自修補輪胎什麼時候問世的？

01-08

見過兩個例子。從時間上來講也就是這兩年的事情。

第一個例子來自於2015年德國學者Amit Das的前沿學術研究。而且嚴格地講，這並不是直接研究市售輪胎產品的自修補（其實按照國外文獻翻譯過來，一般都是稱作自修復或者自癒合。以下統一稱為自修復），而是研究輪胎材料的自修復。

是怎麼實現自修復的呢：為了講明白，我們先來介紹一下基本的常識與背景知識。

首先我們要知道構成輪胎的材料是什麼，這個小夥伴們都知道是橡膠。而按照來源分類，橡膠分為天然橡膠與合成橡膠。

天然橡膠來自於橡膠樹的分泌物（又稱乳膠），主要成分是一種聚合物：聚異戊二烯。

但是，天然橡膠畢竟是橡膠樹的產物，生產起來太慢，也並不是所有國家的氣候條件都適合養植，比如東北那疙瘩就養不了，俄羅斯更夠嗆。因此，可以通過化學合成手段得到與天然橡膠相同結構的聚異戊二烯。再後來又發現，不僅僅是聚異戊二烯，其他很多種類似結構的聚烯烴材料都可以生產出性能相近或更優越的橡膠製品。所以現在用於輪胎生產的合成橡膠聚合物品種已經比較多了，包括丁苯橡膠（苯乙烯和丁二烯的共聚物）、丁基橡膠（異丁烯與異戊二烯的共聚物）、順丁橡膠（1,3丁二烯的聚合物）等等。

得到的這些聚合物就是橡膠了嗎？並不是。以上列舉的這些聚合物的分子鏈基本上可以認為是線型結構，強度較差，彈性難以恢復。因此通常需要用硫磺使分子鏈之間交聯得到三維網路結構，再加以一些添加劑就製得輪胎製品。

那麼普通的輪胎製品為什麼缺乏自修復能力呢？從分子層次上說，破損的地方一般都伴隨著化學鍵的斷裂，以現今輪胎聚合物的成分，而在平時的使用條件下，這些斷裂的化學鍵難以重新結合。

說完了這些，我們再來看看，Amit Das研究的橡膠為什麼能夠自修復呢？

他的研究對象是輪胎橡膠的一個的品種：溴丁橡膠（英文縮寫記為BIIR）。

傳統的方式是用硫交聯溴丁橡膠（BIIR-s），Amit Das偏不，他想起來聚合物中烯丙基溴結構非常容易與多種胺類反應，形成有機鹽離子對，就是對溴丁橡膠進行離子化修飾（BIIR-i）。當然，這樣做的前提是，這種方式處理出來的橡膠在強度、彈性等性能上與傳統方式相比並不會下降。

自修復的性能是來自離子對，即便橡膠出現了裂紋（文獻里人為將其剪斷來模擬破裂），破裂的表面重新接觸後，離子對發生重排並與周圍的異電性離子團重新結合，這樣破鏡就能重圓，橡膠就能修復。

那麼對於材料的性能有多大的修復程度呢？從直觀觀察上來，剪開的斷口明顯發生了癒合。強度的恢復程度與癒合時間呈現出正相關關係。當然這也是一個潛在的缺點，就是癒合需要的時間過長。

第二個例子就是工業界已經商業化的產品了。是米其林的一款產品。從我查到的信息來看，至少在2014年就研發出來了。（我知道鍵盤俠們又要噴我是廣告寫手了，無所謂了，清者自清，不過我倒是希望米其林看見能給我點宣傳費啊親）

感興趣的童鞋請戳：米其林革命性產品——自修復輪胎展示—在線播放—優酷網，視頻高清在線觀看

這款產品為什麼能夠自修復？實際上與學術界想的完全不同，這個基本上用的就是物理性質，簡單粗暴，但是非常好使。

原因無它，就是在輪胎的內層加一層特殊的膠料塗層。

當鋼釘扎入時，膠料塗層會將鋼釘緊緊包住而不漏氣（注意轎車車胎一般都是真空胎，即只有外胎，沒有內胎）。鋼釘被拔出時，順帶著將膠層帶出，穿孔的胎面會被膠料塗層瞬間填滿，完全沒有漏氣的發生。宣傳上說這種輪胎的操作性能、靜音性能、耐磨性能均與普通輪胎一致，實際怎麼樣我沒用過也不好妄下結論。

當然其實普通的輪胎內壁也是塗了膠層的，扎胎後也有一定的防漏氣功能，只不過只能做到抑制扎胎後的快速漏氣，無法做到完全不漏氣。至於這個自修復膠層的成分是什麼，恕我沒有查到相關的信息，估計也很可能是商業機密。

不過這款產品也不是逆天無比，比如釘子不能太大，直徑超過6毫米也白扯。（另外我也開了個腦洞：扎了釘子不漏氣，那司機要是不經常檢查就完全不知道扎了釘子啊，是不是反而對行車安全有影響？）

小夥伴們看完這兩個例子，覺得學術界與工業界哪家強呢？工業界的這個例子雖然能防止扎胎，瞬間修復，但是沒法抑制輪胎本身老化造成的細小的破損，相反，反倒是學術界的那個例子有這個潛力。如果二者可以結合一下就好了。

以上，歡迎討論。

（PS：答主突然想到，有了這種輪胎，是不是車上就不用放備胎了？備胎怎麼總是這麼悲劇......）

參考資料：

1.
Das, A.; Sallat, A.;
B?hme, F.; Suckow, M.; Basu, D.; Wie?ner, S.; St?ckelhuber, K. W.; Voit, B.;
Heinrich, G., Ionic Modification Turns Commercial Rubber into a Self-Healing
Material. ACS Applied Materials Interfaces 2015,7
(37), 20623-20630.

2.
http://club.autohome.com.cn/bbs/thread-c-526-35723361-1.html

實名反對高票答案。。

不管是幾大巨頭輪胎企業，還是專註於自修復輪胎的小公司，基本上在5年前就有產品了。倍耐力2010年就有相關產品通過大眾途觀的400公里實車測試了。

自修復產品也叫Self-sealing，主要技術就是在輪胎內部加一個半流動性質的塗層。

這幾天去看了一下廣饒的輪胎展，差不多有10來家公司都推出了抗刺扎的自密封輪胎，但是普遍用的都是硫化後塗刷工藝。相比於成型時就在內部貼好自密封層膠料，硫化後塗刷工藝的動平衡和均勻性較差。

十年前騎單車的Pro們就知道真空胎+自補液的道理……

2016-01-14

我來談談商業化產品的發展。如果輪胎的內層加一層特殊的膠料塗層算是第一代「續跑胎」技術的話，那第二代技術就是輪胎胎體內部設計特殊內部夾層、或者特製內胎。而最新技術是 Goodyear的 AMT自動充氣輪胎 (Air Maintenance
System)，當察覺胎壓低於設定值，充氣軟管會將胎內因滾動受熱膨脹的空氣導入胎體，以維持合宜的胎壓。

傳統輪胎能夠支撐重量，靠的就是輪胎與輪圈結合，當胎與圈當中的密閉空間充滿空氣以後便能藉由胎壁、氣壓來支撐車體、貨物、人員的載重。為了讓輪胎達到在壓力不足、甚至氣壓為零的狀態下，能夠以一定的速度
(每小時 80公里~90公里)行駛一定的距離
(10公里~100公里)，勢必需要改變傳統輪胎的結構。這時候輪胎必須面對二個難題：首先，輪胎必須夠堅固，堅固到當所有重量施壓於輪胎本體結構上時，不可避免地變形狀態下，仍可以乘載車重並保持正常滾動。

這時候輪胎從剖面來看，強化的選項之一就是輪胎的胎肩；幾乎有推出失壓續跑產品的輪胎品牌，都有提供胎肩強化型的失壓續跑輪胎產品，可以說是目前市場上的主流。然而，除了強化胎肩之外，另外一種概念則是在輪胎胎體內部設計特殊內部夾層、或者特製內胎，讓泄氣以後仍能維持輪胎形狀的失壓續跑科技，但特殊內部夾層與特製內胎，除了重量以外，也代表著需要特殊換胎設備，因此目前較不普遍，然而在追求極速的 Bugatti
Veyron、以及 NASCAR賽事的輪胎上，仍可看到胎體內襯型的失壓續跑產品。

此外，在輪胎與輪圈接觸稱作胎唇的部位，也是考驗著失壓續跑科技的另一個關鍵。失壓狀態下，若胎唇強度不夠而導致變形或損壞，將無法維持輪胎安全性能。所以無論是胎肩強化型失壓續跑、或是胎體內部需加上夾層的失壓續跑，兩者都需要特殊強化的胎唇設計，同時還需要搭配特殊規格的鋁圈 (EH2、EH2+)，讓輪胎在失壓狀態下仍能保持與輪圈的密合度。