:横滨轮胎宣称,其最新轮胎的胎面采用了注入式橘油材料,可提供更大的抓地力,并减小了滚动阻力

图4:dB super E-spec轮胎胎面

图5:橘油作为橡胶操作油可改善轮胎性能
早在2007年dB super E-spec系列轮胎推出之时,横滨轮胎公司便着手解决抓地力和滚动阻力之间的矛盾抵牾。采用橘油作为橡胶操作油,不但可以提高燃油经济性,同时有利于改善在湿地与干燥地表等不同路面上行驶的性能,还能提高驾驶的安静性与舒适性。根据实验和计算,滚动阻力降低之后,燃油效率可提升20%左右。到2009年,横滨轮胎公司就已经开始对外宣传Advan ENV-R1轮胎的环保性,而Advan ENV-R2在其基础上进一步提升了性能。
通常来说,胎面复合材料主要构成成分为高弹性聚合物材料(俗称橡胶,主要包括苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶等)与碳黑。后者同样也是从石油副产品中提取成分,用于增加橡胶材料的强度。而橡胶操作油则在处理过程中帮助橡胶主要成分更好地实现混合。目前横滨轮胎公司尚未公布Advan ENV-R2赛车轮胎和dB Super E-spec乘用车轮胎采用橘油成分的精确比例数字,不过通常胎面复合材料中橡胶操作油的比例都在10%以下,而橘油只是取代了普通橡胶操作油中的一小部分。因此横滨轮胎公司鼓吹橘油的使用可明显降低对石油产品的依赖,属于一定程度上的夸大。
从横滨公司公开的数据看,dB Super E-spec乘用车轮胎比普通轮胎的石油产品用量骤减80%之多。这其实与橘油功效被夸大并不矛盾,该降幅很大程度上是因为胎面复合材料中大量使用了天然橡胶而不是石油中提取的人工合成橡胶。通常轮胎中含有天然橡胶成分较少,而横滨轮胎公司的产品中,早期型号的天然成分便已经达到15%以上。按照重量计算,天然橡胶是横滨轮胎公司产品材料中比例最大的成分。

图6:Patrón车队的赛车采用了Advan ENV-R2赛车轮胎

图7:车手对于Advan ENV-R2赛车轮胎的性能称赞不已
dB Super E-spec的子午线轮胎带束层以人造纤维材料制成,该材料从植物纤维衍生而来。相形之下,大多数普通轮胎的子午线轮胎带用石油基尼龙/玻璃纤维制成。这与其作为子午线轮胎的设计结构有关。
通常斜交轮胎胎体的帘线相互交叉排列,而子午线轮胎胎体的帘线与外胎断面接近平行,类似地球子午线排列,帘线角度小至接近0°,胎体帘线之间没有维系交点。行驶过程中,轮胎冠部周围应力增大,导致周向伸张,胎体成辐射状裂口。此时斜交轮胎的主要受力部件是胎体的帘布层,承担80%到90%的内应力;而子午线轮胎的主要受力部件是胎体用于缓冲的带束层(Radial Belt),承担60%到70%的内应力。子午线轮胎的缓冲带束层采用接近周向排列的打交道帘线层,与胎体帘线角度成接近直角相交(一般70°到78°),形成刚性较高的环形带,用于固定整个轮胎、限制轮胎的周向变形。这就要求带束层具有良好的刚性,也是dB Super E-spec选择人造纤维材料的原因。
在实际使用过程中,横滨公司的新型橘油轮胎效果得到了证实。2010年3月份,美国佛罗里达州赛百灵国际赛车道(Sebring International Raceway)上,Ross Smith驾驶采用Advan ENV-R2赛车轮胎的保时捷911 GT3,创下了新的赛道纪录:2:08.097。包括Ross Smith在内的多名车手对于橘油轮胎的抓地力等性能交口称赞。
那么,为何其他轮胎没有大量采用天然橡胶与橘油?主要原因在于两种成分的成本和稀缺性。以2010款本田思域混合动力车的dB Super E-spec为例,从tirerack.com网站给出的报价看,单价比下一代横滨轮胎的普通轮胎产品高出20美元。因而这其中的性能、环保与成本矛盾依然未能得到终极解答。







