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橡膠技術(shù)的未來發(fā)展方向
來源:貝智特網(wǎng)絡(luò)德標(biāo)機(jī)械 | 作者:db168cn | 發(fā)布時間: 2014-10-16 | 1915 次瀏覽 | 分享到:
      “雖然未來幾年內(nèi)不太可能出現(xiàn)重大革新性的游戲規(guī)則改變者,但燃油效率成為全球恒久話題、標(biāo)簽法在全球逐漸普及、高附加值技術(shù)繼續(xù)植入中等價格輪胎,都為創(chuàng)新力打開了新的空間。而其中以納米材料/石墨烯為代表的新型補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)、智能系統(tǒng)、智能材料、天然材料、生產(chǎn)靈活性技術(shù)和大數(shù)據(jù),則是最引人關(guān)注的未來技術(shù)。”27個國家和地區(qū)的700多名橡膠界代表9月齊聚北京,在2014年國際橡膠會議(IRC2014)上做出了這一前瞻性的判斷。立式雙滑板液態(tài)硅膠機(jī)眾多科研工作者在材料的高性能化和材料的可再生方面進(jìn)行的探索,更是給記者留下了最為深刻的印象。
 
創(chuàng)新必須順應(yīng)大勢
 
      在由中國化工學(xué)會橡膠專業(yè)委員會主辦,北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計院承辦的IRC2014上,固特異橡膠輪胎公司高級主管Surendra K. Chawla表示,輪胎創(chuàng)新的方向一定要緊跟全球大趨勢。從宏觀上看,全球變暖,就要求降低CO2和其他溫室氣體排放;資源保護(hù),就要提升不可再生資源利用效率及二次利用率,發(fā)展替代能源;人們更加注重健康,就要減少污染,并讓廢棄材料盡可能得到再利用。從經(jīng)濟(jì)角度看,企業(yè)要降低生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)的靈活性,提升產(chǎn)品的附加值,延長輪胎的全周期壽命,降低維護(hù)成本。順應(yīng)上述大趨勢,各國制訂了相應(yīng)的運(yùn)輸系統(tǒng)法規(guī),并對整車的CO2排放、可回收率等進(jìn)行了規(guī)定,多國對輪胎產(chǎn)品施行了標(biāo)簽分類,歐盟還對化學(xué)品制訂了REACH法規(guī)。由此,新一輪的整車技術(shù)革新正在興起,其中包括燃料、引擎和動力系統(tǒng)的革新,傳感器、電子系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等信息系統(tǒng)的革命,并引領(lǐng)著材料向著輕量化、高強(qiáng)度、易加工、智能化發(fā)展。
Surendra K. Chawla說,對應(yīng)上述大趨勢,輪胎技術(shù)應(yīng)該從5個方向進(jìn)行開發(fā),即輕量化、高性能化、智能化、長壽命化、高效化。其中輕量化主要依靠提高單位膠料產(chǎn)出和先進(jìn)材料的應(yīng)用來實現(xiàn);立式雙滑板液態(tài)硅膠機(jī)高性能化主要表現(xiàn)在降噪、抗震、提高操控性能及產(chǎn)品均一性上;智能化包括智能系統(tǒng)、傳感器、遠(yuǎn)程信息系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng);長壽命化主要通過提高各種路面條件下輪胎的牽引力、耐磨性,增加重復(fù)利用性;高效化則需要依靠新生產(chǎn)工藝和新加工工藝。
“而且,現(xiàn)在看起來離普及還比較遙遠(yuǎn)的無人駕駛技術(shù)怎么應(yīng)對,也是個應(yīng)該考慮的問題了?!?/span>
 
高性能化看材料
 
       “減小環(huán)境影響的綠色技術(shù)是非常熱門的研究領(lǐng)域?!庇《认鹉z研究院主席、JK集團(tuán)研發(fā)總監(jiān)R.Mukhopadhyay介紹,根據(jù)日本橡膠生產(chǎn)商協(xié)會提供的數(shù)據(jù),輪胎全生命周期的CO2排放約為296.4kg,其中材料占4.1%,產(chǎn)品生產(chǎn)過程占1.5%,物流占0.2%,使用過程占87%(258kg),終端處理占7.2%。因此從降低輪胎使用過程CO2排放入手最為實際,而材料的高性能化是至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)。
       “綠色輪胎技術(shù),一方面是使用特殊可再生彈性體、填料和助劑的低滾動阻力輪胎,另一方面是最大限度提升輪胎的安全性、可靠性、耐久性、操控性、舒適性和運(yùn)行效率。提升這些性能又很大程度上依靠材料的更新?lián)Q代。具體來說,就是合成膠進(jìn)行改性、提高可再生性和可回收性,補(bǔ)強(qiáng)材料主要是新一代白炭黑及納米填料,骨架材料將從聚酯、尼龍、鋼簾線,向可回收人造絲、生物基纖維、超高強(qiáng)耐腐蝕鋼簾線發(fā)展,填充油會更多采用植物油、生物基加工助劑、低/無多環(huán)芳烴油,助劑則要滿足REACH要求?!盧.Mukhopadhyay說。
    我們的實驗結(jié)果顯示,石墨烯/丁吡橡膠具有更好的力學(xué)性能和氣密性,石墨烯-白炭黑/丁苯橡膠復(fù)合物耐磨性更高,在綠色輪胎應(yīng)用中前景廣闊。納米碳管/橡膠復(fù)合材料用于胎面,可開發(fā)高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱性、功能性節(jié)油輪胎;用于載重胎胎肩膠,可減少動態(tài)生熱,提高輪胎的安全性和壽命。
      “碳納米管補(bǔ)強(qiáng)確實是一個方向,固特異已經(jīng)生產(chǎn)了樣胎,不過離商業(yè)化還有一定距離。”Surendra K. Chawla接受記者提問時表示,“未來,提升材料的模量和拉伸性能,超高相對分子質(zhì)量聚乙烯、PBO(聚對苯撐苯并二惡唑)也將成為重要方向?!?/span>
德國橡膠研究院也在研究碳補(bǔ)強(qiáng)材料,而且涵蓋了一維、二維、三維材料。“納米碳管補(bǔ)強(qiáng)性能介于炭黑330和炭黑550之間,成本在15歐元左右。這一結(jié)果證實碳材料確實值得探索下去。”該研究院的Robert H. Schuster先生表示。
 
探索生物合成路線
 
      糖和碳水化合物合成生物基異戊二烯、生物基丁二烯;甘蔗制成生物基乙烯,進(jìn)而合成三元乙丙橡膠;谷物等生物質(zhì)制備出異丁烯和異戊二烯,進(jìn)而合成丁基橡膠;酶催化合成生物基化學(xué)品……IRC2014上介紹的這些技術(shù),讓記者實實在在感受到糖、淀粉、纖維素、殼聚糖、蛋白質(zhì),木質(zhì)素,成為橡膠工業(yè)的可再生原材料來源又進(jìn)了一步。
單體/聚合物合成進(jìn)展迅速
      據(jù)記者了解,在眾多材料中,除了技術(shù)已經(jīng)較為成熟的生物乙醇外,合成橡膠最主要原材料丁二烯的生物技術(shù)研究是進(jìn)展最快的。立式雙滑板液態(tài)硅膠機(jī)因供應(yīng)呈短缺加劇之勢,價格忽高忽低,生物基丁二烯研究迅速提速,并在近期取得了多項突破。比如,Cobalt技術(shù)公司成功實施了生物正丁醇的試驗,在生物丁醇生產(chǎn)放大成功的基礎(chǔ)上,以丁醇分子為原料生產(chǎn)丁二烯。Cobalt公司首席執(zhí)行官稱,公司正在開發(fā)生產(chǎn)生物丁二烯的整套技術(shù),且可以在全球市場銷售。Cobalt公司還宣布,計劃在亞洲建設(shè)第一套生物丁二烯裝置,采用傳統(tǒng)的化學(xué)催化技術(shù),用生物丁醇作原料生產(chǎn)生物丁二烯,預(yù)計2017年投產(chǎn)。美國Genomatlca公司也正在將生產(chǎn)生物丁二烯項目升級成世界級規(guī)模。
異戊二烯的生物路線研究也在有條不紊地展開。固特異與杜邦正在加緊合作開發(fā)生物基異戊二烯,并完成了異戊橡膠的中試,希望2015年能實現(xiàn)異戊二烯的商業(yè)化生產(chǎn)。普利司通和味之素合作開發(fā)出適合異戊二烯生產(chǎn)的菌株。
異丁烯方面,德國弗勞恩霍夫化學(xué)生物技術(shù)中心眼下正與法國全球生物能源公司合作,在德國洛伊納建設(shè)一個可用于工業(yè)生產(chǎn)的試驗性裝置,用糖來生產(chǎn)異丁烯。此前,全球生物能源公司的研究人員已在實驗室中實現(xiàn)了糖與異丁烯的轉(zhuǎn)化。
      朗盛的生物基異丁烯已在中試裝置上試產(chǎn)成功,并試產(chǎn)出一批由生物基原料合成的丁基橡膠。立式雙滑板液態(tài)硅膠機(jī)朗盛預(yù)計,生物基丁基橡膠將在2015年達(dá)到數(shù)萬噸規(guī)模。“生物基彈性體是非常有前景的一類生物材料。”美國化學(xué)會Sparks-Thomas Award獎獲得者、北京化工大學(xué)教授張立群告訴記者,生物基彈性體具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性,且與傳統(tǒng)的橡膠加工成型工藝有良好的相容性,可采用傳統(tǒng)的橡膠加工工藝加工成型,例如混合、模壓和硫化等工藝?!皬膶嶒炇页晒麃砜?,生物基聚酯彈性體和炭黑納米復(fù)合材料顯示出了良好的阻隔性能,且在高溫下性能損失甚至比天然膠還要小。而生物基聚酰胺則可以水解成彈性體,在C=C中降解?!?/span>
增強(qiáng)材料開辟新路線
       “米糠(稻殼)灰已經(jīng)成為固特異獲取白炭黑的一種新途徑。全球每年會產(chǎn)出7.38億噸水稻,其中約20%是米糠。而米糠灰里面90%是SiO2。我們從米糠灰提取白炭黑的技術(shù),2015年將商業(yè)化。”Surendra K. Chawla說,“大豆是另一種固特異看重的原料。大豆油基增塑劑的效果好于石油基。我們與美國研究所合作開發(fā)的大豆油基增塑劑,可提高胎面耐磨性10%,且與白炭黑共混性能好,預(yù)計2015年商業(yè)化。”

 
尋找第二橡膠資源
 
按照國際橡膠研究組織的預(yù)計,2015年全球天然膠短缺40萬噸。尋找第二橡膠資源,也是橡膠行業(yè)的一直努力的方向。
反式異戊橡膠
       “TPI是非常有前景的一項技術(shù),萬噸級裝置也已建成。”Surendra K. Chawla所說的TPI就是合成的反式異戊橡膠。由青島第派新材有限公司建設(shè)的全球首套萬噸級TPI工業(yè)化生產(chǎn)裝置,已于2013年在青島萊西市投產(chǎn)。該裝置采用青島科技大學(xué)自主研發(fā)的負(fù)載型TiCl4/MgCl2催化異戊二烯本體沉淀聚合法工藝,粉末狀產(chǎn)品的反式-1,4-結(jié)構(gòu)含量≥98%。國內(nèi)知名輪胎企業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)表明,反式異戊膠應(yīng)用于全鋼子午胎時,輪胎磨耗可提高20%以上,耐疲勞性提高300%;用于半鋼子午胎時,輪胎可節(jié)油2.5%,每應(yīng)用1噸反式異戊膠可節(jié)省燃油70噸,減少汽車尾氣二氧化碳排放量200噸。
      天然反式異戊橡膠則可以從杜仲中提取。杜仲是中國特有資源,我國已經(jīng)擁有了杜仲種植、杜仲膠提取及應(yīng)用的技術(shù),但大規(guī)模應(yīng)用,產(chǎn)膠率還需提高,價格還需親民。除中國外,西班牙南部、中國聯(lián)盟也在進(jìn)行杜仲膠研究,西班牙北部/法國聯(lián)盟則在開展TPI研究。

蒲公英橡膠

      蒲公英橡膠是最近橡膠行業(yè)非?;馃岬脑~匯。德國大陸公司與弗勞恩霍夫(Fraunhofer)研究所因合作進(jìn)行蒲公英天然橡膠開發(fā),并用于試制輪胎和其他橡膠配件,成為歐洲2014年綠色科技獎的共同得主;使用了蒲公英橡膠的玲瓏輪胎在IRC2014亮相;日本普利司通公司與美國俄亥俄州立大學(xué)合作,用自主開發(fā)的提膠技術(shù),成功地從哈薩克斯坦等地原產(chǎn)的蒲公英根部提取出制作輪胎用的天然橡膠,并力爭在近期完成輪胎試生產(chǎn),在2020年以后將蒲公英橡膠輪胎投入實際使用。不過,蒲公英橡膠更像是一項儲備技術(shù),因為其成本還過于高昂?!耙淮笸捌压⒉拍艹鲆稽c(diǎn)膠,成本確實還是個大問題。”參與了蒲公英橡膠研究的北京化工大學(xué)一研究生對記者說。
  編輯:德標(biāo)機(jī)械2014年10月16日9:51:53

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