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　　今年8月，美國MRD公司（Molecular Rebar Design LLC）獲得美國能源部科學辦公室（EOS）頒發的小型企業創新研究撥款115萬美元，與固特異輪胎一起開發、建造和測試有機硅烷功能化碳納米管的電動汽車原型輪胎，研究的核心是電動汽車輪胎胎面。

　　MRD公司發明了一種有機硅烷功能碳納米管，稱為分子鋼筋，Moleclar Rebar（MR）。

　　固特異將對帶有有機硅烷分子的原型輪胎進行測試，與電動汽車上使用的現有輪胎進行比較。該原型測試和演示的成功將是在未來輪胎生產中實施該新技術的關鍵一步。

　　除了固特異，LARTA研究所是該項目的分包商，這將有助于MRD的業務發展和后期的商業規劃。

　　該項目為期兩年，將于2024年8月結束。目前看，第一階段的成果令人滿意。

　　電動汽車越來越受歡迎，但它們比典型的內燃機車輛更重，瞬時扭矩更高。因此，電動汽車輪胎的磨損速度比柴油汽車輪胎快10%-30%。

　　雖然當今電動汽車的普及率越來越高，但根據能源部對EV輪胎胎面的要求，目前的輪胎技術不能完全滿足其性能需求。美國能源部、MRD和固特異認識到，在胎面磨損、滾動阻力和重量之間的權衡中，有很多提升的空間。

　　MRD橡膠開發主管August Krupp表示：“我們很高興能在美國能源部的支持下繼續創新MRD的硅烷項目。電動汽車為輪胎行業提出了一系列新的性能要求，我們認為MRD的新型有機硅烷改性材料可以滿足或超過這些性能要求。”

　　固特異材料科學總監Eric Mizner表示：“固特異作為新能源汽車領域的開發者，已根據電動汽車獨特的負載、扭矩、噪音、續航里程、滾動阻力和性能要求定制了輪胎，以應對汽車電動化的日益增長。我們很高興與MRD合作，幫助繼續提高EV輪胎的性能。”

　　能源部第一階段的目標是：生產的輪胎胎面膠總填料的密度降低約7%，使重量更輕的輪胎成為可能；滾動阻力減少10%；熱量積聚減少7%，韌性增加大約25%。

　　從目前的試驗結果，MRD的結果超過了這些參數。與現有技術的胎面膠相比，Molecular Rebar?硅烷改進的輪胎胎面膠，耐磨性提高25%以上，密度降低6-7%，滾動阻力及熱積聚降低20%。

　　能源部表示：第一階段的功能化碳納米管硅烷改善了輪胎胎面性能。這些結果通過減少典型材料的使用，并以較少數量的新型、高度增強的功能化硅烷代替。

　　在第二階段，將創建第一階段開發的新型材料在商業上可行的產品形式。該產品形式的開發將側重于輪胎制造商的易集成性和提高輪胎性能的一致性。隨后，固特異公司將在輪胎胎面混煉膠中使用新產品來制造原型輪胎，并進行測試，證明這些具有新型功能化的材料對輪胎商業化的可行性和價值。

　　August Krupp表示，我們正在探索保持碳納米管功能性和分散能力的不同方法，同時確保開發的產品形式足以滿足典型的工業混煉膠及輪胎制造工藝的要求。

　　此前，分散性差阻礙了碳納米管的商業應用。我們通過以下方式實現了個性化的發明和應用，利用羥基和羧基官能化的CNT與有機硅烷和橡膠本身化學結合，生產離散的表面定制的碳納米管MolecularRebar，具有了規模化生產離散的表面定制碳納米管的能力。

　　從表面看，MD與其他碳納米管在物理上是相似的，但我們的產品尺寸更小、長徑比也不同，化學功能完全不同。我們相信，MD未來不同功能的應用，以改進易變形的彈性體、部件和輪胎。

　　作為一種創新的產品添加劑，MR可以與其他傳統填料結合使用，如炭黑和二氧化硅。我們發現，使用填料的混合結構，性能和成本達到最有效的配比。對于商業化產品，MRD通常會取代少量的炭黑，對磨損以及滾動阻力改進。

　　混煉膠中炭黑依舊保留，在胎面膠中替換現有二氧化硅，在最近的國際彈性體會議上，我們在論文中提出MR最高可以替代一半的二氧化硅含量。通過保持一定的二氧化硅含量，我們使用Molecular Rebar（MR）對補強劑的主體結構進行改進。

　　在能源部與固特異合作的項目中，對于我們而言，這一階段將決定硅烷MR材料的產品形式。99%的硅烷MR組合物已經完成，但有一些參數需要滿足產品形式。

　　首先，原型胎面必須保持或允許“原始分散”橡膠中硅烷MR的含量。此外，胎面必須允許MR硅烷聚合物耦合，這提供了良好的填料-聚合物相互作用。從生產的角度，MRD公司必須能夠以合理的規模和成本制造這種材料，同時滿足輪胎制造商能夠使用現有的技術完成輪胎的生產。

　　與目前可用的其他補強填料相比，碳納米管在荷載作用下補強更加有效。在輪胎胎面中使用少量的MR可以最大限度地減少與輪胎開發相關的風險，胎體未進行改性，纖維聚合物連接未發生變化，只有胎面膠本身成分不同。輪胎制造商可利用新的胎面膠特性優化胎面設計。

　　從長期發展看，我們的MR也可以用在輪胎胎體設計上，但不是這個項目需要考慮的。