橡胶配件作为汽车的重要组成部分,在汽车工业市场中需求旺盛。据统计,世界橡胶消耗量的70%被用于汽车工业,其中60%用于轮胎,40%用于汽车用非轮胎橡胶制品。据报道,日本橡胶制品工业中近80%的减震制品和70%的胶管用于汽车工业。2007年美国汽车用非轮胎橡胶制品销售额占当年橡胶制品销售总额的38%,日本汽车用非轮胎橡胶制品销售额占当年橡胶制品销售额的36%。作为我国国民经济支柱产业的汽车工业,近年来一直呈现高速发展的势态。2009年我国汽车产销量均超过美国和日本,跃居世界第一位。其中产量已经达到1379.5万辆,汽车保有量达7619万辆,这对橡胶行业无疑是一个巨大的市场。
品种多样 市场巨大
随着大功率、高速度、小型化、舒适化汽车的快速发展,以及排气控制法规的日趋严格,对汽车橡胶制品的质量提出了更苛刻的要求。同时,汽车性能的提高和安全与否在很大程度上又取决于橡胶制品的可靠性,对于耐新型燃料、新型制冷剂、耐动态疲劳等性能的要求也越来越高,因此各种特种橡胶在汽车中的应用越来越受到人们的重视(见表1)。
HNBR、FKM、MVQ、ACM、ECO等特种合成橡胶在汽车中的用量呈快速增长的势头,其用量约占这些橡胶总消耗
量的50%~80%,且在汽车生产中占有重要地位。
1氢化丁腈橡胶(HNBR)
在汽车中广泛用于制作骨架油封、O形圈、耐油胶管及各种耐油垫片。由德国拜耳公司首先研发成功并产业化的HNBR是一种综合性能极好的胶种,具有优异的耐油、耐动态疲劳、耐臭氧和硫化氢等腐蚀性气体的性能,可耐150~170℃高温,其耐寒性能优于氟橡胶,耐酸性汽油是普通NBR的5倍,耐磨性比普通NBR提高80%。HNBR用于制作汽车同步带、V带,可取代CR胶带,其耐热性可提高40℃,在120℃下使用寿命是CR胶带的2~4倍,这种胶带具有高效传动、低偏向和优异的抗屈挠性能,行驶里程可达100万~150万km,可与汽车同寿命,大大提高了汽车行驶的可靠性。日本80%、欧美60%的汽车同步带都使用HBNR制造。此外,HNBR还用于制造燃油胶管内层胶,发动机的油封及各种密封圈、垫以及耐油胶管。
目前HNBR主要由德国朗盛公司、原加拿大Polysar公司、日本Zone公司生产。我国兰州化工研究中心于1999年研制出LH-9901和LH-9902两种型号的HNBR;吉化公司研制成功HNBR-JH,达到日本Zeon公司Zeptol2020的性能水平,但目前均未实现产业化,仍处于试产阶段,国内所用HNBR主要是从国外进口。由于我国HNBR还只是在少
数高档车中少量使用,目前年需求量不足100t。HNBR 取代CR制造汽车同步带、V带是汽车工业发展的主流,随着汽车工业的发展和国产HNBR的正式投产,中国汽车工业对HNBR的需求将会逐年增加。
2氟橡胶(FKM)
用于制造燃料软管、加油管、燃料泵及喷射装置密封件、阀杆密封、动力活塞密封、曲轴油封、万向节垫片、各种O形环、空调压缩机密封等。平均每辆汽车用氟橡胶0.2~1.5kg,目前世界氟橡胶消耗量约60%是用于汽车工业。由于国内汽车工业的快速发展 ,对氟橡胶的需求增长很快,近年来以年均30%的增长率快速上升,目前年需求量约7000~10000t。
目前国外有美国杜邦、日本大金等公司生产,国内有晨光化工研究院、上海三爱富新材料有限公司、浙江巨化股份有限公司等单位生产,主要有23型、26型、246型三种型号。此外,国内已开发出全氟醚橡胶、羧基亚硝基氟橡胶及耐低温等特殊性能新品种以适应各种特殊需求,特别是汽车工业的需要。目前国内氟橡胶生产能力约4000~5000t/a,晨光化工研究院4000t/a氟橡胶扩产工程已于今年3月底竣工,正式投产后,我国氟橡胶的产量将会显著提升。
3硅橡胶(MVQ)和硅氟橡胶
主要用于制造各种耐热密封圈、垫、管件等,如散热器、热交换器及水泵密封、汽缸盖密封垫、发动机罩密封,头灯、滤油器密封,连接器保护套,火花塞保护罩等。室温硫化硅胶密封胶用于汽车门、窗及各种连接部位的密封,也用于现场成型硅橡胶垫圈,由于性能可靠、耐久、可现场成型,使用方便,已在许多汽车元件中使用,如铰链连接和曲轴的防护套,发动机冷却系统中的密封,恒温器壳体、水泵和油泵、油滤器中的密封,轴承密封,传动箱密封,驱动桥机罩,车体密封等,总用量可达数万吨。硅氟橡胶兼具硅橡胶耐高低温和氟橡胶耐油的特性,硅氟橡胶价格相对较高,主要用于制造发动机曲轴油封等高精部件。目前年需求量约3000t。
国外主要硅橡胶生产商有美国道康宁公司、General Electric公司、日本信越化学工业株式会社等,国内有晨光化工研究院、吉林化工公司、南京高尔特硅橡胶制品公司、江苏宏达新材料股份有限公司等单位生产。其中,高尔特是香港东爵有机硅集团在南京投资企业,扩建的6条生产线即将投产,南京另一家硅橡胶生产企业是东爵公司,预计5年内2家企业产值可达到40亿元,2010年产量可达到3.5万t,2015年产量可提升至15万t,有望成为世界最大的硅橡胶生产基地。江苏宏达新材料股份有限公司年产硅橡胶生胶和混炼胶各1.5t,可提供各种不同
性能的硅橡胶混炼胶。
4丙烯酸酯橡胶(ACM)
主要用于制造各种骨架油封,如曲轴、变速箱、传动轴、活塞、操作手柄等部位油封;各种耐热垫片(如汽缸
垫)、护套(如电点火电缆外套)、胶管等(如散热器胶管、液压输油胶管、燃油胶管中间层),每辆汽车用量在0.2~0.6kg,目前汽车工业年需求量约1万~2万t。
国外有美国氰胺公司、杜邦公司、古特里奇公司,加拿大Polysar公司,德国朗盛公司,意大利蒙特爱迪森公司,日本合成橡胶公司、瑞翁公司、电气化学公司、日信化学公司、日本油封公司、东亚油漆公司等厂家生产;国内有吉林油脂化学工业公司、苏州助剂厂、成都青龙丙烯酸酯厂、建峰化工总厂、北京通州运通工业集团公司高分
子材料厂等单位生产,主要牌号有AR-100、AR-200、BJ-100、BJ-200等。国内丙烯酸酯橡胶生产厂规模小、市场分散,品种比较单一,加工性能较差,远远满足不了汽车工业需要,我国每年需要从国外进口4000t以上的丙烯酸
酯橡胶。
5氯醚橡胶(ECO)
主要用于空调系统制冷压缩机密封件、制冷胶管内层胶、输油胶管、燃油胶管、液压软管护套、薄膜制品及蒸汽管等,目前有均聚胶(CHC)、二元胶(ECO)、三元胶(GECO)三种类型的产品,其中CHC胶70%用于汽车工业。每辆汽车消耗CHC约0.5kg,目前汽车工业年需求量0.7万~1万t。
目前国外有Goodrich公司、Hercule公司、日本Zeon公司、大曹氯醚橡胶公司等厂家生产ECO,国内主要有
河北沧州合成橡胶实验厂和武汉有机化工实业有限公司两家企业生产,总生产能力约3600t/a,缺口较大,需要大量进口。
6氯磺化聚乙烯(CSM)
广泛用于汽车工业制作门窗密封条、密封件、缓冲件、输油胶管等,目前我国用量很少,但随着汽车工业的发展,国内潜力也很大,汽车工业年需求至少在3000t以上。
全球只有美国、俄国、日本和中国生产,年产量约7.5万t,杜邦是全球最大的CSM生产厂家。国内有吉林化学化工公司、湖南益阳化工厂、安徽化工研究院、潍坊亚星化工股份有限公司等厂家生产,年产量约6000t。
表1 一辆汽车橡胶配件(除轮胎外)的用胶量 kg
品名 重量 品名 重量
NR 2.4 AEM 0.3
SBR 2.0 MVQ 0.9
BR 0.1 HNBR 0.5
CR 4.1 FKM 1.4
EPDM 7.7 ACM 0.4
ECO 0.7 其他 5.3
合计 26.8
新技术推动特种橡胶迅猛发展
(1)合成橡胶用量逐年增加 目前合成橡胶在汽车工业中的用量已达到非轮胎橡胶制品橡胶总消耗量的70%~80%。过去汽车用非轮胎橡胶制品中,天然橡胶消耗量最大,现在乙丙胶超过天然胶成为车用橡胶制品中消耗量最大的胶种。
(2)新材料开发日新月异 HNBR、KFM、MVQ、ECO、ACM、CSM这些特种合成橡胶由于性能优异,50%~80%用于汽车工业。为适应汽车工业的特殊要求,新的品种牌号特种橡胶不断被开发出来,如日本zeon公司开发的高强度HNBR;美国杜邦公司开发的耐低温氟醚橡胶;日本大金公司开发的低压缩永久变形和良好加工性能的G7000系列产品;美国道康宁STi公司开发的牌号为 Silastic 4-9040、4-9060、4-9080耐高温、耐燃油和耐溶剂性能的氟硅橡胶;由美国杜邦公司开发的耐油的低压缩永久变形橡胶乙烯/丙烯酸酯共聚物AEM。我国在此领域尚处于起步阶段,上海有机化学研究所已经开发出高性能全氟醚橡胶,并进行了小试、中试和应用试验研究等,为今后的规模化生产打下了良好的基础。
(3)复合材料应用广泛 高分子材料的共混改性和不同材料的复合是目前橡胶改性的一个重要途径。这些复合材料充分发挥每种材料的特性,得到均衡的性能和价格,其复合类型主要有:①不同橡胶之间的并用 如MVQ-EPDM
并用,可得到耐老化性能优良、中等温度和价格较低的橡胶,用于制造密封胶条等产品;FKM-ACM并用可得到耐油性能优良、耐热、价格适中的橡胶。②橡胶-塑料共混 如EPDM-PP热塑性弹性体是Monsanto公司首先开发的系列产品,目前已经大量生产,广泛应用于汽车工业,特别是其动态硫化产品TPV,在汽车中用量增长很快。③在同一产品中使用不同种类的橡胶或橡胶-塑料复合材料 如燃油胶管,其内层使用很薄的一层氟橡胶(约0.3mm厚),外层用耐老化、低渗透的ECO、CSM等橡胶,中间可用聚丙烯酸酯橡胶,这样既可保证使用性能又可降低成本;又如NBR-TPFE复合制作动态密封,可在密封唇部贴聚四氟乙烯膜,使橡胶的弹性和聚四氟乙烯的低摩擦得到充分的发挥,保证了密封性能并减少了因摩擦大而产生的动力消耗。
差距明显但方向明确
目前国内橡胶材料产量严重不足,存在品种牌号不齐全、质量不稳定等问题,与国外差距较大,约70%的天然橡胶和40%~50%的合成橡胶需要从国外进口。国内特种橡胶要满足市场的迅猛需求,今后要做好以下几个方面的工
作:
(1)提高产量,完善系列 目前虽然我国各种合成橡胶基本都有生产,但产量严重不足,品种、牌号不齐全,如IIR只有燕山石化一家生产(能力3万t/a),EPDM只有吉化一家生产,产能只有3万t/a,产量严重不足,品种少,每年需要大量进口。因此提高产量、加大产品系列化进程迫在眉睫。
(2)整合资源,规模生产 如ACM胶是汽车专用胶种,目前国内生产企业小而分散,难以形成规模,需要建立规模企业,提高产量和产品质量。
(3)紧跟市场,加快进程 HNBR是汽车工业有前途的胶种,国内已经由兰化公司和吉化公司研制成功,但至今仍处于试产阶段,需要加快产业化进程。
(4)增强研发,加大推广 HNBR是汽车同步带、V带的首选材料,可改善汽车的性能和使用寿命,国外已经广泛使用,而国内却很少使用,因此需要对此类新材料加快研发和推广。
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