汽车用橡胶材料的技术问题及其展望

2015-03-04武爱军编译

世界橡胶工业 2015年7期

关键词：动向橡胶材料硫化

武爱军编译

（中国石油石化院兰州化工研究中心甘肃兰州 730060）

汽车用橡胶材料的技术问题及其展望

武爱军编译

（中国石油石化院兰州化工研究中心甘肃兰州 730060）

文中主要介绍有关汽车橡胶部件的最新研发动向，并以各种橡胶材料的信息为基础，预测了汽车用橡胶材料今后的发展趋势。

汽车用橡胶材料；生物燃料；再生

1 汽车用橡胶材料的最新动态

在2014年举办的国际汽车材料及加工展会上,有技术人员发表了题为“今后汽车所要求的有机材料”的报告,主要内容为二氧化碳减排,燃料的多样化以及环保问题。对于二氧化碳减排问题,该报告着重介绍了汽车的轻量化和生物再生的现状以及今后的发展动向。

有学者在2003年曾发表过“汽车用橡胶材料的最新动向”。该文的主要内容涉及到汽车轻量化、燃料多样化、环保问题（其中包括地球温室效应、生物燃料、废弃物回收利用、大气污染以及降低燃料挥发性气体等）、提高材料的使用寿命以及降低生产成本。表1所示为汽车用橡胶及弹性体部件的开发需求。

表1 汽车用橡胶及弹性体部件的开发需求

2004年发表的《汽车用橡胶弹性体的最新动向》一文,列出了汽车用橡胶材料引起的一些环境问题,并对汽车橡胶部件提出了详细的要求（见表2）。

表2 汽车用橡胶材料最新动向以及与橡胶材料有关的环境问题

2007年发表了《汽车用材料的研究开发动向》一文。文章总结了今后需要加强研究的技术课题（具体内容列于表3）。其中,至今还在继续研究的课题已经很少了（关于燃料电池汽车氢气密封的研究课题正在突破）。

表3 汽车用材料的研究开发方向

混合动力(HV)汽车:电池、发动机、换档器的轻量化以及高性能化电动(EV)汽车∶改良电池,增加续驶里程燃料电池(FCV)汽车: 降低成本, 提高耐久性、可靠性, 增加续驶里程(提高储能技术),低温下启动④能源多样化（生物技术）③新能源利用生产生物燃料过程中产生的植物纤维开发增强树脂使用适合于生物燃料[生物乙醇混合燃料(E10)、100%乙醇燃料]的橡胶部件, 保持其耐久性

将《汽车技术年鉴材料篇∶2011～2013年》中刊登的材料综合动向列于表4。

表4 汽车技术年鉴中2011～2013年橡胶材料动态

2 橡胶材料领域技术开发课题[1]

2.1 提高耐热性

由于燃油费上涨,汽车轻量化势在必行,其中要求之一是发动机室小型化。发动机室内的温度亦随之升高,这也就要求提高其中各种部件的耐热性。

采用经偶联剂处理过的白炭黑对氯丁橡胶进行末端改性,可使其兼具耐热性和耐疲劳性,可用来制造发动机部件,以适应发动机室的高温环境,这就开拓了氯丁橡胶的新应用领域。如上所述,通过改变硫化体系（从硫磺硫化体系改为过氧化物硫化体系）,乙丙橡胶、氢化丁腈橡胶的耐热上限温度可以提高20～30 ℃。通过引人特殊的交联方式对丙烯酸酯橡胶进行改进,其耐热性可提高至175 ℃。而一旦对温度的要求超过了这个水平,那么,聚合物（生胶）就无选择的余地了。

需要注意的是,改变聚合物（生胶）品种将会导致其他性能下降。例如,耐热性特别优异的氟橡胶,其耐寒性却大大降低。为改善氟橡胶的耐寒性,使其可在-30 ℃下使用,这就要选择成本较高的材料,于是材料整体成本增加。另外,在改性硅橡胶时,会降低其耐油性。

2.2 燃料多样化

许久以前,为应对石油资源枯竭,人类已开始研究用其他燃料来替代汽油。使用生物燃料就是为应对地球变暖而提出的对策。今后汽车燃料将向新能源（包括上述提到的HV、EV、FCV）方向发展,同时也包括已经开始使用的生物燃料。针对燃料的多样性,那么,就需要开发适应相应燃料性状（特别是不同比例的混合燃料）的橡胶材料,对各项技术进行整合,以制造各种汽车部件。

事实上,巴西现已开始使用混合燃料汽车（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,据说使用当前的密封部件问题不大。

2.3 环境问题

表2中列出了种种环境问题,那么,汽车用橡胶材料,又会如何影响环境呢？表2列示的环境应对措施,有应对大气污染的,有应对温室气体的（根据生物乙醇、生物柴油的使用要求,改进橡胶材料）以及应对废弃物问题（扩大使用回收热塑性弹性体）的。文中分别对这些问题进行了研究。其中,TPV（动态硫化热塑性弹性体）的压缩永久变形性能,可与以前改性橡胶材料的性能相比较,对其性能改善做出贡献的,就是混合组分中的橡胶成分。通过动态硫化改善了压缩永久变形性能,还有望进一步得到改进。

过去,氟橡胶和氯醚橡胶采用的交联助剂是含锌化合物,但现在为了减少有害化学物质而停止使用重金属化合物,因此改变了硫化体系（交联剂）。橡胶型胶粘剂中有含氯化合物,可以将之更换为不含氯化物的胶粘剂。

3 橡胶材料今后的发展动向

表5所示为各种橡胶的高性能化趋势以及今后的动态。其中,在高性能化趋势方面,还包括了已经开始使用的技术。就各种橡胶材料而言,通过改变其交联体系、末端改性、控制聚合反应、共混及TPE化等方法来实现其高性能化,进而针对汽车橡胶部件进行更高水平的研究。目前已经在乙丙橡胶、氢化丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、氯丁橡胶等方面取得了进展。