2016年以来，随着我国移动互联网和共享经济的大发展，共享单车和共享电动助力车成功解决了公众短距离出行和公共交通接驳换乘的“痛点”，成为社会资本和大众追逐的热点。区别于政府主导的“公共自行车”，共享单车最大的特点是引入了移动互联网概念，取用返还极其方便，不过，没有固定的取还地点也导致共享单车的维护成本极高。车辆老旧、故障、损毁等却得不到及时维护，推高了共享单车的运营成本。轮胎作为共享单车重要的组成部分，影响了单车的舒适感（避震、低滚阻等）和安全性（止滑、转向能力、刹车距离），因此，开发具有免维护、骑行好的单车用轮胎成为行业研究热点。
中科院宁波材料所超临界流体绿色加工团队在翟文涛、郑文革研究员的领导下，多年从事聚合物热塑弹性体和橡胶的微发泡研究，先后实现了热塑性聚氨酯弹性体、聚烯烃弹性体、苯乙烯类弹性体、丁苯橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶等体系微发泡材料的制备和成型。2016年以来，中科院宁波材料所与我国轮胎龙头企业“中策橡胶集团公司”多次接触，讨论开发单车用免维护发泡一体胎的技术可能性，要求发泡一体胎在免充气的同时具备轻质、优异舒适感、低滚阻、防滑、耐磨、防脱圈、低位移的特点。经过多次技术研讨和技术验证，2017年3月，双方正式签署技术合作开发协议。研究人员创新选用橡胶弹性体复合体系，采用射出发泡技术和创新模具结构设计，通过真空和流体辅助加工，同时实现了橡胶弹性体体系的交联和发泡，开发了发泡一体胎。如图1所示，发泡一体胎为实心发泡轮胎，具有防扎、防爆的特点。相关技术已经申请多项中国发明专利。
图1. 中科院宁波材料所中策橡胶集团合作开发的发泡一体胎
下表所示为发泡一体胎的理化性能及走形测试结果，所开发的发泡一体胎的密度仅为0.35~0.45g/cm3、DIN耐磨为80~90、具有优异压缩和弹性，长期耐温可达70度，可以通过充气轮胎的JIS走形模拟测试标准。中策橡胶设计了特殊的结构定位单元，使发泡一体胎具有防脱圈和防位移的功能。现场骑行结果表明，新型发泡一体胎具有良好的舒适感和低的阻力，选用的新型橡胶弹性体体系使发泡材料具有优异的耐紫外、耐臭氧、耐湿热老化性能，这确保新型发泡一体胎可以满足单车轮胎使用寿命3年的要求。
2017年8月以来，研究人员配合中策橡胶集团设计购置了一体胎发泡设备多台，在前期测试的基础上确定了合适的树脂配方体系和加工工艺，实现了发泡一体胎的批量生产，开展并通过了部分终端客户的性能评价。目前，中策橡胶集团已经形成了万条/天的产能。
图2. 中策橡胶集团批量生产的一体胎加工原料和发泡轮胎产品
研究团队选择的橡胶弹性体发泡体系便于复配，这在赋予发泡材料优异性能的同时解决了橡胶熔融加工的难题，使得发泡材料在耐磨、止滑、回弹、抗压缩形变、耐温等方面具有良好的拓展性，从而使发泡一体胎可广泛应用于单车、电动助力车、平衡车、轮椅车、童车等低速两轮车领域；所选择的橡胶弹性体发泡体系便于染色，这赋予发泡一体胎材料丰富的色彩。
（高分子事业部 翟文涛）
