2024年4月28日发(作者：手机app安装)

综

述

SUMMARY

石墨烯在航空轮胎中的 

应用进展与挑战

作者 北京石墨烯研究院 曹建苹 孟艳芳 刘晓晨

国产C919大型客机于2023年5月28

日圆满完成首次商业飞行，开启了中国民

航发展的新阶段。截至目前，中国商用飞

机有限责任公司累计获得C919飞机订单

突破1000架，这将极大地推进我国航空

产业的发展，并促进飞机配套零部件产业

集群加速成型。

在轮胎制造领域，航空轮胎位于行业

“金字塔”的顶端，对轮胎企业的研发能

力、技术水平和制造工艺有着近乎苛刻的

要求。与汽车轮胎相比，航空轮胎具有几

项基本特点，包括负荷大、速度高、充气

内压高、下沉变形量大、短时宽温域、间

歇使用。国产大飞机C919轮胎起降速度

高于200千米/小时，最大起飞重量72.5

吨，最大着陆重量66.6吨，全部承载在2

个前轮和4个主轮上，单胎最大载荷超过

10吨。大载荷和高速度共同导致作用在飞

机轮胎上的离心力很大。高速周向、侧向

力作用，使轮胎发生周期性压缩、伸张和

剪切变形，轮胎高速摩擦可使表面温度从

最低-50℃的环境温度迅速上升到150℃以

上，并瞬时氧化降解引起燃烧，产生明显

火花。由此可知，大飞机轮胎对负荷、速

度、下沉量和充气内压等要求极高，非普

通汽车轮胎可比拟。

中国民用航空局行业发展统计公报

显示，截至2022年底，我国民用航空飞

机数量已达4165架，使用的轮胎全部是

国外品牌，包括国产大飞机C919项目也

尚无国产轮胎。目前，国产大飞机航空轮

胎起降承受次数为30～70次，远低于国

际高水平的150～200次。主要原因在于

国产大飞机轮胎的强度、耐磨性及压缩生

热性能较差。高性能轮胎相关配方与工

艺，主要掌握在米其林、普利司通、固特

异、邓禄普等国外公司手中，且这几家公

司的废旧轮胎均采取回收处理，对技术进

行保密。因此，打破国外技术垄断，发展

具有自主知识产权的大飞机轮胎，填补

国产民用航空轮胎的技术空白迫在眉睫。

让国产大飞机用上安全可靠的“中国胎”，

对提升民族工业的国际竞争力有重大战略

意义。

航空轮胎业是技术密集型和资金密集

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综

述

SUMMARY

型产业，准入门槛较高，我国还需要加大

研发资金的投入，并培养高素质的研发技

术团队，为提高核心竞争力提供必要的经

费支持。

一、国内航空轮胎发展现状

我国航空轮胎在军品和民品领域呈现

不同的竞争格局。在民用、通用航空业领

域，我国航空轮胎主要被国外几家大型企

业垄断。在军用航空轮胎领域，由于其特

殊性，以国内厂商生产为主。

1.三橡股份有限公司

我国航空轮胎业的发展起步于20世

纪50年代，当时沈阳第三橡胶厂成功研

制出新中国第一批战斗机轮胎。目前，该

公司具有完整的航空轮胎生产和翻新生产

线，已开发和生产了数十种航空轮胎（包

括波音飞机系列、空客飞机系列，以及各

类战斗机、歼击机、轰炸机、运输机配套

轮胎），并于1994年获得中国民用航空局

颁发的《技术标准项目批准书》（CTSOA）

和美国联邦航空管理局颁发的《技术标准

项目批准书》（TSOA），同时还获得了中

国民用航空局颁发的航空轮胎维修许可证

和航空零部件的试验许可证。

2. 曙光橡胶工业研究设计院

中国化工集团曙光橡胶工业研究设计

院有限公司是我国第一家成功研发航空子

午线轮胎的企业，于2008年1月成功通过

国家标准规定的各项静态和动态试验，达

到装机要求。此航空子午线轮胎的研制成

功，打破了发达国家对这一技术的多年

垄断，使中国成为世界上第5个有能力研

发、制造和试验航空子午线轮胎的国家。

曙光院取得了中国民用航空局和美国联邦

航空管理局航空零部件适航批准书，拥有

军、民用航空轮胎研发生产的全部资质，

是我国主要的航空轮胎研发生产基地和军

用航空轮胎供货单位，拥有年产8万套航

空轮胎生产线。

3. 森麒麟轮胎

青岛森麒麟轮胎股份有限公司于2014

年获得CTSOA适航证书，2016年获得中

国民用航空局重要改装设计证书。目前，

森麒麟可生产适配中国商飞、波音、空

客等公司各类大飞机、支线客机机型的多

规格航空轮胎产品，且航空轮胎生产线已

具备小批量生产制造及销售能力，已持

续向相关用户小批量供货。森麒麟年产8

万条航空轮胎（含5万条翻新胎）生产线

正在建设中，待生产线建设完成、验收合

格并通过相关审核后，即具备更大规模生产

能力。

4.其他在研企业

目前，国内正在研发航空胎的企业，

还有三角轮胎股份有限公司、宁夏神州轮

胎有限公司、山东玲珑轮胎股份有限公司

等。其中，三角轮胎和神州轮胎自主研发

设计的国产大飞机C919主、前轮胎，均

已通过国际先进民航标准CTSO-C62e规

定的全部技术要求，玲珑轮胎也正在开发

后轮航空子午胎。同时，广州航空轮胎大

科学中心项目于2021年1月开工，计划于

2023年完工，建成后将成为世界第二、中

国首个航空轮胎研发与创新基地，助力解

决我国航空轮胎问题。

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二、石墨烯轮胎研究现状

石墨烯是一种以sp²杂化连接的碳原

子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的

新材料。其具有优异的光学、电学、力学

特性，在材料学、微纳加工、能源、生物

医学等方面具有重要的应用前景，被认为

是一种未来革命性的材料。

1.力学性能

石墨烯是已知强度最高的新材料，抗

拉强度为125GPa，弹性模量1.1TPa，强

度极限为42N/m

2

，其结构致密、具有很好

的柔性，如用石墨烯制成包装袋可承受2

吨重物品。

2.导热性能

石墨烯在常温下热导率为5300W/

（m·k），是铜的13倍。

3.导电性

石墨烯电导率可达到108S/m，电子

迁移率基本不受温度影响。

结合石墨烯材料的诸多优异性能，将

其添加到轮胎配方中，可增加轮胎力学强

度、提升耐磨性、降低轮胎滚动阻力。同

时，石墨烯优异的导电、导热性能，还能

解决静电危害困扰，并减少制造过程中的

硫化时间，提高轮胎生产效率。因此，越

来越多的研究者开始关注石墨烯轮胎的

研究。

意大利制造商维多利亚（VITTORIA）

于2018年8月发布了一款石墨烯复合橡胶

自行车轮胎。此石墨烯复合橡胶让轮胎可

硬可软，直行时变硬，减小滚动阻力；转

弯、加速和刹车时变软，增大抓地力。这

款轮胎比普通轮胎更加耐用，且具有很好

的抗刺扎性能，即使被扎破也可以快速被

补胎液修复。

中策橡胶集团股份有限公司于2020年

8月发布了一款石墨烯电动车轮胎。据介

综

述

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综

述

SUMMARY

绍，该轮胎具有超低的滚动阻力。

青岛华高墨烯科技股份有限公司与青

岛森麒麟轮胎股份有限公司合作的“森麒

麟—华高墨烯”石墨烯导静电轮胎智能化

生产线，于2016年9月在山东青岛正式投

产运行。该技术可以使轮胎在与地面接触

时，同步实现静电导出。与此同时，轮胎

的干地操控稳定性提高了30%，湿地制动

距离缩短1.8米，在电子设备专用车、易

燃易爆品运输车、防爆车等特种车辆领域

有着广泛应用前景。

除此之外，北京石墨烯研究院与宁夏

神州轮胎有限公司通过“研发代工”模式，

共同探索研发石墨烯在轮胎上的应用。此

举充分发挥了北京石墨烯研究院在石墨烯

领域的研发实力，以及神州轮胎在轮胎

领域的丰富经验，双方相互取长补短，推

动科技成果快速转化。在产研合作模式

下，经过近3年的研究，大飞机石墨烯航

空轮胎胎面胶复合材料研发取得了重大突

破，石墨烯经过分散和改性处理后，胎

面胶力学性能提升10%～20%，磨耗降低

30%～40.4%，压缩生热降低4℃～9℃。

并且，由于少量石墨烯替代了大量炭黑，

胎面胶断面气孔率比传统胎面显著降低，

这对提升轮胎的使用寿命和安全性至关

重要。

双星全球研发中心暨石墨烯轮胎中心

实验室，于2016年3月在青岛建立，是全

国首个石墨烯轮胎实验室。双星自此开始

着手进行石墨烯轮胎的研制。

2.国产民航突破，石墨烯航空轮胎

未来可期

C919大飞机项目的实施，成为中国

轮胎企业进入民用航空轮胎工业的“敲门

砖”，石墨烯新材料是提升轮胎各项性能

的理想材料。纵观石墨烯应用领域，石墨

烯轮胎的应用技术研究及产品开发，在国

内尚处于起步阶段。近年来，我国对石墨

烯材料及其应用重视程度日益提高。2014

年～2022年关于石墨烯的相关国家政策多

达10余项，相信有政策层面的协同发力，

必将推动石墨烯的大规模应用。

3.机遇与挑战并存

技术与产业的迭代需要时间，石墨

烯新材料研发和产业化尚属早期，还存在

诸多问题，材料性能良莠不齐、行业标准

1.产业链面临国际垄断，国产民用

航空轮胎产业化受限

长期以来，全球民用大飞机市场长

期由波音、空客两家巨头把控，其供应链

和标准已经完备，轮胎制造也被几个国际

跨国公司占据。之前，因为中国没有大飞

机产业，即使中国的航空轮胎能够生产出

来，也无法进入体系，进行测试和应用。

缺失等，都在一定程度上影响产业发展

速度。

石墨烯在航空轮胎领域中的应用拥有

巨大的发展空间，但在发展过程中也面临

诸多挑战。石墨烯较高的制造成本及其在

橡胶基体中的分散及界面技术难关，仍是

石墨烯在航空轮胎领域中应用所面临的一

大阻碍。

三、石墨烯在航空轮胎领域

中面临的机遇与挑战

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