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汽車橡膠材料發展與課題
9 j/ V R" t# @: o4 e; X一、輕量化與橡膠材料應用背景
7 c7 I; c$ @. p K: w全世界汽車總數約7~8億台,汽車消耗大量石化能源,致石化能源逐漸呈現枯竭,雖然電動車輛與替代能源車輛的研發不遺餘力,但仍有使用上的殘存課題,如充電站設施、電池信賴性與耐久性等問題待解決,短期內恐怕無法普及。降低汽車燃料消耗的做法有:提高引擎運轉效率、減少行駛阻力、改善傳動機構效率及減輕汽車重量等,其中以減輕汽車重量最容易實施。汽車輕量化又可透過生產小型車輛、改善汽車結構及使用輕質材料來達成,車輛小型化、結構更精簡,其它結構上的改善如使用鋼張力鋼板、中空結構及小型化等,在歐、美、日車廠已逐漸落實,競相提升輕質材料在汽車上的比例,其中又以橡膠因具備優異特性,發展最受矚目。
- r0 o7 p. [( t: S" a* t& ?$ e二、橡膠材料在汽車產業的應用1 e0 Z7 Y; X$ z& [1 C3 r" a
由於汽車橡膠配件使用條件日益嚴苛,目前許多橡膠零組件已經由通用橡膠改良為特種橡膠製造,汽車產業用主要特種橡膠簡要敘述如下:2 A/ E4 p/ ?+ O C
丙烯酸酯橡膠
, j% D2 i C f c% H; M丙烯酸酯橡膠(ACM)具有優異的耐熱性、耐油性、耐臭氧性和熱穩定性,與氟橡膠、矽橡膠相比,其價格較為適中,而其耐熱油和熱氧老化性優於NBR,因此近年來成為汽車工業著重開發推廣的一種密封材料。該橡膠在汽車上主要用做耐高溫油封、避震零組件和液壓油管。主要密封製品包括曲軸前後油封、變速箱油封、閥門油封和閥桿油封等。
. g9 U# B+ l8 B$ n# d氟橡膠
7 y" v& {" M- Q5 Q, Y7 c氟橡膠(FKM)是近年來汽車產業特種橡膠中使用量增長最快的材料,世界上氟橡膠年產量約7,000噸,其中60%用於汽車零組件,氟橡膠與NBR比較,具有優異的耐高溫性能、耐各種新型燃油和燃油添加劑性能及形狀穩定性。氟橡膠主要用於引擎閥桿油封、汽缸頭油封、離合器油封、空氣濾清器密封件、油箱油封、燃油泵油封及燃油管的內層膠等,為適應汽車產業需要,近年來國外開發出了具有耐低溫特性、含氟量為30%~40%的磷腈氟橡膠,能在280℃下長期使用,氟橡膠新品種不斷被開發與應用,以適應車用燃油特性的變化。! X7 R" {% n. j; N( b
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乙丙橡膠
/ S. H& P9 e- N% V乙丙橡膠(EPDM)具有優異的耐熱、耐臭氧、耐老化和電氣絕緣性,且易與聚烯烴塑膠共混,已廣泛應用於汽車零組件製品、電線電纜等材料;乙丙橡膠與丁基橡膠多用於汽車內胎,可延長內胎使用壽命。由於用途廣泛,在世界合成橡膠消費總量中,乙丙橡膠約占7%,其產量在合成橡膠中位居第三。在汽車用橡膠中乙丙橡膠是消耗量最大的膠種,主要是製造車窗密封膠條、散熱器膠管等零組件。
1 ^ T& G7 @* r/ I+ f% M/ D5 y氫化丁腈橡膠
$ ?+ \3 e' q. F7 d, H! {3 Y# d4 A氫化丁腈橡膠(HNBR)是將乳聚丁腈橡膠溶液在催化和高壓下加氫而成的材料,這種橡膠的特徵是耐熱性良好,過氧化物硫化膠在160℃空氣下可以連續使用1,000小時以上,而NBR在150℃便失去連續使用價值;耐油性優異,耐燃油和摻醇燃油性能均大大優於相應的NBR及NBR與PVC的混合物;耐寒性優於NBR;耐臭氧老化性能及耐多種介質(熱水、酸、堿、醇)性能優異;耐磨性與強度亦佳。由於HNBR系列優越性能,在汽車廂橡膠製品中應用日益廣泛,用量不斷增加,主要用途是汽車正時皮帶底膠、汽車各種膠管內層膠及接觸燃油的油封零件等,在高性能的產品中仍廣泛應用,HNBR在特種橡膠中是最有發展前途的膠種之一,其需求量將日益增多。: e8 J, [1 G/ n$ r
矽橡膠; I+ C) o7 G# \& \, N
矽橡膠(VMQ)具有良好的耐抗屈性、耐高溫性、耐寒性及耐老化性,而且價格較氟橡膠便宜,主要用於汽車凸輪軸、閥蓋和油底殼油封、各種油封件、O型環、襯墊和減震製品,是目前汽車上應用較多的一種特種合成橡膠。8 D' ~4 F9 F2 Q5 o7 B% o) w
三、我國橡膠廠商發展課題
0 n4 p& k+ f4 P3 I" W, F6 o6 L我國石化產業的上、中、下游體系完整,橡膠成形產品與製造技術已達世界水準,廠商在發展過程中宜考慮下列幾項課題;3 j7 r2 d: b3 p. y1 M$ N
1.選擇模組化設計,節省零件數量材料種類。0 A0 V0 Z; A$ O! Y, K6 E
2避免材料過度設計,可以精簡材料使用量,有效節省零組件數量、成本與減少能源消耗。
$ A+ R+ b: o# p4 N3.因應綠色採購觀念與全球化汽車零組件供應發展趨勢,我國廠商於致力高性能橡膠材料設計與製造的同時,宜避免混入有毒物質(如鉛、鎘、汞與六價鉻等物質)使用與橡膠材料回收性的問題。
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