武愛(ài)軍 編譯

（中國(guó)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(shù)問(wèn)題及其展望

武愛(ài)軍 編譯

（中國(guó)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(guān)汽車橡膠部件的最新研發(fā)動(dòng)向，并以各種橡膠材料的信息為基礎(chǔ)，預(yù)測(cè)了汽車用橡膠材料今后的發(fā)展趨勢(shì)。

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(dòng)態(tài)

在2014年舉辦的國(guó)際汽車材料及加工展會(huì)上,有技術(shù)人員發(fā)表了題為“今后汽車所要求的有機(jī)材料”的報(bào)告,主要內(nèi)容為二氧化碳減排,燃料的多樣化以及環(huán)保問(wèn)題。對(duì)于二氧化碳減排問(wèn)題,該報(bào)告著重介紹了汽車的輕量化和生物再生的現(xiàn)狀以及今后的發(fā)展動(dòng)向。

有學(xué)者在2003年曾發(fā)表過(guò)“汽車用橡膠材料的最新動(dòng)向”。該文的主要內(nèi)容涉及到汽車輕量化、燃料多樣化、環(huán)保問(wèn)題（其中包括地球溫室效應(yīng)、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(chǎn)成本。表1所示為汽車用橡膠及彈性體部件的開(kāi)發(fā)需求。

表1 汽車用橡膠及彈性體部件的開(kāi)發(fā)需求

2004年發(fā)表的《汽車用橡膠彈性體的最新動(dòng)向》一文,列出了汽車用橡膠材料引起的一些環(huán)境問(wèn)題,并對(duì)汽車橡膠部件提出了詳細(xì)的要求（見(jiàn)表2）。

表2 汽車用橡膠材料最新動(dòng)向以及與橡膠材料有關(guān)的環(huán)境問(wèn)題

2007年發(fā)表了《汽車用材料的研究開(kāi)發(fā)動(dòng)向》一文。文章總結(jié)了今后需要加強(qiáng)研究的技術(shù)課題（具體內(nèi)容列于表3）。其中,至今還在繼續(xù)研究的課題已經(jīng)很少了（關(guān)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(kāi)發(fā)方向

混合動(dòng)力(HV)汽車:電池、發(fā)動(dòng)機(jī)、換檔器的輕量化以及高性能化電動(dòng)(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(chǔ)能技術(shù)),低溫下啟動(dòng)④能源多樣化（生物技術(shù)）③新能源利用生產(chǎn)生物燃料過(guò)程中產(chǎn)生的植物纖維開(kāi)發(fā)增強(qiáng)樹(shù)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(shù)年鑒材料篇∶2011～2013年》中刊登的材料綜合動(dòng)向列于表4。

表4 汽車技術(shù)年鑒中2011～2013年橡膠材料動(dòng)態(tài)

2 橡膠材料領(lǐng)域技術(shù)開(kāi)發(fā)課題[1]

2.1 提高耐熱性

由于燃油費(fèi)上漲,汽車輕量化勢(shì)在必行,其中要求之一是發(fā)動(dòng)機(jī)室小型化。發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)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(jīng)偶聯(lián)劑處理過(guò)的白炭黑對(duì)氯丁橡膠進(jìn)行末端改性,可使其兼具耐熱性和耐疲勞性,可用來(lái)制造發(fā)動(dòng)機(jī)部件,以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)室的高溫環(huán)境,這就開(kāi)拓了氯丁橡膠的新應(yīng)用領(lǐng)域。如上所述,通過(guò)改變硫化體系（從硫磺硫化體系改為過(guò)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(guò)引人特殊的交聯(lián)方式對(duì)丙烯酸酯橡膠進(jìn)行改進(jìn),其耐熱性可提高至175 ℃。而一旦對(duì)溫度的要求超過(guò)了這個(gè)水平,那么,聚合物（生膠）就無(wú)選擇的余地了。

需要注意的是,改變聚合物（生膠）品種將會(huì)導(dǎo)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(shí),會(huì)降低其耐油性。

2.2 燃料多樣化

許久以前,為應(yīng)對(duì)石油資源枯竭,人類已開(kāi)始研究用其他燃料來(lái)替代汽油。使用生物燃料就是為應(yīng)對(duì)地球變暖而提出的對(duì)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(shí)也包括已經(jīng)開(kāi)始使用的生物燃料。針對(duì)燃料的多樣性,那么,就需要開(kāi)發(fā)適應(yīng)相應(yīng)燃料性狀（特別是不同比例的混合燃料）的橡膠材料,對(duì)各項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行整合,以制造各種汽車部件。

事實(shí)上,巴西現(xiàn)已開(kāi)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(jù)說(shuō)使用當(dāng)前的密封部件問(wèn)題不大。

2.3 環(huán)境問(wèn)題

表2中列出了種種環(huán)境問(wèn)題,那么,汽車用橡膠材料,又會(huì)如何影響環(huán)境呢？表2列示的環(huán)境應(yīng)對(duì)措施,有應(yīng)對(duì)大氣污染的,有應(yīng)對(duì)溫室氣體的（根據(jù)生物乙醇、生物柴油的使用要求,改進(jìn)橡膠材料）以及應(yīng)對(duì)廢棄物問(wèn)題（擴(kuò)大使用回收熱塑性彈性體）的。文中分別對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了研究。其中,TPV（動(dòng)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(duì)其性能改善做出貢獻(xiàn)的,就是混合組分中的橡膠成分。通過(guò)動(dòng)態(tài)硫化改善了壓縮永久變形性能,還有望進(jìn)一步得到改進(jìn)。

過(guò)去,氟橡膠和氯醚橡膠采用的交聯(lián)助劑是含鋅化合物,但現(xiàn)在為了減少有害化學(xué)物質(zhì)而停止使用重金屬化合物,因此改變了硫化體系（交聯(lián)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(dòng)向

表5所示為各種橡膠的高性能化趨勢(shì)以及今后的動(dòng)態(tài)。其中,在高性能化趨勢(shì)方面,還包括了已經(jīng)開(kāi)始使用的技術(shù)。就各種橡膠材料而言,通過(guò)改變其交聯(lián)體系、末端改性、控制聚合反應(yīng)、共混及TPE化等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)其高性能化,進(jìn)而針對(duì)汽車橡膠部件進(jìn)行更高水平的研究。目前已經(jīng)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(jìn)展。

表5 汽車用各種橡膠的高性能化趨勢(shì)及建議

4 結(jié) 語(yǔ)

以上介紹了迄今為止汽車用橡膠部件的發(fā)展動(dòng)向,近十年來(lái)主要研究方向始終未變。文中還提到了今后的動(dòng)向,對(duì)橡膠材料進(jìn)行高性能化的研究過(guò)程中,也會(huì)出現(xiàn)類似問(wèn)題,我們必須繼續(xù)研究解決這些問(wèn)題的各種方法。

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

[責(zé)任編輯：鄒瑾芬]

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