汽車用橡膠材料的技術問題及其展望

武愛軍 編譯

（中國石油石化院蘭州化工研究中心 甘肅 蘭州 730060）

汽車用橡膠材料的技術問題及其展望

武愛軍 編譯

（中國石油石化院蘭州化工研究中心 甘肅 蘭州 730060）

文中主要介紹有關汽車橡膠部件的最新研發(fā)動向，并以各種橡膠材料的信息為基礎，預測了汽車用橡膠材料今后的發(fā)展趨勢。

汽車用橡膠材料；生物燃料；再生

1 汽車用橡膠材料的最新動態(tài)

在2014年舉辦的國際汽車材料及加工展會上,有技術人員發(fā)表了題為“今后汽車所要求的有機材料”的報告,主要內容為二氧化碳減排,燃料的多樣化以及環(huán)保問題。對于二氧化碳減排問題,該報告著重介紹了汽車的輕量化和生物再生的現狀以及今后的發(fā)展動向。

有學者在2003年曾發(fā)表過“汽車用橡膠材料的最新動向”。該文的主要內容涉及到汽車輕量化、燃料多樣化、環(huán)保問題（其中包括地球溫室效應、生物燃料、廢棄物回收利用、大氣污染以及降低燃料揮發(fā)性氣體等）、提高材料的使用壽命以及降低生產成本。表1所示為汽車用橡膠及彈性體部件的開發(fā)需求。

表1 汽車用橡膠及彈性體部件的開發(fā)需求

2004年發(fā)表的《汽車用橡膠彈性體的最新動向》一文,列出了汽車用橡膠材料引起的一些環(huán)境問題,并對汽車橡膠部件提出了詳細的要求（見表2）。

表2 汽車用橡膠材料最新動向以及與橡膠材料有關的環(huán)境問題

2007年發(fā)表了《汽車用材料的研究開發(fā)動向》一文。文章總結了今后需要加強研究的技術課題（具體內容列于表3）。其中,至今還在繼續(xù)研究的課題已經很少了（關于燃料電池汽車氫氣密封的研究課題正在突破）。

表3 汽車用材料的研究開發(fā)方向

混合動力(HV)汽車:電池、發(fā)動機、換檔器的輕量化以及高性能化電動(EV)汽車∶改良電池,增加續(xù)駛里程燃料電池(FCV)汽車: 降低成本, 提高耐久性、可靠性, 增加續(xù)駛里程(提高儲能技術),低溫下啟動④能源多樣化（生物技術）③新能源利用生產生物燃料過程中產生的植物纖維開發(fā)增強樹脂使用適合于生物燃料[生物乙醇混合燃料(E10)、100%乙醇燃料]的橡膠部件, 保持其耐久性

將《汽車技術年鑒材料篇∶2011～2013年》中刊登的材料綜合動向列于表4。

表4 汽車技術年鑒中2011～2013年橡膠材料動態(tài)

2 橡膠材料領域技術開發(fā)課題[1]

2.1 提高耐熱性

由于燃油費上漲,汽車輕量化勢在必行,其中要求之一是發(fā)動機室小型化。發(fā)動機室內的溫度亦隨之升高,這也就要求提高其中各種部件的耐熱性。

采用經偶聯劑處理過的白炭黑對氯丁橡膠進行末端改性,可使其兼具耐熱性和耐疲勞性,可用來制造發(fā)動機部件,以適應發(fā)動機室的高溫環(huán)境,這就開拓了氯丁橡膠的新應用領域。如上所述,通過改變硫化體系（從硫磺硫化體系改為過氧化物硫化體系）,乙丙橡膠、氫化丁腈橡膠的耐熱上限溫度可以提高20～30 ℃。通過引人特殊的交聯方式對丙烯酸酯橡膠進行改進,其耐熱性可提高至175 ℃。而一旦對溫度的要求超過了這個水平,那么,聚合物（生膠）就無選擇的余地了。

需要注意的是,改變聚合物（生膠）品種將會導致其他性能下降。例如,耐熱性特別優(yōu)異的氟橡膠,其耐寒性卻大大降低。為改善氟橡膠的耐寒性,使其可在-30 ℃下使用,這就要選擇成本較高的材料,于是材料整體成本增加。另外,在改性硅橡膠時,會降低其耐油性。

2.2 燃料多樣化

許久以前,為應對石油資源枯竭,人類已開始研究用其他燃料來替代汽油。使用生物燃料就是為應對地球變暖而提出的對策。今后汽車燃料將向新能源（包括上述提到的HV、EV、FCV）方向發(fā)展,同時也包括已經開始使用的生物燃料。針對燃料的多樣性,那么,就需要開發(fā)適應相應燃料性狀（特別是不同比例的混合燃料）的橡膠材料,對各項技術進行整合,以制造各種汽車部件。

事實上,巴西現已開始使用混合燃料汽車（FFV,Free Fuel Vehicle）,混合燃料中汽油和生物乙醇的混合比例各不相同,據說使用當前的密封部件問題不大。

2.3 環(huán)境問題

表2中列出了種種環(huán)境問題,那么,汽車用橡膠材料,又會如何影響環(huán)境呢？表2列示的環(huán)境應對措施,有應對大氣污染的,有應對溫室氣體的（根據生物乙醇、生物柴油的使用要求,改進橡膠材料）以及應對廢棄物問題（擴大使用回收熱塑性彈性體）的。文中分別對這些問題進行了研究。其中,TPV（動態(tài)硫化熱塑性彈性體）的壓縮永久變形性能,可與以前改性橡膠材料的性能相比較,對其性能改善做出貢獻的,就是混合組分中的橡膠成分。通過動態(tài)硫化改善了壓縮永久變形性能,還有望進一步得到改進。

過去,氟橡膠和氯醚橡膠采用的交聯助劑是含鋅化合物,但現在為了減少有害化學物質而停止使用重金屬化合物,因此改變了硫化體系（交聯劑）。橡膠型膠粘劑中有含氯化合物,可以將之更換為不含氯化物的膠粘劑。

3 橡膠材料今后的發(fā)展動向

表5所示為各種橡膠的高性能化趨勢以及今后的動態(tài)。其中,在高性能化趨勢方面,還包括了已經開始使用的技術。就各種橡膠材料而言,通過改變其交聯體系、末端改性、控制聚合反應、共混及TPE化等方法來實現其高性能化,進而針對汽車橡膠部件進行更高水平的研究。目前已經在乙丙橡膠、氫化丁腈橡膠、丙烯酸酯橡膠、氯丁橡膠等方面取得了進展。

表5 汽車用各種橡膠的高性能化趨勢及建議

4 結 語

以上介紹了迄今為止汽車用橡膠部件的發(fā)展動向,近十年來主要研究方向始終未變。文中還提到了今后的動向,對橡膠材料進行高性能化的研究過程中,也會出現類似問題,我們必須繼續(xù)研究解決這些問題的各種方法。

[1] 堀田透．自動車用ゴムの技術的課題と今後の展望［J］Polyfile,51(4):48-51.

[責任編輯：鄒瑾芬]

TQ336.4+2

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1671-8232(2015)07-0000-04

2015-03-05