汽车轮胎专用钛白粉研发现状分析

闫梅，周强，程飞

(安徽金星钛白(集团)有限公司，安徽，马鞍山 243000)

0 引言

轮胎是汽车不可或缺的组成部件之一，它作为汽车性能的体现者，主要承担着支撑汽车质量、承受汽车负荷的作用。此外，轮胎还需要传递牵引和制动扭矩，以确保车轮与路面之间有足够的附着力。为了保护汽车零部件不受剧烈振动和早期损坏的影响，轮胎还需要在行驶过程中减轻和吸收振动和冲击力。为了满足汽车高速行驶的性能要求并降低行驶时的噪声，轮胎需要具备安全性、操纵稳定性、舒适性和节能经济性等特点[1]。

钛白粉是橡胶中一种很好的着色剂，这得益于其稳定的物理化学性能和颗粒小的特点。钛白粉不会损害硫化过程中的锰、铜、镉、钴等杂质，也不会影响硫化过程。由于钛白粉具有高着色力和遮盖力，只需要使用少量的钛白粉就能达到良好的着色效果，而对制品的伸长率和弯曲性能没有影响。此外，钛白粉的抗晒性能极强，即使在日光照射下也不会龟裂或变色。因此，在白色及浅色橡胶制品中，钛白粉都是必不可少的。用钛白粉制成的橡胶制品具有一些独特的优点。例如，它们具有老化慢、强度高、伸展率大、不易褪色等特点。此外，钛白粉还具有填充、防老化、耐酸碱等作用，并在硅橡胶中具有补强作用。因此，在橡胶工业中，钛白粉是不可或缺的。

在汽车轮胎以及胶鞋、橡胶地板、手套等制品中，钛白粉主要以锐钛型为主。然而，为了满足汽车轮胎的使用要求，通常会加入一定量的金红石型产品。这种金红石型钛白粉能够抵抗日光和大气的作用，避免轮胎发生变色、粉化、失光等问题。

1 汽车轮胎专用钛白粉的发展趋势

1.1 汽车轮胎工业的发展趋势

虽然我国轮胎工业起步较晚，但从工业宏观角度来看，以正确的方向引导行业的整体发展水平，优化经济价值的稳定运行，并拓展生态发展趋势。在我国工业机械化发展过程中，需要根据轮胎的整体需求进行评估和配置，并调整轮胎行业的发展速度[2]。

1.2 不同汽车对轮胎要求分析

参考现阶段的汽车检测可执行安全要素，进行质量标准水平的量化评估。回溯到20 世纪70 年代，联邦机动车安全标准规定，车轮胎的指标必须符合实际轿车的安全性能要求。从执行这些标准的角度出发，分析轿车轮胎的复检方式，其中涵盖了耐久性、高速性能、强度以及无轮胎脱圈阻力测试等方面。同时，参考公共性能指标水平，对强度、内轮胎脱圈性等进行复查分析，以深入了解耐久性强度扩展的范围和关系。在公共汽车标准轮胎测试标准号中，参考标准汽车的实际运行水平，以确定轮胎的统一规定。按照这些符合规定的轮胎尺寸比例，进一步分析负载荷、高速性能等测试标准。

对载货汽车，在轮胎操作可行规范中，需要对载重体的轮胎外缘尺寸进行测量，分析耐久性实验的测试方式，以确保其符合实际操作规范的基本要求。在汽车工业的发展过程中，必须对轮胎进行安全性、互换性及性能水平的全面评估，以提高整体参考评估的要求标准。为了提升轮胎指标的协调水平，参考实际轮胎参数，明确技术指标，专业从事轮胎、轮辋的安全要点分析，并结合国际标准化流程，确定成品检测的技术方式[3]。

1.3 钛白粉在汽车轮胎中的作用

作为汽车轮胎的主要原材料之一，钛白粉在汽车轮胎中作为主要的着色剂和填充剂，具有广泛的市场和发展前景。目前，应用于汽车轮胎的钛白粉原料主要是以硫酸法制备。在生产工艺方面，钛白粉盐处理是关键步骤之一。通过在煅烧工序中引入DCS 控制工艺，可以降低煅烧温度，并抑制金红石型和锐钛型的含量。这一步骤的改进能够提高产品质量和性能。此外，在后处理过程中，采用硅铝包膜技术可以提高锐钛型钛白粉的耐磨性及耐候性[4]。

2 汽车轮胎钛白粉晶型及加工工艺

2.1 汽车轮胎钛白粉晶型

(1)钛白粉主要分为三种类型：金红石型、锐钛型和板钛型。然而，由于板钛型的晶体结构不稳定，因此没有应用价值。在市场上流通的主要是金红石型和锐钛型钛白粉。金红石型钛白粉的晶格比锐钛型更致密和稳定，因此具有更好的耐候性和耐水性。相比之下，锐钛型的晶格空间较大，相对不太稳定，其耐候性也稍差一些。在钛白粉的消费市场中，金红石型钛白粉占据了主导地位，市场份额达到70%～80%。然而，锐钛型钛白粉的产量较低，占比也较少。这主要是由于锐钛型在晶格上存在一些缺陷，导致其耐候性较差。不过值得注意的是，锐钛型钛白粉的晶型转化温度较低，远低于金红石型的转化温度。这一特点使得在转窑工序中能够显著降低天然气的单耗，从而在钛白粉的成本控制方面具备较大优势。这种优势能够有效提高锐钛型钛白粉的市场竞争力。

(2) 锐钛型钛白粉主要用于汽车轮胎、胶鞋、橡胶地板和手套等产品，通常是主要使用的类型。然而，对于汽车轮胎的使用要求，为了抵抗日光和大气的作用，避免发生变色、粉化、失光等现象，通常会加入一定量的金红石型钛白粉。市场上流通的钛白粉主要是金红石型和锐钛型，汽车轮胎制造厂商需要将两种类型的钛白粉混合使用以达到所需性能。

(3) 金红石型钛白粉相较于锐钛型钛白粉具有更高的精密度效果。根据物理性质的实际情况，对其折射率、紫外线、临界常数等进行能力评估，同时参考遮盖力、着色力等因素进行分析，并对锐钛型TiO2的可见方式进行调整，注意评估数据的反射水平。在催化氧化活性的作用下，调整着色材料的耐久性和稳定性，优化金红石整体性能的发挥。根据整体市场占比评论，不断提升金红石的生产工艺。在我国钛白粉工艺中，采用硫酸生产工艺较为常见，因此需要根据产品的实际性能来控制金红石的产量。高档金红石的实际需求配比中，低档滞销的情况较为明显。为了提升技术、设备、工艺等多方面的原因，需要结合现有的各项条件约束关系，分析TiO2工艺的直接转换效果，并分析其实际的现实意义。

2.2 加工工艺

2.2.1 温度控制

根据常规配比规定，分析TiO2转化为金红石的温度范围，并将其控制在610～915 ℃之间。同时，关注锐钛型转化为金红石的实际状况，并分析煅烧温度的影响。值得注意的是，TiO2的转换属于锐钛结构，这是一个不可逆的过程。因此，需要严谨地参考温度和时间的参数，以实现TiO2变化的调控，并确保温度和时间函数的完整性。在退台矿产配比过程中，需特别关注高加热温度和时间下的数据评估。为了提高生产能耗配比水平，提高成本量，并克服各种困难。在此过程中，要特别控制煅烧时间和煅烧温度。为了达到这一目标，可以从研究钛白粉盐处理生产工艺入手；在煅烧工序中引入DCS 控制工艺以降低煅烧温度，并控制金红石型和锐钛型的含量。在后处理工序中，采用硅铝包膜技术来提升钛白粉的耐候性和耐磨损性能。

煅烧的晶型转化温度控制在700～800 ℃之间，得到的钛白粉为锐钛型钛白粉，而温度控制在950～1 050 ℃之间，得到的钛白粉为金红石型钛白粉。本项目将温度控制在800～950 ℃之间，并控制金红石型转化率在60%～70%之间。这样的条件可以使钛白粉粒子在转窑中脱水、脱硫的速率提高，晶型成长速度均匀，粒子大小稳定在0.3 mm。这种条件可以有效减少二氧化钛晶格缺陷及表面化学活性点的出现频率，从而保持遮盖力、白度、底层色相等颜料性能的稳定。同时，60%～70%的金红石型转化率也确保了钛白粉在应用时的耐候性。

2.2.2 增加添加剂

在煅烧工艺中，通过添加少量的添加剂，可以改善现有的操作性能，并实现钛白粉整体生产工艺步骤的升级。然而，如果直接煅烧偏钛酸，所得产品的颗粒往往会过硬，导致色相颜料整体性能水平不佳。为了解决这个问题，在煅烧之前向偏钛酸中添加矿化处理剂，以控制煅烧的温度、条件、色相、光泽度、消色力、遮盖力等参数，同时控制颗粒精细度、大小比例等。通过这些措施，可以获得具有良好颜料性能的产品。

2.2.3 煅烧工序

煅烧工序对钛白粉的白度和遮盖力具有显著影响。整个煅烧过程涉及偏钛酸的脱水、脱硫、二氧化钛粒子的成长、聚集、晶型稳定与转化等多个环节。随着煅烧过程的进行，钛白粉的物理化学性质发生变化，颜料性能逐渐稳定。

2.2.4 提高耐候性

耐候性是指钛白粉颜料在填入基料后，在氧气和水分同时存在的情况下，抵御紫外线侵蚀的能力。如果钛白粉及其同类产品的耐候性能较差，放置在空气中一段时间后，可能会出现失光褪色、粉化、变脆等现象。此外，钛白粉的附着力、耐水渗透性、耐磨性能等也可能出现下降的情况。因此，在晶型相同的基础上，钛白粉的光化学性质与比表面积是影响涂膜耐候性和耐磨性的主要原因。通常，为了提高钛白粉的各项光学性能，增加二氧化钛的比表面积到某特定范围是钛白粉颜料设计的主要工作之一。因此，为了有效改善金红石型钛白粉的耐候性和耐磨性，只能通过降低其表面的光化学活性入手。

3 汽车轮胎钛白粉的应用价值及研发趋势

3.1 提升钛白粉工艺的操作规范

汽车轮胎的制造需要采用专用的钛白粉工艺，以提高表面的活性水平。在此过程中，需要注意着色力、填充剂的配比，并控制实际硫化制品工艺的强度、硬度、磨损度、抗热老化水平等参数，以提升钛白粉工艺的操作规范性。在使用过程中，汽车轮胎钛白粉工艺需要注意汽车钛白粉和轮胎的实际特性，参考温度实际改变的水平，并对硬度量进行调节。此外，为了降低油耗水平并调整制动性能效果，还需要注意改变性能下的硬度比例，调整实际的轮胎配比工艺，以及生热控制量。

3.2 汽车轮胎钛白粉操作应用

钛白粉工艺是一种白色颜料，其实际密度水平相对较小，但在同等白色颜料中，其质量较大，且颜料的配比体积较高。在高温下，钛白粉会转变为金红石。为了优化这一过程，可以通过调整二氧化钛的配比流程，并对熔点、沸点等参数进行调节，以减少工业损耗。此外，通过调整二氧化钛的介质量，可以进一步优化其电化学性能水平。在评估二氧化钛的半导体性能时，参考电导率、温度水平等进行调节，并控制其对缺氧量的敏感度。作为一种稳定性材料，二氧化钛具有良好的补强效果。在钛白粉工艺中，通常会以提升橡胶为补强剂，并注意将用量控制在约80%的水平，以拓展橡胶在多个领域的应用。

3.3 汽车轮胎钛白粉应用价值

为了提升轮胎的环保、节能和舒适性能，需要对钛白粉工艺的实际应用方式进行优化，并调整轮胎的配比要求。通过调整湿度，可以改善牵引力，确保行驶安全性。此外，还可以通过控制阻力、燃油量的排放水平、耐磨性能和使用寿命等参数，来获取整体性能标准。在胎面胶中，钛白粉的应用是必不可少的。

3.4 汽车轮胎钛白粉研发趋势

在制备工艺中，盐处理后的偏钛酸经过回转窑中的高温脱水、脱硫及晶型转化等过程，形成具有颜料性能的钛白粉。煅烧的目的是除去水分和残余的三氧化硫，同时还可以将锐钛型转化为金红石型。目前研究的是同时存在锐钛型和金红石型的钛白粉，煅烧工序极大地节约了成本，满足了节能和环保的要求。煅烧工序对钛白粉的白度和遮盖力影响较大。整个煅烧过程包括偏钛酸脱水、脱硫、二氧化钛粒子的成长、聚集、晶型稳定与转化等诸多环节。随着煅烧过程的进行，钛白粉的物理化学性质发生变化，颜料性能逐渐稳定，提升制备工艺合理性[5]。

4 结语

综上所述，在汽车轮胎的综合工艺应用中，需要不断提高其耐候性、分散性、抗老化性，并改善钛白颗粒在介质中的分散性等应用性能。我国的汽车轮胎市场广泛，需求量大。二氧化钛作为重要的橡胶着色剂、填充剂，可以提高橡胶的耐热性、耐光性，并且增强轮胎的耐磨耐候性质。在保持或降低成本的基础上提高轮胎质量，更好地满足用户需求。未来市场前景可观，具有良好的市场应用价值。随着人们对环保和节能的日益重视，降低轮胎滚动阻力、节约汽车燃料消耗、降低汽车废气排放量将成为人们的普遍追求。