今年8月，美国MRD公司（Molecular Rebar Design LLC）获得美国能源部科学办公室（EOS）颁发的小型企业创新研究拨款115万美元，与固特异轮胎一起开发、建造和测试有机硅烷功能化碳纳米管的电动汽车原型轮胎，研究的核心是电动汽车轮胎胎面。

　　MRD公司发明了一种有机硅烷功能碳纳米管，称为分子钢筋，Moleclar Rebar（MR）。

　　固特异将对带有有机硅烷分子的原型轮胎进行测试，与电动汽车上使用的现有轮胎进行比较。该原型测试和演示的成功将是在未来轮胎生产中实施该新技术的关键一步。

　　除了固特异，LARTA研究所是该项目的分包商，这将有助于MRD的业务发展和后期的商业规划。

　　该项目为期两年，将于2024年8月结束。目前看，第一阶段的成果令人满意。

　　电动汽车越来越受欢迎，但它们比典型的内燃机车辆更重，瞬时扭矩更高。因此，电动汽车轮胎的磨损速度比柴油汽车轮胎快10%-30%。

　　虽然当今电动汽车的普及率越来越高，但根据能源部对EV轮胎胎面的要求，目前的轮胎技术不能完全满足其性能需求。美国能源部、MRD和固特异认识到，在胎面磨损、滚动阻力和重量之间的权衡中，有很多提升的空间。

　　MRD橡胶开发主管August Krupp表示：“我们很高兴能在美国能源部的支持下继续创新MRD的硅烷项目。电动汽车为轮胎行业提出了一系列新的性能要求，我们认为MRD的新型有机硅烷改性材料可以满足或超过这些性能要求。”

　　固特异材料科学总监Eric Mizner表示：“固特异作为新能源汽车领域的开发者，已根据电动汽车独特的负载、扭矩、噪音、续航里程、滚动阻力和性能要求定制了轮胎，以应对汽车电动化的日益增长。我们很高兴与MRD合作，帮助继续提高EV轮胎的性能。”

　　能源部第一阶段的目标是：生产的轮胎胎面胶总填料的密度降低约7%，使重量更轻的轮胎成为可能；滚动阻力减少10%；热量积聚减少7%，韧性增加大约25%。

　　从目前的试验结果，MRD的结果超过了这些参数。与现有技术的胎面胶相比，Molecular Rebar®硅烷改进的轮胎胎面胶，耐磨性提高25%以上，密度降低6-7%，滚动阻力及热积聚降低20%。

　　能源部表示：第一阶段的功能化碳纳米管硅烷改善了轮胎胎面性能。这些结果通过减少典型材料的使用，并以较少数量的新型、高度增强的功能化硅烷代替。

　　在第二阶段，将创建第一阶段开发的新型材料在商业上可行的产品形式。该产品形式的开发将侧重于轮胎制造商的易集成性和提高轮胎性能的一致性。随后，固特异公司将在轮胎胎面混炼胶中使用新产品来制造原型轮胎，并进行测试，证明这些具有新型功能化的材料对轮胎商业化的可行性和价值。

　　August Krupp表示，我们正在探索保持碳纳米管功能性和分散能力的不同方法，同时确保开发的产品形式足以满足典型的工业混炼胶及轮胎制造工艺的要求。

　　此前，分散性差阻碍了碳纳米管的商业应用。我们通过以下方式实现了个性化的发明和应用，利用羟基和羧基官能化的CNT与有机硅烷和橡胶本身化学结合，生产离散的表面定制的碳纳米管MolecularRebar，具有了规模化生产离散的表面定制碳纳米管的能力。

　　从表面看，MD与其他碳纳米管在物理上是相似的，但我们的产品尺寸更小、长径比也不同，化学功能完全不同。我们相信，MD未来不同功能的应用，以改进易变形的弹性体、部件和轮胎。

　　作为一种创新的产品添加剂，MR可以与其他传统填料结合使用，如炭黑和二氧化硅。我们发现，使用填料的混合结构，性能和成本达到最有效的配比。对于商业化产品，MRD通常会取代少量的炭黑，对磨损以及滚动阻力改进。

　　混炼胶中炭黑依旧保留，在胎面胶中替换现有二氧化硅，在最近的国际弹性体会议上，我们在论文中提出MR最高可以替代一半的二氧化硅含量。通过保持一定的二氧化硅含量，我们使用Molecular Rebar（MR）对补强剂的主体结构进行改进。

　　在能源部与固特异合作的项目中，对于我们而言，这一阶段将决定硅烷MR材料的产品形式。99%的硅烷MR组合物已经完成，但有一些参数需要满足产品形式。

　　首先，原型胎面必须保持或允许“原始分散”橡胶中硅烷MR的含量。此外，胎面必须允许MR硅烷聚合物耦合，这提供了良好的填料-聚合物相互作用。从生产的角度，MRD公司必须能够以合理的规模和成本制造这种材料，同时满足轮胎制造商能够使用现有的技术完成轮胎的生产。

　　与目前可用的其他补强填料相比，碳纳米管在荷载作用下补强更加有效。在轮胎胎面中使用少量的MR可以最大限度地减少与轮胎开发相关的风险，胎体未进行改性，纤维聚合物连接未发生变化，只有胎面胶本身成分不同。轮胎制造商可利用新的胎面胶特性优化胎面设计。

　　从长期发展看，我们的MR也可以用在轮胎胎体设计上，但不是这个项目需要考虑的。