中國不斷擴容的汽車市場為特種橡膠提供了巨大的商機及發(fā)展空間,其應用觸角進一步延伸。同時,對於汽車橡膠制品的性能和環(huán)保要求都有所提高。 汽車業(yè)帶動橡膠制品市場。
2007年中國汽車產(chǎn)銷量分別為888.24萬輛和879.15萬輛,同比分別增長22.02%和21.84%。據(jù)預測,到2010年年銷量將超過1000萬輛,平均增長率12%,屆時中國汽車保有量將達到9100萬輛。這無疑將給與汽車工業(yè)相關(guān)的橡膠行業(yè),無論是生產(chǎn)供應還是社會維修服務(wù)都提供巨大市場。
橡膠占汽車用材料總重的5%,平均每輛汽車需要的橡膠配件達100200種,數(shù)量有200500個。隨汽車可靠性、環(huán)保、節(jié)能要求的不斷提高,橡膠材料復合并用、制品結(jié)構(gòu)優(yōu)化,提高材料的耐熱性、耐低溫性、耐長期老化性、耐油性、防滲漏性、耐長期疲勞性,并進一步降低成本等已成為汽車橡膠發(fā)展的主要課題。氟膠、矽膠、丙烯酸酯橡膠等特種橡膠和耐熱彈性體等仍將是未來汽車橡膠發(fā)展的主流方向。
用於汽車的橡膠部件很多,并在汽車系統(tǒng)中發(fā)揮不同的作用。除了汽車輪胎之外,膠帶用於運動傳輸,密封件用於支撐徑向或往復運動部件,墊片和O形圈用於密封油或燃油,膠管用於輸送液體或氣體等。用途不同,對所用橡膠的種類、性能等的要求也不同,要根據(jù)材料的耐燃、耐油、耐熱以及低溫柔性和密封能力等來選擇使用。有時,同一裝置也可能選用不同材料,主要取決於應用溫度、燃油和油品的種類以及汽車的設(shè)計要求。
四大應用領(lǐng)域
汽車用橡膠制品(未包括輪胎)一般可分為四大類:密封;減震、安全制品;傳送帶;軟管。
密封
密封系統(tǒng)主要用於阻止液體或其他材料泄露,包括O型圈、回轉(zhuǎn)軸油封、密封條、防塵罩、平面密封墊等。有時用金屬、塑料或織物制造密封件,但更多的是使用橡膠。上世紀80年代初,美國研制成功的填充聚四氟乙烯復合材料油封,成功解決了發(fā)動機漏油、漏水問題,同時極大提高了汽車技術(shù)性能。當發(fā)動機和傳動系統(tǒng)使用石油系列潤滑油時,密封材料一般選用丁橡膠(NBR)、丙烯酸酯橡膠(ACM)、矽橡膠(VMQ)或氟橡膠(FPM)。
發(fā)動機用油要求壽命長、粘度低(節(jié)油)、高溫下潤滑平穩(wěn)等,因此通常發(fā)動機油含有多種添加劑。HNBR、FPM、ACM在高溫下置於含添加劑的油中長時間浸泡後,還能保持較好的強度性能。而氫化丁橡膠(HNBR)在這幾種橡膠中對各種添加劑的抗耐性也是的,同時氫化丁橡膠(HNBR)耐熱、耐油、耐老化性能優(yōu)異,是丁橡膠的換代產(chǎn)品,目前在高性能汽車配件中應用日益廣泛。長期以來,汽車行業(yè)一直用NBR和軟木橡膠制造發(fā)動機用的墊片,但現(xiàn)在以使用ACM和VMQ為主,以滿足耐熱、密封能力和壓縮耐久性的要求。
燃油泵膜片是化油器系統(tǒng)中典型的燃油泵結(jié)構(gòu)件。膜片要承受發(fā)動機產(chǎn)生的熱影響,因此不僅要求在汽油中具有良好的耐久性,同時必須具有較高的耐熱性。因為需要耐氧化汽油,對於密封件而言,NBR、HNBR和FPM都可用於減震器、絕緣體和油封,至於選用哪種材料則要根據(jù)具體使用溫度而定。
減震
在汽車減震橡膠制品方面,包括懸置、減振器、安全氣袋等。高功能的充液體的發(fā)動機墊和軸套,是近年來國外汽車用橡膠制品新產(chǎn)品開發(fā)中的代表性成果。高功能的充液發(fā)動機墊和軸套,是以橡膠彈性體做流體密封膜,受震動時橡膠彈簧發(fā)生變形,從而起到緩沖作用。而橡膠制成的汽車安全氣囊是20世紀70年代開始研制,90年代獲得推廣應用的一項復合型的橡膠新產(chǎn)品,現(xiàn)在不僅在駕駛員座位,而且在助手席上也裝用。
傳送帶
在汽車中zui常見的傳送帶是同步帶,用於帶動曲軸凸輪同步運轉(zhuǎn)。同金屬鏈條相比,同步帶可以有效降低帶與鏈輪的接觸噪音,也不需要潤滑,而且具有輕量化的特點。同時,由於其柔韌性,也可適用於多軸驅(qū)動。在日本,有70%以上的小汽車使用同步帶,在歐洲則高達80%以上。
以前橡膠同步帶一直采用氯丁橡膠(CR)覆蓋膠。而現(xiàn)今經(jīng)過大量研究發(fā)現(xiàn),氫化丁橡膠(HNBR)具有更*的性能,因此在汽車用同步帶獲得了更多應用。HNBR綜合性能比CR優(yōu)勝,在較寬的溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的復數(shù)模量、較好的低溫性能、耐熱和耐臭氧性能、優(yōu)異的耐屈撓性能和良好的耐油性。在膠帶功能試驗中,氫化丁橡膠(HNBR)同氯丁橡膠(CR)覆蓋膠相比,在相同的運轉(zhuǎn)時間下前者的耐熱水準高出40℃。同時,HNBR的壽命是CR的2倍。
軟管
管道是汽車*的主要配件之一,包括水管、汽管、燃油管、空調(diào)管、輸油管、蝸輪增壓膠管和加油管等。
由於汽車的體積有限,連接各種設(shè)備的管道都必須多次彎曲,橡膠的耐屈撓性和柔韌性非常好,因此,在汽車中使用的管材大部分都是橡膠軟管。如現(xiàn)在廣泛使用ACM和AEM制成的潤滑油散熱器膠管和機油散熱器膠管,具有優(yōu)良的耐熱性;空氣輸送管和進氣管必須具有良好的屈撓性、耐候性、減震性、耐真空塌陷性和耐油性,多種彈性體(如CR、NBR/PVC、EPDM、CM、ACM)和熱塑性彈性體(如聚酯、聚丙烯與EPDM的共混體)被選用於該用途。
面臨的難題
在應用不斷拓展的同時,汽車用橡膠制品也面臨來自性能和環(huán)保方面的挑戰(zhàn)。
首先,汽車使用的介質(zhì)不斷更新,對橡膠制品行業(yè)提出了新的要求。隨汽車發(fā)動機的功率越來越大,發(fā)動機罩下就越來越擁擠。而流線型的設(shè)計又使空氣循環(huán)變差,以致汽車發(fā)動機罩下的溫度越來越高,再加上尾氣排放要求的提高以及開發(fā)新型燃油應對汽油短缺的需要,都要求汽車所用的介質(zhì)不斷改進和更新,這就對汽車橡膠制品的耐熱和耐介質(zhì)性能提出了新的、更高的要求。
比如汽車空調(diào)致冷劑的改變。由於禁用破壞大氣臭氧層的致冷劑R12或CFC12,而改用新型致冷劑R134a,同時對空調(diào)系統(tǒng)的潤滑劑也進行了相應的調(diào)整,所以,原用於R12致冷劑的橡膠材料就不能適應R134a的要求了。而且,今後的致冷劑要進一步發(fā)展為二氧化碳致冷劑,屆時還可能對橡膠材料作新的調(diào)整。
再如汽車制動液的改變。用於醇型制動液(篦麻油/乙醇或丁醇)的橡膠制品(制動皮碗、制動膠管等)基本上采用天然橡膠,但是近年來國內(nèi)外開始大量使用合成制動液,天然橡膠已經(jīng)無法滿足性能要求。
此外,環(huán)保政策對汽車橡膠制品提出了更為苛刻的要求。其中以歐盟的限制zui為嚴格,要求汽車實現(xiàn)低排放甚至*,迫使進一步提高燃油的燃燒效率,導致橡膠制品在更高的強度下工作,傳統(tǒng)的橡膠制品往往難以承受。歐盟還規(guī)定,自2005年7月1日起禁止在高壓膠管和燃油膠管中使用含鉛硫化助劑和穩(wěn)定劑,而替代助劑大多是新型助劑,價格較高,大大增加了橡膠制品的生產(chǎn)成本。