綠色輪胎給沉淀法白炭黑帶來的機遇與挑戰

劉希春，朱信明，劉瓊瓊，孫 鵬，叢后羅，程 源

（1.徐州工業職業技術學院，江蘇徐州221140；2.北京化工大學）

綜述與專論

綠色輪胎給沉淀法白炭黑帶來的機遇與挑戰

劉希春1，朱信明1，劉瓊瓊1，孫 鵬1，叢后羅1，程 源2

（1.徐州工業職業技術學院，江蘇徐州221140；2.北京化工大學）

介紹了綠色輪胎的由來、含義、配方特征及白炭黑主材地位的確立。通過回顧白炭黑在傳統輪胎和在綠色輪胎上各發展階段的應用，分析了綠色輪胎對白炭黑的消費潛力。指出中國綠色輪胎正處在產量釋放的初期，即將進入高速發展期。在此背景下白炭黑面臨著機遇與挑戰。機遇：1）綠色輪胎給白炭黑創造了廣闊的市場；2）綠色輪胎促使加快產業轉型升級步伐。挑戰：1）市場門檻提高，亟須產業轉型升級；2）外資企業搶先占領市場；3）生產技術與產品質量不適應；4）創新能力弱，核心技術缺乏。白炭黑企業只要抓住機遇，勇于接受挑戰，加快技術創新，提升產業發展水平，就一定能實現跨越式發展。

輪胎；沉淀法白炭黑；機遇；挑戰

“綠色輪胎”一詞源于法國米其林公司，1992年該公司利用溶聚丁苯橡膠（SSBR）與沉淀法白炭黑（以下簡稱白炭黑）等組成的配方，研發成功的一種具有低滾動阻力、高抗濕滑性、高耐磨耗性，以及低噪聲、低廢氣排放量的輪胎，稱為安全、環保、節能輪胎（SEE）。研發者為倡導1989年在歐洲剛剛興起的綠色經濟理念，將其命名為“綠色輪胎”，綠色輪胎的制造技術也冠以“綠色輪胎技術”的名稱［1］。

中國發展綠色輪胎起源于歐盟 “輪胎標簽法”。2009年，歐盟頒布了EC661/2009《歐盟汽車一般安全的型式認證要求》和EC1222/2009《有關燃油效率及其他基本參數的輪胎標簽》，對輪胎滾動阻力、濕路面抓著性及噪聲性能提出了要求［2］，并將該性能綜合劃分為7個等級，最佳的為A級，最差的為G級。達不到最低限定值（F級）的輪胎不得在歐盟境內銷售［3］。該法2012年11月1日起強制實施，倒逼中國輪胎行業接受嚴峻考驗［4］。為此，2012年中國正式啟動綠色輪胎產業化戰略，制定實施滾動阻力、濕滑性能和噪聲限制的標準，推進綠色輪胎產業化。并以綠色輪胎為基礎，實現輪胎的升級換代。

綠色輪胎的核心技術是 “高性能子午胎配方”。配方的主要特點：1）主體橡膠以SSBR為主；2）補強體系以白炭黑（SiO2）為主，填充量高達50～80份或全部替代炭黑［5］。

有人把這種高填充二氧化硅配方稱為 “富含硅配方”。正是這“富含硅配方”使白炭黑一躍成為綠色輪胎制造的兩大主材之一，其命運也與綠色輪胎緊緊聯在一起，機遇難得，挑戰空前。

1 綠色輪胎給白炭黑帶來的機遇

1.1 白炭黑在橡膠制品及普通輪胎上的應用

白炭黑又稱水合二氧化硅、活性二氧化硅和沉淀二氧化硅，分子式為SiO2·n H2O。白炭黑作為橡膠補強材料用途廣泛，主要用于鞋類、輪胎和其他淺色橡膠制品中［6］，也用于硅橡膠、膠輥、膠帶和電纜等橡膠制品中。2010年，橡膠工業占白炭黑消費總量的70%以上，其中制鞋占42%，輪胎占16%，硅橡膠、膠輥、膠帶和電纜等橡膠制品占13%［7］。

輪胎消費白炭黑比鞋類低很多，這是因為在傳統斜交輪胎（載重胎、工程胎、農業胎）中，白炭黑作為輔助補強料常與主補強料炭黑組合使用，用少量白炭黑替代炭黑應用于胎面、胎側及簾布膠，提高輪胎的抗撕裂、抗刺扎、耐臭氧老化以及橡膠與簾線的粘合性，降低生熱，減少崩花掉塊等，用量為5～10份［8］。在普通子午線輪胎中，白炭黑主要用于帶束層，以增強鋼絲簾線與橡膠的粘合性能；部分輪胎企業將白炭黑用于載重子午線輪胎胎面膠，以提高胎面膠的抗刺扎和抗崩花掉塊性能，但其用量較小，為10～15份［9］。

可見，在開發綠色輪胎之前，輪胎胎面膠中應用白炭黑主要是為了提高胎面耐切割和耐刺扎的性能，還沒有把降低滾動阻力等放在主導地位，白炭黑的主要市場是制鞋行業而不是輪胎行業［10］。2010年中國白炭黑總產量約為85.6萬t，實際消費為62.2萬t，輪胎行業消費約10萬t，用量較少，白炭黑充當著炭黑附屬品的次要角色。

1.2 白炭黑在綠色輪胎中的應用及市場潛力

1.2.1 綠色輪胎發展狀況及白炭黑應用

按歐盟輪胎標簽法頒布與實施前后綠色輪胎研發與產業化的狀況以及白炭黑在綠色輪胎中的應用狀況，可分為頒布前、頒布后、實施后3個階段討論。

1）輪胎標簽法頒布前綠色輪胎狀況及白炭黑應用。21世紀初，中國就有部分輪胎企業著手研究開發綠色輪胎。但是當時中國企業對綠色輪胎的認識還很模糊、緊迫感不強，又因白炭黑分散性不好、加工困難，而且單獨使用白炭黑的輪胎耐磨性和抗靜電性能不好，所以許多企業都采用白炭黑與炭黑并用的方式，用量為5～35份。中國企業對絕色輪胎的研發進展緩慢，更沒有形成批量生產，所以并未拉動白炭黑的消費。

2）輪胎標簽法頒布后綠色輪胎狀況及白炭黑應用。2009年輪胎標簽法頒布至2012年11月實施，輪胎企業感到危機來臨，于是緊急應對，研發進入緊張活躍期。輪胎用高分散白炭黑開發也進入高潮，相繼推出許多新品，但絕大部分達不到綠色輪胎高分散的要求，所以高質量白炭黑大部分還依賴進口。此外，由于中國相關標準制訂及綠色輪胎試驗場地等建設滯后，配套產業不能協同發展，綠色輪胎產業化進展緩慢，至2013年初中國大部分企業轎車胎滾動阻力多為E、F級，暫時可達到歐盟第一階段的最低要求，但有很多企業達不到歐盟第二階段的最低要求。另據調研結果，約30%的載重胎達不到歐盟第一階段滾動阻力的最低要求，70%達不到歐盟第二階段滾動阻力的最低要求。該階段綠色輪胎形成的產量有限，對白炭黑的消費增長貢獻不大。白炭黑的消費增長主要還是由傳統輪胎產量擴大帶來的。

3）輪胎標簽法實施后綠色輪胎狀況及白炭黑應用。2012年11月輪胎標簽法實施以來，國家把綠色輪胎確定為輪胎產業發展方向，綠色輪胎進入大規模有序協作開發階段，形成了政府、行業協會、企業、科研單位與高校協同開發的格局。2014年3月1日實施了綠色輪胎行業自律性標準——《綠色輪胎技術規范》；2016年5月12日，中國《輪胎標簽分級標準》、《輪胎標簽管理規定》在無錫通過審查，年內發布實施，中國輪胎企業可以正式申報中國輪胎標簽分級。預計2017年綠色輪胎強制性分級標簽法將正式實施，屆時所有輪胎都將加貼指數等級標簽。

2013—2016年是輪胎行業轉型陣痛期，陣痛來自于國內宏觀經濟調整和國際各種技術、貿易壁壘兩個方面。市場需求萎縮，銷路不暢，行業經濟運行數據全面下降。但行業轉型升級必須加速，否則就被淘汰。轉型的重點是通過技術創新，迅速推進綠色輪胎產業化，實現產品升級和結構調整，適應和滿足國內外市場需求。

2016年6月2日首批汽車綠色輪胎等級認證（C-GTRA）結果在天津發布，4款輪胎獲得認證，標志著中國綠色輪胎開發進入大規模產能形成期，該期以后高分散白炭黑的消費量將加速增長。預計2017年起，綠色輪胎將進入產量釋放期與快速發展期，高分散白炭黑的需求量將迅猛放大，白炭黑行業將伴隨著綠色輪胎的高速發展而實現跨越式發展。

1.2.2 綠色輪胎對白炭黑需求的市場潛力

綠色輪胎的發展強力拉動高分散白炭黑的市場需求。表1給出2012、2015、2020年白炭黑總產量及在輪胎上的使用量。

表1 2012、2015、2020年白炭黑總產量及在輪胎上的使用量

由表1可見，與2012年相比，2015年白炭黑在輪胎上的消費量增速很快，但總量并沒有像業內所期望的那樣爆發式增長。這反映了在研發期間中國綠色輪胎產量雖然經過幾年的努力得到了快速增長，但基礎薄弱、基數小，綠色輪胎比重還相當低，與國外相比差距很大。但是，自2017年起隨著綠色輪胎產能的迅猛釋放，2020年白炭黑產量可達到260萬t，比2015年增加150%以上；綠色輪胎用高分散白炭黑產量可達 142萬 t，比2015年增加600%以上。作出如此樂觀的預計是基于以下原因。

1）綠色輪胎產業化速度加快，即將進入高速成長期。自2009年歐盟“輪胎標簽法”強制推行綠色輪胎以來，中國企業由標簽法頒布后“被逼”無奈的被動研發，到2012年標簽法實施后大規模有序協作開發，經過了認識—模仿—消化吸收—技術創新的艱難歷程。如今“綠色發展”已是國家戰略，國家鼓勵引導，行業有效協調，出臺了綠色輪胎標準，完善了相關檢測手段。良好的外部支持與企業內在動力結合，有效地加快了綠色輪胎產業化的進程。 綠色輪胎經過8 a的發展，已處在產量釋放的初期，即將進入高速成長期，隨著綠色輪胎時代的到來，高分散白炭黑的市場需求將呈現跨越式增長。

2）2020年中國輪胎綠色化率基本接近或達到歐盟水平。中國輪胎的綠色化進程將按照先自愿后強制的原則，綠色輪胎產業化在2017年前仍處于自愿階段，而2017年起將轉入強制執行階段。預計2020年中國半鋼、全鋼綠色化率將分別達到80%、50%，離歐盟85%～90%綠色化率僅有一步之遙，基本達到世界先進水平。按2020年半鋼、全鋼綠色化率分別達到80%、50%為基準，參考2014年輪胎產量11.2萬條、子午胎產量6.91萬條、當年炭黑產量510萬t、輪胎消費炭黑占67%來估算，需高分散白炭黑204萬t，遠超過表1的預計數。

3）綠色輪胎帶動白炭黑企業拓展國際市場。隨著綠色輪胎技術的發展與日臻成熟，對白炭黑的技術質量要求不斷提高，促使白炭黑企業不斷改進制造工藝技術與產品質量，部分產品趕上或超過世界先進水平。屆時，國產白炭黑企業將憑借高技術、高質量的產品與相對低廉的價格優勢，開拓國際市場，擴大出口。

4）綠色輪胎技術帶動其他輪胎與橡膠制品大量使用白炭黑。白炭黑是一種無毒害的優良無機補強劑，與炭黑相比具有明顯的資源、價格與環保優勢。幾十年來，橡膠行業一直進行白炭黑替代炭黑的探索。因其補強效果比炭黑略差，而更大的原因是其混煉時分散特別困難，生熱快而猛烈，造成膠料焦燒甚至降解。這些缺點制約了白炭黑在橡膠中的大量使用，不得已而與炭黑摻用。綠色輪胎之前都是采取這種摻用的方式。工信部2010年發布的《輪胎行業“十二五”發展規劃指導綱要》指出，把顯著增大白炭黑用量作為重點開展的科研項目。可見增大白炭黑用量已成為發展低碳經濟和節能減排的重要措施之一。綠色輪胎技術的推廣日趨成熟，一是體現在白炭黑企業已經能較大規模地生產較高質量的高分散性白炭黑，二是體現在白炭黑應用技術獲得很大的提升［11］。特別是白炭黑低溫混煉和濕法混煉等節能最顯著、對白炭黑分散最有利的工藝技術被廣泛應用［12］，給大量使用白炭黑清除了技術障礙，越來越多的其他輪胎與橡膠制品將白炭黑作為主要補強劑，并通過技術創新不斷提高用量，逐步形成新的消費市場。

1.3 綠色輪胎給白炭黑行業帶來了難得的發展機遇

1）綠色輪胎給白炭黑創造了廣闊而且不斷高速發展的市場。綠色輪胎是繼由斜交輪胎升級為子午線輪胎后又一重大技術革命，綠色輪胎產業化進程中對白炭黑的巨大需求潛力，會不斷釋放形成現實的不斷擴大的市場，帶動白炭黑產量快速增長。白炭黑行業借此機會會在短短幾年內由一個不起眼的小行業迅速壯大成為輪胎行業重要的舉足輕重的原材料配套行業，作為綠色輪胎補強材料的高分散白炭黑也將成為市場的主流產品。綠色輪胎給白炭黑行業創造了千載難逢的市場機遇。

2）綠色輪胎從市場與技術導向上促使企業轉變觀念，加快產業轉型升級的步伐，以適應綠色輪胎的要求。綠色輪胎從市場與技術導向給白炭黑行業的產業發展與技術開發指明了方向，描繪出較為清晰的研發思路與技術路線，并對工藝技術和產品質量提出了詳細的要求。這將促使白炭黑企業轉變觀念，加快產業轉型升級步伐，大力投入新技術、新產品的研發，生產出高質量的產品，以適應綠色輪胎的要求。

2 綠色輪胎給白炭黑行業帶來的挑戰

2.1 市場門檻提高，亟須產業轉型升級

中國綠色輪胎研發是在歐美基本實現產業化十幾年以后才開始啟動的，為了打破技術壁壘、應對嚴峻的市場形勢，輪胎企業必須加速開發以免喪失時機，以高質量的產品參與競爭以穩定與拓展市場，這對輪胎企業與白炭黑企業都提出了更高的要求。白炭黑產業應正確把握“舍”與“得”的辯證關系，痛下決心淘汰落后產能，加快技術改造、產業轉型升級和產品結構調整的步伐，大力開發補強性和分散性更好的新品種，占領綠色輪胎用高分散白炭黑市場。

2.2 外資企業搶先占領市場

歐美綠色輪胎比中國起步早20多年，高分散白炭黑也比中國起步早20多年。外資企業看好中國白炭黑市場的巨大潛力，紛紛在中國增加投資，擴建、新建項目大都竣工投產。在中國綠色輪胎形成產能以后，外資企業倚仗其強大的技術、質量、規模優勢與遍布世界的銷售網絡，紛紛搶占市場。此外，中國許多輪胎企業在研發綠色輪胎時，因國外高分散性白炭黑產品品質優良，大都進口國外產品進行試驗，有很多輪胎企業對一直在用的國外產品已經形成了使用習慣和成熟的配方，也使得國產高分散白炭黑難以推廣?？梢?，國外產品先入為主搶占了先機，國內企業處在“起跑線”上的劣勢，需要花大力氣追趕。

2.3 生產技術與產品質量不適應

隨著綠色輪胎占據越來越多的市場份額，高分散白炭黑成為全球白炭黑企業的重點研發方向。但在中國許多白炭黑企業卻面臨著生產技術與產品質量不適應的嚴峻現實。這是因為，中國白炭黑行業大而不強，雖然總產能和總產量均居世界第一，但行業的技術水平與國際先進水平相比差距較大，多數品種還屬于中低檔產品，大多數企業只能生產用于普通膠鞋和普通輪胎的產品。除幾家比較先進的內資白炭黑企業的生產技術與產品質量已達到或接近國際先進水平，并有較好的成本優勢，具有一定的競爭力外，總體上適用于綠色輪胎的高分散白炭黑的品種和質量與國外產品相比還存在較大的差距，不能滿足市場要求。因此中國高用量、高附加值的輪胎用白炭黑市場基本被贏創集團、羅地亞和PPG等公司產品占據［9］。

中國大多數企業技術裝備水平較低，低水平重復建設現象突出。高附加值的專用產品、生產所需的專用技術與設備以及高端控制系統多數被國外公司控制，而恰恰是這些公司依靠核心技術壟斷著高端產品市場。這種被動局面亟待打破，技術壟斷不打破，在市場競爭中就沒有主動權。

2.4 創新能力弱，核心技術缺乏

創新是企業的靈魂，是企業發展的不竭動力。中國白炭黑企業與國外知名企業相比差距很大，但主要差距是創新能力弱、研發投入少、人才缺乏、研發隊伍弱小。企業應進一步加大技術創新的力度，加大投入提升研發基礎能力、購置研發設備、培養研發隊伍；應加強與國內外高校、科研院所等深層次合作，開展產學研協同創新活動；應積極構建行業技術創新戰略聯盟，充分利用集群優勢為企業技術創新活動提供系統的支撐；通過上述舉措，把握綠色輪胎用白炭黑的技術發展趨勢，不斷開發白炭黑新產品，縮小與國外先進企業的差距。

另外，應大力開發精細化產品，對白炭黑產品的表面積、粒度、表面特性等實現精確控制，滿足不同應用要求；應瞄準白炭黑現存的技術與質量缺陷以及在輪胎制造中所暴露的問題，研究新技術如新的改性技術［13］、活化技術、造粒技術、硅烷反應控制技術等，開發新產品如納米級超細白炭黑、高補強白炭黑、低生熱白炭黑、超分散白炭黑（優于高分散白炭黑）、低門尼粘度白炭黑等，取得具有自主知識產權的關鍵技術成果，形成企業的核心技術，轉化為某類或某種輪胎專用的白炭黑品種。如果某品種的關鍵技術處于國際領先水平，那么該企業就拿到一個“單項冠軍”。行業內“單項冠軍”累加多了，就形成了行業整體核心競爭力，國外企業的技術壟斷會因此被打破，壟斷的市場也會被奪回。

3 結語

綠色輪胎是世界輪胎發展的必然趨勢，以其安全、環保、節能、舒適等一系列優異性能成為現代高檔輪胎的代名詞。綠色輪胎產業化發展迅速、勢不可擋，幾年內就會幾乎全部替代普通輪胎。綠色輪胎產業化對于白炭黑行業既是機遇也是挑戰。機遇：1）綠色輪胎給白炭黑創造了廣闊而又不斷高速發展的市場；2）綠色輪胎從市場與技術導向上促使企業轉變觀念，加快產業轉型升級步伐，以適應綠色輪胎的要求。挑戰：1）市場門檻提高，亟須產業轉型升級；2）外資企業搶先占領市場；3）生產技術與產品質量不適應；4）創新能力弱，核心技術缺乏。白炭黑企業只要牢牢抓住這個千載難逢的機遇，勇于接受挑戰，借綠色輪胎發展的強勁東風，加快技術創新，提升產業發展水平，就一定能實現跨越式發展。

［1］ 于清溪.輪胎的綠色特性與發展［J］.橡塑技術與裝備，2013，39（1）：21-32.

［2］ 閆平，王偉，閆雙城，等.高分散性白炭黑在綠色半鋼子午線輪胎胎冠膠中的應用［J］.橡膠科技市場，2012（1）：23-27.

［3］ 郭鵬，趙文權，吳剛.我國綠色輪胎的發展現狀［J］.化工環保，2014，34（4）：332-335.

［4］ 董鵬.歐盟推出輪胎標簽法使輪胎出口遭遇“限制門”［J］.汽車工程師，2013（8）：15-17.

［5］ 劉希春，朱信明，劉瓊瓊，等.密煉機低溫混煉高填充白炭黑膠料的研究［J］.中國皮革，2016，45（4）：40-48.

［6］ 朱春雨.我國沉淀法白炭黑市場現狀及發展趨勢［J］.橡膠科技市場，2011（6）：9-14.

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聯系方式：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

劉希春（1959— ），男，副教授，高級工程師，主要從事高分子材料及加工設備的教學與科研工作。