轮胎

发明人：查尔斯·固特异（Charles Goodyea）于1839年发明了橡胶硫化工艺；爱尔兰兽医约翰·博伊德·邓禄普（John Boyd Dunlop）于1888年发明了充气轮胎；纽约商人和科学家亚历山大·施特劳斯（Alexander Strauss）于1894年发明了织物——在一个方向上拉伸，而在另一个方向上不变；安德烈·米其林（André Michelin）于1895年发明了汽车充气轮胎；固特异轮胎公司的保罗·W．利奇菲尔德（Paul W．Litchfield）于1903年发明了无内胎轮胎；弗兰克·塞伯林（Frank Seiberling）于1908年发明了一种在硬胎表面切割细槽以提供抓地力的机器；百路驰公司（B．F．Goodrich Company）于1910年发明了把碳加入橡胶的技术以减少轮胎的磨损；亚历山大（Alexander）的儿子菲利普·施特劳斯（Philip Strauss）于1911年发明了成套的内外胎，用织物加固的硬橡胶外胎，里面装上充气内胎；固特异轮胎和橡胶公司于1937年发明了石油基的合成橡胶轮胎；古德里奇公司（B．F．Goodrich Company）于1947年发明了第一个无内胎汽车轮胎。

轮胎发展史

早期的车轮是实心的木头或铁制成，减轻了人类的体力负荷，是个省时而便利的革命性的发明。但是人们发现这样的车轮行走过程中极不平稳。几千年后，由橡胶和空气组合而成的舒适轮胎将人们从颠簸中拯救出来。

轮胎是附着在轮辋上的一种牢固而有弹性的橡胶外套。轮胎能够支承车身、缓解外界冲击、实现与路面的接触并提供抓地力保证车辆的行驶性能。轮胎应用范围很广，自行车、婴儿车、购物车、轮椅、摩托车、汽车、卡车、公共汽车、飞机、拖拉机和工业车辆都有轮胎。

大多数车辆的轮胎都是充气轮胎，也就是说充满了压缩空气。在20世纪50年代中期之前，充气轮胎有一个内胎来保持气压，但现在的轮胎大多已经设计成与车轮轮辋形成一个整体的压力密封体。

起源

苏格兰发明家罗伯特·汤姆森（Robert Thomson）在1845年发明了内胎充气式轮胎。不幸的是，他的发明远远超前于时代，几乎没有引起人们的兴趣。19世纪80年代，另一位苏格兰人约翰·博伊德·邓禄普（John Boyd Dunlop）对充气轮胎进行了彻底改造，并迅速赢得了骑车人的喜爱。

天然橡胶是制造轮胎的主要原料，虽然合成橡胶也被使用。然而，为了提高橡胶的强度、弹性和耐磨性，橡胶必须经过各种化学处理后加热硫化。

1839年，美国发明家查尔斯·固特异（Charles Goodyea）偶然发现了强化橡胶的方法，这种方法被称为橡胶的硫化。他从1830年起就开始用橡胶做实验，但一直未能开发出一种合适的固化工艺。在一次用印度橡胶和硫磺的混合物做实验时，固特异把混合物扔到一个热炉子上。奇迹发生了，橡胶和硫磺的混合物发生了化学反应，非但没有熔化，反而形成了一个硬块。他继续实验，直到能稳定地产生连续的橡胶薄片。

今天，大型高效率的工厂，配备熟练工人，每年在全球生产超过10亿个新轮胎。尽管自动化规程指导了制造过程中的许多步骤，但仍然需要熟练的工人组装轮胎的部件。

轮胎材料

橡胶是制造轮胎的主要原料，天然橡胶和合成橡胶都有使用。天然橡胶是以乳状液体的形式存在于橡胶树的树皮中。为了生产用于轮胎制造的生橡胶，人们将液态胶乳（橡胶树的乳状树汁）与酸混合，生成固体橡胶。压力机挤出多余的水分，把橡胶压成薄片。然后，这些薄片在高高的熏制室里干燥，压成大捆，运送到世界各地的轮胎工厂。合成橡胶是由原油中的聚合物制成的。

轮胎橡胶的另一个主要成分是炭黑。炭黑是一种细而软的粉末，当原油或天然气在有限的氧气中燃烧时产生大量的细煤烟，即碳黑。制造轮胎需要大量的碳黑，通过铁路线运输，将碳黑储存在轮胎厂巨大的筒仓内，以备生产上的需要。

轮胎中也使用硫磺和其他一些化学品。特定的化学品，当与橡胶混合加热后，就产生相应用途的轮胎产品的特性，如适用于高摩擦低里程的赛车轮胎，或高里程低摩擦的轿车轮胎等。一些化学品使橡胶在被加工成轮胎时具有较好的弹性，而有些化学品则可以保护橡胶免受阳光下的紫外线辐射。

轮胎设计

轿车轮胎的主要部分是胎面、胎体、胎侧和胎圈。胎面是与路面接触的凸起的花纹。胎体支撑胎面并赋予轮胎形状。胎圈是用橡胶包裹的金属丝束，起固定轮胎作用。

复杂的分析软件，以及利用多年的测试数据，使轮胎工程师可以模拟不同的花纹下胎面性能和耐久性。该软件创建为一个可能的轮胎设计的三维彩色图像，并计算不同的应力对拟设计的影响。计算机模拟为轮胎制造商节省了资金，因为在原型轮胎实际组装和测试之前，可以发现许多设计上的局限性。

除了测试胎面花纹和胎体结构，计算机还可以模拟不同种类橡胶化合物的效果。在现代客车轮胎中，多达20种不同类型的橡胶可用于轮胎的不同部位。如，一种橡胶化合物可用于胎面，使汽车在寒冷的天气里具有良好的抓地力；另一种化合物则是用来使胎侧具有更好的刚性。

当轮胎工程师对新设计的轮胎进行计算机模拟分析研究，并对结果感到满意后，制造工程师和熟练的轮胎装配工就会与设计人员一起工作，生产用于测试的原型轮胎。当设计和制造工程师共同认可新设计的轮胎后，工厂就开始大批量生产这种新轮胎。

制造过程

客车轮胎是在成型工序中制成的。首先将特殊配方的橡胶半成品，根据不同的结构、不同的部位，由轮胎装配工准确切割好材料并一层层叠加铺设在金属鼓上，制成所谓的“生胎”。一个半成品的轮胎完成了，这时移走金属鼓，装配工拆下轮胎，然后将生胎放在硫化模具中进行硫化。

混合橡胶

1．轮胎制造过程的第一步是原材料的混合，形成橡胶化合物。铁路运输线将大量的天然橡胶、合成橡胶、碳黑、硫磺以及其他化学品和石油原料运至工厂储存起来，以备生产所需。计算机控制系统中储存了多种工艺配方，并根据产品批次自动按量配给控制特定的橡胶和化学品混合过程。巨大的搅拌器，像垂直的水泥搅拌器一样悬挂着，将橡胶和各种化学品充分搅拌在一起，每批重量可达500千克。

2．然后，每种混合物都要混合其他的化学品经过加热后重新碾磨，分批次软化。

3．接着在这批混合物中加入其他的化学原料，经过搅拌机再次搅拌，形成最终的混合物。在混合的三个步骤中，加热步骤和摩擦步骤使橡胶软化，使化学物质分布均匀。每个批次胶料的化学组分取决于轮胎的使用部位的特性要求。胎体使用特定的橡胶配方，胎圈使用一种配方，而胎面使用的是另外的配方。

胎体、胎圈、胎面

4．一旦一批橡胶被混合，它就会通过强大的轧机将这批橡胶压成厚片。然后这些板片被用来制造轮胎的特定部分。例如，轮胎胎体就是由布条状的尼龙织物或聚酯织物组成轮胎的框架，这些织物的上下两面涂覆着橡胶。涂上橡胶的织物就是所谓的帘子布，每个胎体都有一层帘布层组成。一个标准的客车轮胎也许有一层或两层的挂胶帘布组成。

5．在轮胎剖面上，我们可以看到两根高强度的钢丝圈，我们称之为胎圈。胎圈可以将轮胎牢牢地固定在汽车轮辋上，起固定轮胎作用。钢丝束是在绕线机上形成的，然后将钢丝束缠绕成钢丝圈，并用橡胶包裹住钢丝圈。

6．用于轮胎胎面和胎侧的橡胶从“密炼机”输送到另一种称为“挤出机”的加工机器。在挤出机中，物料进一步混合和加热，通过一个模具口挤出，形成半成品的板状橡胶部件。胎侧橡胶部件上覆盖一层保护性塑料皮，然后卷起来。胎面橡胶被切成条状，装进大而平的金属托盘中，就像一本书籍似的（见图1）。

轮胎成型机

7．胎侧橡胶卷，包含胎面橡胶的托盘和放有胎圈的架子，都被送到轮胎成型机的熟练装配工那里（见图1）。在成型机中心是一个中间柔软可折叠的旋转鼓，用它来固定组成轮胎的各部件。轮胎装配工开始制造轮胎，方法是将轮胎的橡胶布层缠绕在成型机的鼓轮上。在这些层搭接处加入胶水连接后，胎圈固定到位，将胎体折叠在胎圈上。下一步，装配工使用特殊的电动工具来塑造层的边缘。最后，将胎侧和胎面用胶水黏合到位，然后向中心挤压成型，并将组装好的轮胎从轮胎成型机上拆下。（见图2）

硫化

8．生胎被放置在一个大模具内进行硫化处理（见图2）。硫化模具的形状像一个巨大的金属蛤蜊，打开后露出一个大而灵活的囊状物。生胎放入模具内胆，关闭模具翻盖。硫化模具上带有所有轮胎的标记和胎面花纹。充满热水的硫化胆内，囊状物受热膨胀，把轮胎紧紧地推进模具的空穴内。模具周围的热水和蒸汽开始硫化过程。这个硫化过程把混合橡胶与钢丝，或者织物丝加固部件紧密地结合在一起。在这个化学反应中，轮胎从原来柔软而且容易变形的状态，转变成坚硬而富有弹性的状态。在硫化过程中，蒸汽将生胎加热到138℃，在模具中的硫化时间取决于轮胎所需的特性。一会儿之后，硫化过程完成了，这时候的轮胎已经具备了最终的外形和特性。

9．硫化完成后，将轮胎从模具中取出进行冷却和测试。每个轮胎都要进行彻底的检查，检查是否有缺陷，如胎面、胎侧和轮胎内部橡胶中是否有气泡或空心点。然后，把轮胎放置在一个测试轮上，充气并旋转。测试轮中的传感器测量轮胎的平衡，并确定其是否沿直线行驶。一旦轮胎经过检查并在测试轮上运行完好，它就会被移到仓库中进行分发。

质量控制

质量控制从原材料供应商开始。轮胎制造商可以对来厂原材料进行跟踪，追溯到上游供应商对原材料进行测试的具体测试者。制造商通常会与供应商签订特别采购协议，由供应商提供原材料特性和组成的详细证明。为确保供应商的认证可靠，轮胎公司的化学家在原材料交付时对其进行随机测试。

在整个密炼过程中，抽取橡胶样品并加以测试以确定不同的性能，如抗拉强度和密度。每个轮胎装配工负责所使用的轮胎部件。代码编号和全面的计算机记录保存系统使工厂管理人员可以跟踪橡胶和特定轮胎部件的批次。

当一种新的轮胎设计的第一次实物被制造出来时，会从装配线末端取出数百个轮胎进行破坏性试验。一些轮胎被切开，以检查胎体层之间的气囊，而有些轮胎被按压在金属钉上，以确定耐刺穿性。还有一些轮胎压在金属鼓上并快速旋转，以测试里程和其他性能特性。

各种无损检测技术也被用于轮胎质量控制。X射线摄像提供了一个快速、可视的轮胎检测方法。随机选择的轮胎被带到辐射室，接受X射线的检测。技术人员在视频屏幕上查看图像，很容易发现轮胎缺陷。如果出现缺陷，制造工程师将检查轮胎部件装配的具体步骤，以确定缺陷是如何形成的。

除了内部测试，在制造过程中还会考虑消费者和轮胎经销商的反馈意见，以确定需要改进的地方。

未来的轮胎

不断改进的橡胶化学工艺和轮胎设计正在创造令人兴奋的新轮胎，包括提供更大的里程和改善性能且在极端天气条件下使用的轮胎。制造商现在提供的一些轮胎，估计可持续使用长达14.4万千米。由计算机设计和测试的胎面，具有独特的不对称条带，提高了在潮湿或积雪道路上的牵引力和安全性。一家制造商开发了一种轮胎，这种轮胎在胎面磨损时仍能保持其性能，其原理是依靠轮胎磨损时暴露出来的合并凹槽、这种凹槽磨损时变宽。还有采用潮湿条件下增加抓地力的专用橡胶化合物制作胎面。

漏气的轮胎真让人泄气。但轮胎设计工程师们也带来了一些好消息。他们完善了一种几乎永远不会瘪的非充气轮胎，因为它不含任何压缩空气。一个柔韧的网状辐条内部结构支持着轮胎，而不是空气。所谓的防爆轮胎，主要是加强了胎侧和自密封衬里，可以允许你继续驾驶，即使轮胎已经失去了空气压力。这样的轮胎产品已经上市，并有可能会变得更加普及。即使是那些能够监测自身气压的轮胎，如果气压低，也能够从储气罐中泵入更多的空气。一种通过安全阀释放多余压力的轮胎，也在研发之中。

轮胎的生产和试验一直在进行，只要驾驶员需要，就会继续改进。