绿色轮胎给沉淀法白炭黑带来的机遇与挑战

刘希春，朱信明，刘琼琼，孙 鹏，丛后罗，程 源

（1.徐州工业职业技术学院，江苏徐州221140；2.北京化工大学）

综述与专论

绿色轮胎给沉淀法白炭黑带来的机遇与挑战

刘希春1，朱信明1，刘琼琼1，孙 鹏1，丛后罗1，程 源2

（1.徐州工业职业技术学院，江苏徐州221140；2.北京化工大学）

介绍了绿色轮胎的由来、含义、配方特征及白炭黑主材地位的确立。通过回顾白炭黑在传统轮胎和在绿色轮胎上各发展阶段的应用，分析了绿色轮胎对白炭黑的消费潜力。指出中国绿色轮胎正处在产量释放的初期，即将进入高速发展期。在此背景下白炭黑面临着机遇与挑战。机遇：1）绿色轮胎给白炭黑创造了广阔的市场；2）绿色轮胎促使加快产业转型升级步伐。挑战：1）市场门槛提高，亟须产业转型升级；2）外资企业抢先占领市场；3）生产技术与产品质量不适应；4）创新能力弱，核心技术缺乏。白炭黑企业只要抓住机遇，勇于接受挑战，加快技术创新，提升产业发展水平，就一定能实现跨越式发展。

轮胎；沉淀法白炭黑；机遇；挑战

“绿色轮胎”一词源于法国米其林公司，1992年该公司利用溶聚丁苯橡胶（SSBR）与沉淀法白炭黑（以下简称白炭黑）等组成的配方，研发成功的一种具有低滚动阻力、高抗湿滑性、高耐磨耗性，以及低噪声、低废气排放量的轮胎，称为安全、环保、节能轮胎（SEE）。研发者为倡导1989年在欧洲刚刚兴起的绿色经济理念，将其命名为“绿色轮胎”，绿色轮胎的制造技术也冠以“绿色轮胎技术”的名称［1］。

中国发展绿色轮胎起源于欧盟 “轮胎标签法”。2009年，欧盟颁布了EC661/2009《欧盟汽车一般安全的型式认证要求》和EC1222/2009《有关燃油效率及其他基本参数的轮胎标签》，对轮胎滚动阻力、湿路面抓着性及噪声性能提出了要求［2］，并将该性能综合划分为7个等级，最佳的为A级，最差的为G级。达不到最低限定值（F级）的轮胎不得在欧盟境内销售［3］。该法2012年11月1日起强制实施，倒逼中国轮胎行业接受严峻考验［4］。为此，2012年中国正式启动绿色轮胎产业化战略，制定实施滚动阻力、湿滑性能和噪声限制的标准，推进绿色轮胎产业化。并以绿色轮胎为基础，实现轮胎的升级换代。

绿色轮胎的核心技术是 “高性能子午胎配方”。配方的主要特点：1）主体橡胶以SSBR为主；2）补强体系以白炭黑（SiO2）为主，填充量高达50～80份或全部替代炭黑［5］。

有人把这种高填充二氧化硅配方称为 “富含硅配方”。正是这“富含硅配方”使白炭黑一跃成为绿色轮胎制造的两大主材之一，其命运也与绿色轮胎紧紧联在一起，机遇难得，挑战空前。

1 绿色轮胎给白炭黑带来的机遇

1.1 白炭黑在橡胶制品及普通轮胎上的应用

白炭黑又称水合二氧化硅、活性二氧化硅和沉淀二氧化硅，分子式为SiO2·n H2O。白炭黑作为橡胶补强材料用途广泛，主要用于鞋类、轮胎和其他浅色橡胶制品中［6］，也用于硅橡胶、胶辊、胶带和电缆等橡胶制品中。2010年，橡胶工业占白炭黑消费总量的70%以上，其中制鞋占42%，轮胎占16%，硅橡胶、胶辊、胶带和电缆等橡胶制品占13%［7］。

轮胎消费白炭黑比鞋类低很多，这是因为在传统斜交轮胎（载重胎、工程胎、农业胎）中，白炭黑作为辅助补强料常与主补强料炭黑组合使用，用少量白炭黑替代炭黑应用于胎面、胎侧及帘布胶，提高轮胎的抗撕裂、抗刺扎、耐臭氧老化以及橡胶与帘线的粘合性，降低生热，减少崩花掉块等，用量为5～10份［8］。在普通子午线轮胎中，白炭黑主要用于带束层，以增强钢丝帘线与橡胶的粘合性能；部分轮胎企业将白炭黑用于载重子午线轮胎胎面胶，以提高胎面胶的抗刺扎和抗崩花掉块性能，但其用量较小，为10～15份［9］。

可见，在开发绿色轮胎之前，轮胎胎面胶中应用白炭黑主要是为了提高胎面耐切割和耐刺扎的性能，还没有把降低滚动阻力等放在主导地位，白炭黑的主要市场是制鞋行业而不是轮胎行业［10］。2010年中国白炭黑总产量约为85.6万t，实际消费为62.2万t，轮胎行业消费约10万t，用量较少，白炭黑充当着炭黑附属品的次要角色。

1.2 白炭黑在绿色轮胎中的应用及市场潜力

1.2.1 绿色轮胎发展状况及白炭黑应用

按欧盟轮胎标签法颁布与实施前后绿色轮胎研发与产业化的状况以及白炭黑在绿色轮胎中的应用状况，可分为颁布前、颁布后、实施后3个阶段讨论。

1）轮胎标签法颁布前绿色轮胎状况及白炭黑应用。21世纪初，中国就有部分轮胎企业着手研究开发绿色轮胎。但是当时中国企业对绿色轮胎的认识还很模糊、紧迫感不强，又因白炭黑分散性不好、加工困难，而且单独使用白炭黑的轮胎耐磨性和抗静电性能不好，所以许多企业都采用白炭黑与炭黑并用的方式，用量为5～35份。中国企业对绝色轮胎的研发进展缓慢，更没有形成批量生产，所以并未拉动白炭黑的消费。

2）轮胎标签法颁布后绿色轮胎状况及白炭黑应用。2009年轮胎标签法颁布至2012年11月实施，轮胎企业感到危机来临，于是紧急应对，研发进入紧张活跃期。轮胎用高分散白炭黑开发也进入高潮，相继推出许多新品，但绝大部分达不到绿色轮胎高分散的要求，所以高质量白炭黑大部分还依赖进口。此外，由于中国相关标准制订及绿色轮胎试验场地等建设滞后，配套产业不能协同发展，绿色轮胎产业化进展缓慢，至2013年初中国大部分企业轿车胎滚动阻力多为E、F级，暂时可达到欧盟第一阶段的最低要求，但有很多企业达不到欧盟第二阶段的最低要求。另据调研结果，约30%的载重胎达不到欧盟第一阶段滚动阻力的最低要求，70%达不到欧盟第二阶段滚动阻力的最低要求。该阶段绿色轮胎形成的产量有限，对白炭黑的消费增长贡献不大。白炭黑的消费增长主要还是由传统轮胎产量扩大带来的。

3）轮胎标签法实施后绿色轮胎状况及白炭黑应用。2012年11月轮胎标签法实施以来，国家把绿色轮胎确定为轮胎产业发展方向，绿色轮胎进入大规模有序协作开发阶段，形成了政府、行业协会、企业、科研单位与高校协同开发的格局。2014年3月1日实施了绿色轮胎行业自律性标准——《绿色轮胎技术规范》；2016年5月12日，中国《轮胎标签分级标准》、《轮胎标签管理规定》在无锡通过审查，年内发布实施，中国轮胎企业可以正式申报中国轮胎标签分级。预计2017年绿色轮胎强制性分级标签法将正式实施，届时所有轮胎都将加贴指数等级标签。

2013—2016年是轮胎行业转型阵痛期，阵痛来自于国内宏观经济调整和国际各种技术、贸易壁垒两个方面。市场需求萎缩，销路不畅，行业经济运行数据全面下降。但行业转型升级必须加速，否则就被淘汰。转型的重点是通过技术创新，迅速推进绿色轮胎产业化，实现产品升级和结构调整，适应和满足国内外市场需求。

2016年6月2日首批汽车绿色轮胎等级认证（C-GTRA）结果在天津发布，4款轮胎获得认证，标志着中国绿色轮胎开发进入大规模产能形成期，该期以后高分散白炭黑的消费量将加速增长。预计2017年起，绿色轮胎将进入产量释放期与快速发展期，高分散白炭黑的需求量将迅猛放大，白炭黑行业将伴随着绿色轮胎的高速发展而实现跨越式发展。

1.2.2 绿色轮胎对白炭黑需求的市场潜力

绿色轮胎的发展强力拉动高分散白炭黑的市场需求。表1给出2012、2015、2020年白炭黑总产量及在轮胎上的使用量。

表1 2012、2015、2020年白炭黑总产量及在轮胎上的使用量

由表1可见，与2012年相比，2015年白炭黑在轮胎上的消费量增速很快，但总量并没有像业内所期望的那样爆发式增长。这反映了在研发期间中国绿色轮胎产量虽然经过几年的努力得到了快速增长，但基础薄弱、基数小，绿色轮胎比重还相当低，与国外相比差距很大。但是，自2017年起随着绿色轮胎产能的迅猛释放，2020年白炭黑产量可达到260万t，比2015年增加150%以上；绿色轮胎用高分散白炭黑产量可达 142万 t，比2015年增加600%以上。作出如此乐观的预计是基于以下原因。

1）绿色轮胎产业化速度加快，即将进入高速成长期。自2009年欧盟“轮胎标签法”强制推行绿色轮胎以来，中国企业由标签法颁布后“被逼”无奈的被动研发，到2012年标签法实施后大规模有序协作开发，经过了认识—模仿—消化吸收—技术创新的艰难历程。如今“绿色发展”已是国家战略，国家鼓励引导，行业有效协调，出台了绿色轮胎标准，完善了相关检测手段。良好的外部支持与企业内在动力结合，有效地加快了绿色轮胎产业化的进程。 绿色轮胎经过8 a的发展，已处在产量释放的初期，即将进入高速成长期，随着绿色轮胎时代的到来，高分散白炭黑的市场需求将呈现跨越式增长。

2）2020年中国轮胎绿色化率基本接近或达到欧盟水平。中国轮胎的绿色化进程将按照先自愿后强制的原则，绿色轮胎产业化在2017年前仍处于自愿阶段，而2017年起将转入强制执行阶段。预计2020年中国半钢、全钢绿色化率将分别达到80%、50%，离欧盟85%～90%绿色化率仅有一步之遥，基本达到世界先进水平。按2020年半钢、全钢绿色化率分别达到80%、50%为基准，参考2014年轮胎产量11.2万条、子午胎产量6.91万条、当年炭黑产量510万t、轮胎消费炭黑占67%来估算，需高分散白炭黑204万t，远超过表1的预计数。

3）绿色轮胎带动白炭黑企业拓展国际市场。随着绿色轮胎技术的发展与日臻成熟，对白炭黑的技术质量要求不断提高，促使白炭黑企业不断改进制造工艺技术与产品质量，部分产品赶上或超过世界先进水平。届时，国产白炭黑企业将凭借高技术、高质量的产品与相对低廉的价格优势，开拓国际市场，扩大出口。

4）绿色轮胎技术带动其他轮胎与橡胶制品大量使用白炭黑。白炭黑是一种无毒害的优良无机补强剂，与炭黑相比具有明显的资源、价格与环保优势。几十年来，橡胶行业一直进行白炭黑替代炭黑的探索。因其补强效果比炭黑略差，而更大的原因是其混炼时分散特别困难，生热快而猛烈，造成胶料焦烧甚至降解。这些缺点制约了白炭黑在橡胶中的大量使用，不得已而与炭黑掺用。绿色轮胎之前都是采取这种掺用的方式。工信部2010年发布的《轮胎行业“十二五”发展规划指导纲要》指出，把显著增大白炭黑用量作为重点开展的科研项目。可见增大白炭黑用量已成为发展低碳经济和节能减排的重要措施之一。绿色轮胎技术的推广日趋成熟，一是体现在白炭黑企业已经能较大规模地生产较高质量的高分散性白炭黑，二是体现在白炭黑应用技术获得很大的提升［11］。特别是白炭黑低温混炼和湿法混炼等节能最显著、对白炭黑分散最有利的工艺技术被广泛应用［12］，给大量使用白炭黑清除了技术障碍，越来越多的其他轮胎与橡胶制品将白炭黑作为主要补强剂，并通过技术创新不断提高用量，逐步形成新的消费市场。

1.3 绿色轮胎给白炭黑行业带来了难得的发展机遇

1）绿色轮胎给白炭黑创造了广阔而且不断高速发展的市场。绿色轮胎是继由斜交轮胎升级为子午线轮胎后又一重大技术革命，绿色轮胎产业化进程中对白炭黑的巨大需求潜力，会不断释放形成现实的不断扩大的市场，带动白炭黑产量快速增长。白炭黑行业借此机会会在短短几年内由一个不起眼的小行业迅速壮大成为轮胎行业重要的举足轻重的原材料配套行业，作为绿色轮胎补强材料的高分散白炭黑也将成为市场的主流产品。绿色轮胎给白炭黑行业创造了千载难逢的市场机遇。

2）绿色轮胎从市场与技术导向上促使企业转变观念，加快产业转型升级的步伐，以适应绿色轮胎的要求。绿色轮胎从市场与技术导向给白炭黑行业的产业发展与技术开发指明了方向，描绘出较为清晰的研发思路与技术路线，并对工艺技术和产品质量提出了详细的要求。这将促使白炭黑企业转变观念，加快产业转型升级步伐，大力投入新技术、新产品的研发，生产出高质量的产品，以适应绿色轮胎的要求。

2 绿色轮胎给白炭黑行业带来的挑战

2.1 市场门槛提高，亟须产业转型升级

中国绿色轮胎研发是在欧美基本实现产业化十几年以后才开始启动的，为了打破技术壁垒、应对严峻的市场形势，轮胎企业必须加速开发以免丧失时机，以高质量的产品参与竞争以稳定与拓展市场，这对轮胎企业与白炭黑企业都提出了更高的要求。白炭黑产业应正确把握“舍”与“得”的辩证关系，痛下决心淘汰落后产能，加快技术改造、产业转型升级和产品结构调整的步伐，大力开发补强性和分散性更好的新品种，占领绿色轮胎用高分散白炭黑市场。

2.2 外资企业抢先占领市场

欧美绿色轮胎比中国起步早20多年，高分散白炭黑也比中国起步早20多年。外资企业看好中国白炭黑市场的巨大潜力，纷纷在中国增加投资，扩建、新建项目大都竣工投产。在中国绿色轮胎形成产能以后，外资企业倚仗其强大的技术、质量、规模优势与遍布世界的销售网络，纷纷抢占市场。此外，中国许多轮胎企业在研发绿色轮胎时，因国外高分散性白炭黑产品品质优良，大都进口国外产品进行试验，有很多轮胎企业对一直在用的国外产品已经形成了使用习惯和成熟的配方，也使得国产高分散白炭黑难以推广。可见，国外产品先入为主抢占了先机，国内企业处在“起跑线”上的劣势，需要花大力气追赶。

2.3 生产技术与产品质量不适应

随着绿色轮胎占据越来越多的市场份额，高分散白炭黑成为全球白炭黑企业的重点研发方向。但在中国许多白炭黑企业却面临着生产技术与产品质量不适应的严峻现实。这是因为，中国白炭黑行业大而不强，虽然总产能和总产量均居世界第一，但行业的技术水平与国际先进水平相比差距较大，多数品种还属于中低档产品，大多数企业只能生产用于普通胶鞋和普通轮胎的产品。除几家比较先进的内资白炭黑企业的生产技术与产品质量已达到或接近国际先进水平，并有较好的成本优势，具有一定的竞争力外，总体上适用于绿色轮胎的高分散白炭黑的品种和质量与国外产品相比还存在较大的差距，不能满足市场要求。因此中国高用量、高附加值的轮胎用白炭黑市场基本被赢创集团、罗地亚和PPG等公司产品占据［9］。

中国大多数企业技术装备水平较低，低水平重复建设现象突出。高附加值的专用产品、生产所需的专用技术与设备以及高端控制系统多数被国外公司控制，而恰恰是这些公司依靠核心技术垄断着高端产品市场。这种被动局面亟待打破，技术垄断不打破，在市场竞争中就没有主动权。

2.4 创新能力弱，核心技术缺乏

创新是企业的灵魂，是企业发展的不竭动力。中国白炭黑企业与国外知名企业相比差距很大，但主要差距是创新能力弱、研发投入少、人才缺乏、研发队伍弱小。企业应进一步加大技术创新的力度，加大投入提升研发基础能力、购置研发设备、培养研发队伍；应加强与国内外高校、科研院所等深层次合作，开展产学研协同创新活动；应积极构建行业技术创新战略联盟，充分利用集群优势为企业技术创新活动提供系统的支撑；通过上述举措，把握绿色轮胎用白炭黑的技术发展趋势，不断开发白炭黑新产品，缩小与国外先进企业的差距。

另外，应大力开发精细化产品，对白炭黑产品的表面积、粒度、表面特性等实现精确控制，满足不同应用要求；应瞄准白炭黑现存的技术与质量缺陷以及在轮胎制造中所暴露的问题，研究新技术如新的改性技术［13］、活化技术、造粒技术、硅烷反应控制技术等，开发新产品如纳米级超细白炭黑、高补强白炭黑、低生热白炭黑、超分散白炭黑（优于高分散白炭黑）、低门尼粘度白炭黑等，取得具有自主知识产权的关键技术成果，形成企业的核心技术，转化为某类或某种轮胎专用的白炭黑品种。如果某品种的关键技术处于国际领先水平，那么该企业就拿到一个“单项冠军”。行业内“单项冠军”累加多了，就形成了行业整体核心竞争力，国外企业的技术垄断会因此被打破，垄断的市场也会被夺回。

3 结语

绿色轮胎是世界轮胎发展的必然趋势，以其安全、环保、节能、舒适等一系列优异性能成为现代高档轮胎的代名词。绿色轮胎产业化发展迅速、势不可挡，几年内就会几乎全部替代普通轮胎。绿色轮胎产业化对于白炭黑行业既是机遇也是挑战。机遇：1）绿色轮胎给白炭黑创造了广阔而又不断高速发展的市场；2）绿色轮胎从市场与技术导向上促使企业转变观念，加快产业转型升级步伐，以适应绿色轮胎的要求。挑战：1）市场门槛提高，亟须产业转型升级；2）外资企业抢先占领市场；3）生产技术与产品质量不适应；4）创新能力弱，核心技术缺乏。白炭黑企业只要牢牢抓住这个千载难逢的机遇，勇于接受挑战，借绿色轮胎发展的强劲东风，加快技术创新，提升产业发展水平，就一定能实现跨越式发展。

［1］ 于清溪.轮胎的绿色特性与发展［J］.橡塑技术与装备，2013，39（1）：21-32.

［2］ 闫平，王伟，闫双城，等.高分散性白炭黑在绿色半钢子午线轮胎胎冠胶中的应用［J］.橡胶科技市场，2012（1）：23-27.

［3］ 郭鹏，赵文权，吴刚.我国绿色轮胎的发展现状［J］.化工环保，2014，34（4）：332-335.

［4］ 董鹏.欧盟推出轮胎标签法使轮胎出口遭遇“限制门”［J］.汽车工程师，2013（8）：15-17.

［5］ 刘希春，朱信明，刘琼琼，等.密炼机低温混炼高填充白炭黑胶料的研究［J］.中国皮革，2016，45（4）：40-48.

［6］ 朱春雨.我国沉淀法白炭黑市场现状及发展趋势［J］.橡胶科技市场，2011（6）：9-14.

［7］ 李玉芳，伍小明.白炭黑的生产及国内外发展前景［J］.化学工业，2012，30（7）：25-29，37.

［8］ 原磊.沉淀法白炭黑在轮胎中的应用［J］.橡胶参考资料，2014，44（4）：2-5.

［9］ 周军，陈新民.橡胶用沉淀法白炭黑的现状与发展趋势［J］.橡胶科技，2014（5）：9-12.

［10］ 李炳炎.国内外沉淀法白炭黑现状和发展趋势［J］.中国橡胶，2010，26（24）：9-15.

［11］ 陈延.增大白炭黑在工程机械轮胎胎面胶中用量的研究［J］.橡胶科技，2013（10）：24-28.

［12］ 陈建军，李群.绿色轮胎开发技术探讨［J］.轮胎工业，2015，35（12）：707-710.

［13］ 李峰，李红强，赖学军，等.γ-巯丙基三甲氧基硅烷对纳米二氧化硅表面接枝改性的研究［J］.无机盐工业，2014，46（4）：33-36.

联系方式：lemonliuxc@163.com

Opportunitiesand challenges to precipitated silica from‘Green Tire’

Liu Xichun1，Zhu Xinming1，Liu Qiongqiong1，Sun Peng1，Cong Houluo1，Cheng Yuan2
（1.Xuzhou College of Industrial Technology，Xuzhou 221140，China；2.Beijing University ofChemical Technology）

The origin，meaning，formula features of‘Green Tire’，and the establishmentof the position of precipitated silica as themain rawmaterialduring the‘Green Tire’production processwere introduced.Through looking back at the application of precipitated silica in each development stage of traditional tire and‘Green Tire’，analyzed the enormous consumptive potentialof‘Green Tire’on precipitated silica and pointed out thatChina is in an early stage ofmajor‘Green Tire’production release and is about to go into a high speed developmental stage.In such a background，precipitated silica is facing both opportunitiesand challenges.The opportunities：1.‘Green Tire’hascreated a broad and stillgrowingmarket for precipitated silica.2.‘Green Tire’can speed up the pace of industry transformation and upgrade.The challenges：1.As the raise of themarket access threshold，therewillbe strong needs for industry transformation.2.Foreign companies in the industry have occupied the market in advance.3.Production technology can notkeep up with the requirementofproductquality.4.A lack of creativity and core technology.As long as companies in the precipitated silica industry can seize the opportunities，face the challenges aggressively，speeding up the technological innovation，and develop the industry level，therewillsure be a big leap forward.

tire；precipitated silica；opportunity；challenge

TQ127.2

A

1006-4990（2016）12-0001-05

2016-08-22

刘希春（1959— ），男，副教授，高级工程师，主要从事高分子材料及加工设备的教学与科研工作。