?輪胎是汽車重要的部件之一，輪胎在汽車行駛中起到承受載荷、緩沖沖擊、傳遞驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力、提供轉(zhuǎn)向操縱性的作用。輪胎胎面直接接觸地面，除保護(hù)胎體之外，還應(yīng)具有耐磨和抗切割性能，并能傳導(dǎo)車輪的牽引力和制動(dòng)力，緩沖地面?zhèn)鲗?dǎo)的振動(dòng)和沖擊。胎面膠是專門為平衡磨耗、牽引、操縱和滾動(dòng)阻力而配置的。胎面必須在多種行駛條件下有效作用，并滿足客戶對(duì)輪胎高耐磨性能、高耐久性能、低滾動(dòng)阻力、綠色環(huán)保的期望。高速行駛的輪胎內(nèi)部產(chǎn)生大量的熱，胎面、胎肩和三角膠是輪胎生熱易損壞的部位，特別是直接跟路面接觸的胎面，其受到的摩擦力、撕裂力和擠壓力相對(duì)其他部位較大，最容易被磨損、刺破和崩花掉塊，導(dǎo)致其不夠耐用，輪胎使用周期縮短。因此，如果能提高胎面的綜合力學(xué)性能和耐用性，就能延長(zhǎng)輪胎的使用壽命，改善輪胎綜合性能，降低輪胎使用成本。

輪胎在生產(chǎn)過(guò)程中需要進(jìn)行硫化才能達(dá)到所需的強(qiáng)度和使用價(jià)值，如果輪胎用膠料具有較好的導(dǎo)熱性能，那么在硫化過(guò)程中可以明顯縮短硫化時(shí)間，同時(shí)在使用過(guò)程中可以將輪胎變形而產(chǎn)生的熱量釋放出去，從而降低輪胎的行駛溫度，保證輪胎的使用壽命。

將石墨烯應(yīng)用于輪胎的胎面膠、基部膠、胎側(cè)膠、胎肩墊膠、三角膠、帶束層膠、胎體簾布膠、過(guò)渡層膠和氣密層膠等，可以有效解決現(xiàn)有輪胎質(zhì)量差、易爆胎等問(wèn)題。石墨是一種常見的納米填料，具有類似粘土的片層結(jié)構(gòu)，是比強(qiáng)度極高的材料之一。相對(duì)于原始石墨，石墨烯經(jīng)氧化后片層剝離程度更高，具有非常大的比表面積，在橡膠復(fù)合材料中加入極少量經(jīng)超聲波處理剝離開的氧化石墨烯，即可顯著提高復(fù)合材料的硬度與模量。氧化石墨烯片層與炭黑粒子相互隔離，既可以阻礙石墨烯的二次聚集，又能加強(qiáng)炭黑的分散，加上氧化石墨烯用量很小以及炭黑用量的減小，可以顯著改善材料的加工性能，降低動(dòng)態(tài)生熱，改善輪胎的耐熱疲勞性能，延長(zhǎng)輪胎使用壽命。

在橡膠中加入石墨烯和多種增磨組分后，使原有的胎面在散熱、耐磨和耐久等性能上得到了明顯提高，延長(zhǎng)了胎面的使用壽命；在橡膠中添加石墨烯，有助于胎面制備后續(xù)工藝處理和成型；由于石墨烯在橡膠中分散均勻，胎面在工作時(shí)產(chǎn)生的大量熱量通過(guò)石墨烯及時(shí)地向四處擴(kuò)散，能夠更好地解決胎面局部溫度過(guò)高和胎面整體溫度過(guò)高的問(wèn)題，同時(shí)，能均勻地提高輪胎各部位的耐磨性能，解決胎面磨損不均勻的問(wèn)題。添加石墨烯后，膠料的門尼粘度、焦燒時(shí)間和硬度基本保持不變，拉伸強(qiáng)度和回彈值明顯增大，但是撕裂強(qiáng)度減小。通過(guò)測(cè)試導(dǎo)熱數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，碳納米管和石墨烯并用后膠料的導(dǎo)熱性能明顯改善。

2. 1 國(guó)外應(yīng)用技術(shù)

最近，很多研究發(fā)現(xiàn)將石墨烯添加到橡膠基體中可以大幅提升橡膠的各種性能。將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 01的熱還原石墨烯加入到NR中，硫化膠的拉伸強(qiáng)度提高了44%；采用乳液共混法制備石墨烯/丁苯橡膠（SBR）納米復(fù)合材料，其熱穩(wěn)定性能和導(dǎo)電性能都有大幅提升。但是這些研究均偏重于材料性能的表征，而且對(duì)補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理等問(wèn)題缺乏深入的分析。

日本住友橡膠工業(yè)株式會(huì)社在專利CN101415765B中公開了一種橡膠組合物及使用該橡膠組合物的漏氣保用輪胎。該橡膠組合物含有100份二烯系橡膠，5～120份平均高寬比為3～80、平均粒徑為2～80 μm 的薄片狀石墨，他們通過(guò)用密煉機(jī)、捏合機(jī)或開煉機(jī)等與其他添加劑進(jìn)行混煉，然后進(jìn)行硫化，制備橡膠組合物。該橡膠組合物的生熱和油耗降低，輪胎在刺破狀態(tài)下行駛的耐久性能提高。

美國(guó)?？松梨诨瘜W(xué)公司在專利CN102112299B中公開了一種石墨烯納米復(fù)合材料。該復(fù)合材料采用機(jī)械混合法制備得到，包含一種或多種石墨烯納米顆粒、至少一種非石墨烯填料、至少一種官能化的彈性體以及不同于官能化彈性體的第二彈性體。該復(fù)合材料具有良好的氣壓保持性能，主要用于輪胎內(nèi)胎和內(nèi)襯層。

美國(guó)沃爾貝克材料有限公司在專利CN 104136237A中公開了包含石墨烯和增強(qiáng)劑的橡膠組合物及其制成的制品。該橡膠組合物主要通過(guò)兩輥開煉機(jī)采用兩段混煉工藝制得。

美國(guó)PPG俄亥俄工業(yè)有限公司在專利CN104334628A中公開了一種橡膠配制物，采用本伯里密煉機(jī)或橡膠研磨機(jī)混合，硫化制備得到，其包含基礎(chǔ)橡膠配合劑、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 001～0. 20的石墨烯顆粒以及如白炭黑之類的非導(dǎo)電性填料顆粒。該配合物具有小于1010 Ω的表面電阻率，可用于輪胎胎面中。

2. 2 國(guó)內(nèi)應(yīng)用技術(shù)

青島雙星輪胎工業(yè)有限公司在專利CN105348604A中公開了一種采用石墨烯材料的高性能輪胎。該發(fā)明采用有機(jī)溶劑將石墨烯粉體進(jìn)行分散，再將穩(wěn)定分散的石墨烯分散液加入到膠乳中進(jìn)行超聲分散和攪拌，除去溶劑并對(duì)膠乳凝固和干燥，制成一定含量的石墨烯/橡膠復(fù)合材料；然后將NR、石墨烯/橡膠復(fù)合材料等多段混煉，最后擠出形成半成品。其胎面具有高的耐磨性能、導(dǎo)熱性能、抗撕裂性能和抗刺扎性能，防止崩花掉塊，其基部膠和三角膠具有低生熱、高導(dǎo)熱等優(yōu)點(diǎn)。

2016年8月3日青島森麒麟輪胎股份有限公司與青島華高墨烯科技股份有限公司正式簽約，開發(fā)生產(chǎn)石墨烯導(dǎo)靜電輪胎，主要生產(chǎn)431. 8 mm（17英寸）以上的輪胎。據(jù)了解，石墨烯導(dǎo)靜電輪胎采用了石墨烯與橡膠復(fù)合的制備技術(shù)。與普通輪胎相比，這種輪胎的濕地制動(dòng)距離縮短1. 8 m，抗?jié)窕阅芴岣?%，輪胎安全性能進(jìn)一步提升；輪胎行駛里程提高1. 5～1. 8倍；輪胎質(zhì)量減小10%，實(shí)現(xiàn)輪胎輕量化；導(dǎo)熱性能提高1倍以上。

李超群等通過(guò)乳液共混法，采用NR/SBR與石墨烯復(fù)合成功制得具有剝離結(jié)構(gòu)的石墨烯/NR/SBR納米復(fù)合材料。研究結(jié)果表明，由于石墨烯在橡膠乳液中具有較好的分散性，并且石墨烯表面的含氧官能團(tuán)大部分得到還原，因此復(fù)合材料具有較好的導(dǎo)電性能。復(fù)合材料中導(dǎo)電石墨烯體積分?jǐn)?shù)的逾滲閾值約為0. 01，而當(dāng)石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 05時(shí)，復(fù)合材料的電導(dǎo)率達(dá)到0. 12 S·m-1。

邢旺等通過(guò)Hummers法制備氧化石墨，然后通過(guò)超聲分散于水中，再離心除去未被剝離的石墨，將氧化石墨懸浮液與天然膠乳混合，攪拌后進(jìn)行共凝聚，最后用水合肼原位還原氧化石墨得到石墨烯/NR復(fù)合材料。研究結(jié)果表明，氧化石墨高度還原為石墨烯，且在橡膠基體中達(dá)到了均勻分散，NR與石墨烯間具有較強(qiáng)的界面作用。均勻的分散及強(qiáng)界面作用使添加較低用量的石墨烯就可大幅提升NR的力學(xué)性能。另有研究表明，采用類似的原位還原法可制備石墨烯分散良好的石墨烯/NR復(fù)合材料。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在乳液共混法制備的復(fù)合材料中石墨烯均勻分散，厚度只有1～3 nm，遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)干法混煉制備的復(fù)合材料中石墨烯團(tuán)聚體尺寸（300～800 nm）。

北京化工大學(xué)在專利CN 102558628B中公開了一種輪胎氣密層和內(nèi)胎用氧化石墨烯/聚合物組合物及制備方法。該氣密層和內(nèi)胎用組合物包括氧化石墨烯/橡膠組合物和環(huán)氧化天然橡膠（ENR）或熱塑性樹脂兩相。其氧化石墨烯（用量為0. 1～30份）先超聲分散于水中，再將氧化石墨烯水溶液與反應(yīng)性橡膠混合，混合均勻后加入固態(tài)橡膠制備得到氧化石墨烯/橡膠組合物；再將該組合物與ENR或熱塑性樹脂共混得到氧化石墨烯/聚合物組合物。

北京化工大學(xué)在專利CN 103224656A中公開了一種氧化石墨烯/炭黑/橡膠納米復(fù)合材料及其制備方法。該納米復(fù)合材料是將0. 5～5份氧化石墨烯粉末分散在去離子水中并進(jìn)行超聲處理，加入NR乳液，絮凝、洗滌、干燥，制得母膠，然后將母膠與SBR或順丁橡膠、添加劑混煉均勻，硫化制備得到橡膠復(fù)合材料。將復(fù)合材料應(yīng)用于輪胎三角膠，可以明顯提高三角膠的硬度和模量，并降低動(dòng)態(tài)生熱，延長(zhǎng)輪胎的使用壽命。

中國(guó)化工集團(tuán)曙光橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院有限公司在專利CN 104262700A中公開了一種二氧化硅接枝氧化石墨烯/橡膠復(fù)合材料的制備方法。該方法首先通過(guò)二氧化硅溶膠與氧化石墨烯混合溶液反應(yīng)制備得到二氧化硅接枝氧化石墨烯，然后將0. 5～5份二氧化硅改性氧化石墨烯與100份1#煙膠片、其他助劑通過(guò)密煉機(jī)混煉制成混煉膠，用擠出機(jī)擠出的方式將混煉膠制備成半成品。該復(fù)合材料具有生熱低、拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度高、耐磨性和熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，應(yīng)用于航空輪胎胎面膠時(shí)，相對(duì)于傳統(tǒng)的胎面膠，其使用安全性提高，使用壽命延長(zhǎng)。

中國(guó)石油化工股份有限公司等在專利CN105368097A中公開了一種納米復(fù)合材料及其制備方法和硫化橡膠及其應(yīng)用。該納米復(fù)合材料中含有白炭黑、氧化石墨烯和附著在白炭黑和/或氧化石墨烯表面的表面改性劑。其制備方法是將白炭黑和氧化石墨烯在水中混合均勻后噴霧干燥得到固體，然后將固體與表面改性劑混合后干燥。將納米復(fù)合材料與橡膠、硫化劑、促進(jìn)劑混煉、硫化，制成硫化膠。該納米復(fù)合材料具有優(yōu)良的分散性和相容性，其硫化膠具有良好的拉伸性能、耐磨性能及動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。

吳桂龍分別采用乳液共混法和機(jī)械共混法制備了石墨烯/NR復(fù)合材料，其中乳液共混法是將天然膠乳、石墨烯等加入到甲苯中共混制備復(fù)合材料。研究結(jié)果表明，無(wú)論是單層還是多層石墨烯，復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能均有所改善，并且導(dǎo)熱系數(shù)隨著石墨烯用量的增大而增大，在相同的石墨烯用量下，單層石墨烯對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響略優(yōu)于多層石墨烯。

羅勇悅等分別采用乳液共混法和機(jī)械共混法制備了石墨烯橡膠復(fù)合材料，其中乳液共混法是將天然膠乳、石墨烯、硫化助劑等超聲分散，乙酸凝固，經(jīng)過(guò)濾、洗滌、冷凍干燥72 h后，直接將產(chǎn)物置于平板硫化機(jī)上硫化成型，制得復(fù)合材料。研究結(jié)果表明，相比于機(jī)械共混法，乳液共混法有助于石墨烯的均勻分散和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成，石墨烯/NR復(fù)合材料表現(xiàn)出較優(yōu)的物理性能和導(dǎo)電性能，定伸應(yīng)力和導(dǎo)電率分別為機(jī)械共混法的3和100倍。

李何青等先以蒙脫土為填料、氧化石墨烯為分散劑，制備了氧化石墨烯/蒙脫土復(fù)合粉體懸浮液，而后其與天然膠乳共沉，經(jīng)凝固得到氧化石墨烯/蒙脫土/NR復(fù)合材料。研究結(jié)果表明，混煉膠的硫化速度加快，硫化膠的拉伸強(qiáng)度、耐磨性能、耐溶劑性能等改善，交聯(lián)密度提高?；谖墨I(xiàn)分析，石墨烯/橡膠復(fù)合材料在輪胎中的應(yīng)用發(fā)展?jié)摿薮?。但目前仍處于基礎(chǔ)研發(fā)階段，還需要深入研究，進(jìn)行技術(shù)突破。

3.1 ?國(guó)內(nèi)石墨烯輪胎企業(yè)正在崛起

目前，許多國(guó)內(nèi)外輪胎企業(yè)進(jìn)行了石墨烯輪胎的研發(fā)。國(guó)外相關(guān)報(bào)道較少，國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀如下。

（1）石墨烯輪胎投產(chǎn)。2016年9月14日，世界首條石墨烯導(dǎo)靜電輪胎生產(chǎn)線——“森麒麟-華高墨烯”導(dǎo)靜電輪胎智能化生產(chǎn)線在青島森麒麟輪胎股份有限公司正式投產(chǎn)運(yùn)行，這標(biāo)志著石墨烯材料在輪胎行業(yè)首次實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，預(yù)計(jì)一期5年規(guī)劃產(chǎn)能500萬(wàn)條，二期5年規(guī)劃產(chǎn)能1 000萬(wàn)條。該產(chǎn)品通過(guò)在輪胎制造環(huán)節(jié)應(yīng)用石墨烯原料和工藝，使輪胎胎面接地過(guò)程同步實(shí)現(xiàn)靜電導(dǎo)出，使車輛無(wú)需額外增加車載導(dǎo)靜電設(shè)備，有效降低安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，輪胎散熱、強(qiáng)度等性能也因石墨烯的特殊屬性而得到較大提升，因此在民用汽車尤其是易燃易爆品運(yùn)輸車、電子設(shè)備專用車、軍（警）防爆車等特種車輛領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用前景。

（2）石墨烯輪胎技術(shù)研發(fā)。2016年雙星全球研發(fā)中心暨石墨烯輪胎中心實(shí)驗(yàn)室在青島建立，這是全國(guó)首個(gè)石墨烯輪胎實(shí)驗(yàn)室，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高端石墨烯輪胎的超前研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，引領(lǐng)世界輪胎研發(fā)制造領(lǐng)域的新一輪革命。

山東玲瓏輪胎股份有限公司為進(jìn)一步提高公司的科研水平與實(shí)力，已著手石墨烯輪胎的相關(guān)研究與開發(fā)。此外，還有不少輪胎企業(yè)在進(jìn)行石墨烯輪胎的開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)研究，共同推動(dòng)輪胎技術(shù)和新材料技術(shù)進(jìn)步。

3. 2　石墨烯政策保駕護(hù)航

2011年11月在江蘇常州成立的江南石墨烯研究院為全球首個(gè)基于石墨烯材料及應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)化基地。2013年工業(yè)和信息化部（簡(jiǎn)稱工信部）發(fā)布的《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中的前沿新材料就包含石墨烯。國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)資助了大批有關(guān)石墨烯的基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，國(guó)家科技重大專項(xiàng)、國(guó)家“973”計(jì)劃也部署了一批重大項(xiàng)目。各級(jí)政府對(duì)石墨烯表現(xiàn)出極大的興趣，已經(jīng)初步形成了政府、科研機(jī)構(gòu)、研發(fā)和應(yīng)用企業(yè)協(xié)同創(chuàng)新的官產(chǎn)學(xué)研合作對(duì)接機(jī)制。

（1）國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)（簡(jiǎn)稱發(fā)改委）發(fā)布“制造業(yè)升級(jí)重大工程包”，石墨烯成重點(diǎn)。2016年國(guó)家發(fā)改委官網(wǎng)發(fā)布的消息稱，國(guó)家發(fā)改委和工信部將于2016—2018年組織實(shí)施“制造業(yè)升級(jí)改造重大工程包”，石墨烯作為前沿領(lǐng)域的重點(diǎn)而被列入其中。

（2）《國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要》發(fā)布，石墨烯再被點(diǎn)名。2016年5月13日，工信部原材料工業(yè)司在北京組織召開了石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展座談會(huì)，會(huì)議凝煉了2016—2017年石墨烯產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)重點(diǎn)，提出了促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的措施與建議；2016年5月19日，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)了《國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要》，石墨烯再被點(diǎn)名，綱要提出：發(fā)展引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)，不斷催生新產(chǎn)業(yè)、創(chuàng)造新就業(yè)；發(fā)揮納米、石墨烯等技術(shù)對(duì)新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的引領(lǐng)作用。

（3）石墨烯重防腐涂料上榜工信部《建材工業(yè)鼓勵(lì)推廣應(yīng)用的技術(shù)和產(chǎn)品目錄（2016—2017年本）》。2016年5月25日，工信部網(wǎng)站公布了《建材工業(yè)鼓勵(lì)推廣應(yīng)用的技術(shù)和產(chǎn)品目錄（2016—2017年本）》，其中有兩項(xiàng)涉及石墨烯，分別為石墨烯粉體和石墨烯重防腐涂料。

（4）新材料產(chǎn)業(yè)“十三五”規(guī)劃將出，石墨烯、3D打印、超導(dǎo)等入選前沿材料發(fā)展重點(diǎn)。作為我國(guó)七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)和“中國(guó)制造2025”重點(diǎn)發(fā)展的十大領(lǐng)域之一，前沿新材料領(lǐng)域?qū)⒅攸c(diǎn)發(fā)展石墨烯、3D打印、超導(dǎo)、智能仿生四大類14個(gè)分類材料。

4. 3　石墨烯輪胎產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景

工信部、發(fā)改委、科技部、財(cái)政部近期聯(lián)合印發(fā)《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》，明確提出大力發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)。多數(shù)市場(chǎng)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，一旦石墨烯的制備技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破，其潛在市場(chǎng)巨大，將給多個(gè)行業(yè)帶來(lái)顛覆性的改變，相關(guān)市場(chǎng)規(guī)模有望快速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2020年將達(dá)到千億元之巨。2016年6月30日在上海舉辦的“2016中國(guó)國(guó)際石墨烯創(chuàng)新大會(huì)暨《2016全球石墨烯產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告》首發(fā)”新聞發(fā)布會(huì)上，由中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟產(chǎn)業(yè)研究中心出版的《2016全球石墨烯產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告》預(yù)測(cè)，中國(guó)石墨烯應(yīng)用市場(chǎng)將在2018年形成產(chǎn)業(yè)爆點(diǎn)，2020年將成長(zhǎng)至1 000億元規(guī)模，這項(xiàng)預(yù)測(cè)主要著眼于采用石墨烯制造的產(chǎn)品產(chǎn)值。

安信證券研報(bào)表示，石墨烯應(yīng)用前景廣闊，下游產(chǎn)業(yè)鏈將包含眾多行業(yè)，主要包括半導(dǎo)體、柔性電子、傳感器、能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換、復(fù)合材料、生物醫(yī)藥、環(huán)保以及熱管理等。但目前受制于應(yīng)用技術(shù)的瓶頸，諸多領(lǐng)域仍處于研發(fā)和試生產(chǎn)階段，市場(chǎng)規(guī)模偏小，一旦石墨烯的制備和應(yīng)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破，其市場(chǎng)將會(huì)無(wú)比巨大，會(huì)給多個(gè)行業(yè)帶來(lái)顛覆性的改變。

縱觀石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域，石墨烯輪胎的應(yīng)用技術(shù)研究及產(chǎn)品開發(fā)，國(guó)內(nèi)尚處于起步階段，石墨烯輪胎產(chǎn)業(yè)前景廣闊。我國(guó)橡膠輪胎科研人員還需不斷努力，為石墨烯輪胎的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。