高新技术在橡胶工业中的应用

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    人类在度过了科学技术上充满发现、创造与发展德不平凡的20世纪之后，开始进入了新的千年。专家预见。21世纪，以物质科学和生命科学的突破，生物技术、信息通信技术、新材料技术的广泛应用为代表，科学技术将成为人类社会变革与发展的主导力量。高新技术领域很广，主要有信息通信、生物、新材料、先进制造、航空航天、能源、海洋、环保等，各领域之间相互交叉、融合与集成日益普遍，这种融合与集成孕育着新的技术革命和产业革命。

6 G8 j# o5 D7 E5 b    高新技术的发展又有力地促进了各种传统工业的发展，世界橡胶工业也不例外，目前与橡胶工业有关的高新技术领域主要有，信息通信技术、生物技术、新材料技术和光机电一体化技术四大类。橡胶工业的新型原材料、新产品、新设备、新工艺等的进步都受益于高新技术的应用，利用高新技术改造传统橡胶工业，生产技术向高新技术发展，是将我国建设成世界橡胶工业强国的必由之路。
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: C- N  O" _. G4 o    一、 新材料技术的应用
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    新材料技术被誉为"高技术的基础"，各工业化国家都把发展新材料技术摆在特殊的战略位置上。新材料种类有高性能结构材料、电子信息材料、医用生物材料和纳米材料，与橡胶工业较密切的新材料主要是高性能结构和纳米材料。
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: _+ b5 V# p+ I  s/ V    高性能结构材料是指高强度、高韧性、耐高温、耐磨损、抗腐蚀等特殊性能的材料。另外，还包括复合材料，是指由基体材料（树脂、金属、陶瓷等）和增强剂（有纤维状的、晶须状的、颗粒状的等）复合而成，例如热塑性树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料及碳及复合材料等。
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    纳米材料一般是指粒径在1－100nm间的粒子，既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统。研究表明，当材料尺寸小于100纳米时，由于产生表面效应，量子尺寸效应、体积效应和量子隧道效应等，使材料表现出传统固体不具有的化学性能、机械性能、电学性能、磁学性能和光学性能等特异性能，从而引起国内外的高度重视，据称，纳米技术将在21世纪引发一场技术革命

    橡胶工业的原材料分三大类，即主体材料、骨架材料和助剂材料，可以说这三大材料决定了橡胶产品的特性和功能。橡胶工业的发展基本上取决于这三大材料的发展，据预测，今后橡胶工业用主体材料和骨架材料将向高性能结构材料发展，橡胶助剂将向纳米材料发展。
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! ^" L8 p8 \5 r% A5 m/ W6 N    1、 主体材料

    橡胶产品是以天然橡胶为主体材料开始发展起来的，时至今日，所谓的橡胶产品的主体材料已经发生了重大变化，目前橡胶工业使用的主体材料除了天然橡胶、合成橡胶外，还有热塑性弹性体和液体橡胶。近几十年来，主体材料最大的变化，莫过于热塑性弹性体得到了很大发展。

. X, w8 R3 o2 @4 C. }    热塑性弹性体（TPE）是一类介于橡胶和塑料之间的高分子材料，其兼具橡胶的物理机械性能和塑料的工艺加工性能，同时返回料和废旧制品还可以重复利用，是一种不同于橡胶和塑料的全新的高分子材料。由于热塑性弹性体具有以上优越性，自20世纪50年代投放市场以来，得到了迅速发展，其产量60年代的年均增长率层高达16％，进入90年代稳定在7％，1998年产销量达到114万吨，2000年达到170万吨，预计2010年将达250万吨以上。可以说现在起热塑性弹性体进入了稳定发展时期。与热塑性弹性体迅速发展成鲜明对比的是，橡胶和塑料的发展停滞不前，目前橡胶和塑料的年增长率仅1％和2.4％，这充分说明了热塑性弹性体发展潜力。目前热塑性弹性体已发展到10几个品种，已取代一部分天然橡胶和合成橡胶，广泛应用在除轮胎以外的各种橡胶制品上，如汽车配件（管、带、垫、板等）、建筑业、制鞋、医疗制品、密封制品、包装制品、电线电缆、日常生活制品、粘合剂及高分子材料改性等。其中汽车用热塑性弹性体是大头，占到三分之一，其次是建筑业、医用和日用生活制品。但是热塑性弹性体最大的缺点是耐热性和动态疲劳性等较差，从而影响了其应用范围的扩大，特别是迄今为止尚不能成功应用于轮胎是一大遗憾。尽管如此，热塑性弹性体以其接近橡胶的性能和方便的加工特点以及回收的优越性，使其已在材料领域获得极大成功，其市场将稳步发展。与此同时，于来遇到的橡胶界专家针对其耐温性、耐动态疲劳性等比较差展开了大量开发工作，并有了可喜的进展，例如：动态硫化和茂金属催化技术的应用，使热塑性弹性体向高性能方向前进了一大步。相信不久的将来，一种完全能取代橡胶的高性能的热塑性弹性体一定出现，届时，橡胶工业用主体材料、生产工艺等将发生根本性变化，同时也将能彻底解决废旧橡胶的回收利用，保护环境的一大难题。

9 o+ R% x6 m7 \: |! f4 v    液体橡胶也是取代橡胶的一种非常有发展前途的主体材料，应该说，液体橡胶是革新橡胶工业的最根本的途径，它使复杂的固相加工改为简单的液相加工，砍去了笨重庞大工艺加工设备，大大简化了加工工艺，使材料混合、成型、硫化实现一体化。液体橡胶中引人注目的是聚氨酯橡胶，产量已达100多万吨，最初主要用于制鞋和微孔弹性材料，后逐渐用于胶带、胶管、胶辊等产品，近年来大量用于生产自行车胎、实心胎、工业轮胎及农用轮胎等慢速轮胎。这些产品经久耐用、颜色鲜艳，深受用户欢迎。但是用于高速轮胎尚处于开发之中。
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2、 骨架材料
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    橡胶骨架材料主要有钢丝、锦纶、涤纶、高强力人造丝和各种短纤维，根据轮胎等橡胶制品性能的要求，对骨架材料的性能要求也越来越高。向高强力、高模量发展是今后橡胶骨架材料的方向。已经应用于轮胎的芳纶纤维是一种很有发展前途的骨架材料，它既有钢丝的强度，又有纤维的柔性。近年来西欧出售用全芳轮作骨架材料的子午线轮胎，轮胎重量减少约30％，使轮胎的行驶性能，特别是滚动阻力有了大幅度下降，在工程胎中使用可大大提高轮胎的耐刺扎耐切割性能，同时芳纶在齿形带和运输带中也开始了应用，提高了带体强度和使用寿命。芳纶将是一种极有发展前途的骨架材料。
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    美国联信公司开发成功一种PEN（聚对萘二甲酸已二酯纤维，属聚酯类纤维）与普通聚酯纤维相比，强度提高20－25％，模量高130％，屈挠疲劳后帘线强力保持率提高5－10％，玻璃化温度及熔化温度高，耐热性好。

    英国SHEII公司开发的POK纤维（聚甲酮纤维）是一种超高强度、超高模量纤维，其强度指数为200（人造丝100、聚酯60、PEN100、芳纶300），模量指数为250（人造丝00、聚酯60、PEN100、芳纶300），而且有极好的耐热性、收缩率低以及不需浸渍处理。据报道，POK纤维将可能成为21世纪最有希望的轮胎帘线。
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    另外，意大利的倍耐力公司、比利时的贝卡尔特公司正在开发一种钢丝/纤维复合帘线。

  o; W2 y! ^& p3 ?; j* r  q5 j1 M    3、 橡胶助剂
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    橡胶助剂包括硫化助剂、防护助剂、补强填充剂、粘合助剂、工艺操作助剂和特殊助剂六大类，是橡胶产品的三大原材料之一，其在橡胶产品中的消耗约占橡胶的50％左右，2000年我国约消耗橡胶助剂100万吨。橡胶助剂中大部分成粉体状，例如炭黑、白炭黑、等补强填充剂、促进剂、防老剂等。作为粉体状物质，当今一个重要的发展趋势是向纳米材料发展。

    实际上，纳米材料和橡胶工业关系相当密切，大部分粉状橡胶助剂粒径都在纳米材料范围或接近纳米材料范围，例如炭黑11－500nm、白炭黑11－110nm。在橡胶产品生产中使用纳米材料，从20世纪初使用炭黑补强就开始了，40年代开发成功纳米白炭黑补强橡胶，制造轮胎，目前世界上著名的轮胎厂逐渐用白炭黑代替炭黑制造绿色轮胎和节能轮胎，据说已取代5－10％的炭黑。
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  Y. e* L6 j6 u, O; Z    纳米碳酸钙是20世纪80年代开始发展起来的，是少数几种实现工业化的纳米材料之一。其粒子细（1－100nm）、比表面积大、白度高，表面经活化处理，易于胶料结合，将其填充在橡胶产品中，能使产品表面光滑，抗张强度高，抗撕裂、耐弯曲、抗龟裂，不仅产品性能比普通碳酸钙大幅度提高，还可以增容降低成本。粒径小于20nm的碳酸钙，其补强作用与白炭黑相当。日本早在20使劲50年代就在橡胶工业中应用纳米碳酸钙品种白艳华等，根据不通的橡胶制品，可以部分和大部分代替炭黑和白炭黑。
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    纳米氧化锌不仅提高橡胶制品机械性能，其用量比普通氧化锌节约30－50％。
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    另外，纳米粘土、纳米三氧化二铝、纳米二氧化钛等在橡胶工业中的应用也有所进展。由于纳米材料的一系列特异性能对于种类繁多橡胶产品大有用武之地，因此，大力推动纳米材料在传统橡胶工业中的应用意义重大。
二、 信息通信技术的应用
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4 Y. c5 x! P4 q" Y$ V# K5 p% K4 Q* u    信息通信技术主要包括网络技术、微电子和光电子技术以及计算机技术，20世纪以网络技术和计算机为代表的技术革命，为现代世界的发展构建了崭新的科学技术基础，已越来越成为世界经济发展的动力。据报道，自1995年以来，美国经济增长中的30％归功于信息通信技术产业。信息通信技术的发展带动着其他产业的发展，是信息通信技术发展的一大趋势。

) q+ M, b% `7 a7 D' l    信息通信技术已经强有力的改变着传统橡胶工业，它广泛应用在产品设计、生产、管理、检测以及营销等方面，取得了令人瞩目的进展。用电脑指挥生产、控制工艺、计算数据、处理结果、存储信息、联网通讯、分析设计、监视报警等，在现代化的橡胶厂无处不在，大大提高了工作效率和工作质量。

0 }4 o) m' [$ \/ p$ [3 E/ S. o    1、 产品设计、工艺控制等电脑化
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9 \. N7 N( m. m( `9 N5 _    FEA（有限元分析）法设计产品结构，例如应用于轮胎，将结构设计、建模、测试等大大简化，从而缩短了产品开发时间和生产周期。例如固特异5年前有40％的产品开发周期不超过三年，现在上升到80％。

$ v7 I- `$ ]9 @) y    中橡集团北京橡胶工业研究设计院最近几年采用计算机开发了轮胎设计、分析方法，取得了很大进展，最近又与青岛橡胶集团等轮胎厂联合开发子午线轮胎设计及性能分析仿真系统，此项目已经国家经贸委立项，该系统是产品开发从经验设计走向采用计算机智能化设计，并对轮胎的力学及热力学性能进行分析，实现了计算机与实际检验相互修正，该项目完成后，预计达到国际先进水平，可以从根本上解决中国轮胎工业与国外先进技术水品的差距问题。

& Z: j! y- }( |7 b4 g* ]! I    另外，已经实现电脑化的系统还有，密炼机微机智能控制系统、轮胎胎面计算机缠绕机系统、轮胎硫化计算机自动控制系统、轮胎成品计算机管理系统等。
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    2、 销售方式电子商务化

% I1 w0 A2 ?1 |/ v    电子商务是以网络化、数字化技术环境为依托进行的一种全新商务形式，它作为经济全球化和信息网络化的产物，成为全球经济最具活力的增长点，有力地推动了世界经济的发展和繁荣。放眼未来，电子商务无疑代表着未来贸易方式的发展方向。其日益广泛的推广应用将给社会经济带来巨大的变革和收益。
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1 R2 V$ M& @; [. d0 A; Q, z    橡胶工业也不例外，世界著名橡胶企业无不充分利用国际互联网等，进行品牌宣传、物流控制、原材料和产品销售以及用户服务。据美刊《现代轮胎》今年元月份的文卷调查表明，91％的轮胎经销商反映，在最近5年中，他么通过互联网销售的轮胎占其销售总额的20％左右，其中6％ 的轮胎经销商网上销售额已达到总额的21－30％，3％的轮胎销售商网上销售额已占到销售总额的41％，另一项网上调查表明，79％的人承认其20％的轮胎销售额是来自网络，其中5％的人宣称，网上销售额已占总销售额的50％。

    米其林公司已建立8个网站，致力于网上快速用户服务，取得显著效果，1999年在北美市场的销售额劲升11％。固特异、大陆、米其林、库伯、倍耐力和住友公司2000年4月宣布共同创建一个从事网上买卖原材料、机械设备和制品的电子商务网站Rubber Network.com，普里司通也要加入此网站。该网站于2000年底运行，承担会员公司的原材料采购、配送及调剂，实行集体竞价和全球采购战略，各公司希望通过网站来降低采购成本提高效益。目前全球轮胎行业每年花费在原材料、设备和辅助性服务上的开支大约为500亿美元，按照Rubber Network.com披露可节约5％。此网站对业内厂家和供应商开放，并将与汽车和油料等网站合作。除了Rubber Network.com外，还有两个轮胎交易网站TirDex.com 和 TrucktireXchange.com，已经上网的轮胎经销商认为，足不出户就可以访问用户，寻找商机。EtirePlace.com是一个有关轮胎的网址搜索网站，业界所有与轮胎有关的网站都可以通过它友好链接。橡胶界人士认为电子商务在橡胶工业的应用，必将彻底改变传统的营销方式，是营销方式的一个革命，将有力的降低企业成本，提高经济效益。
三、 光机电一体化技术的应用

    目前，橡胶工业仍是手工操作比较多的一个产业，特别是轮胎、胶鞋等部件比较多的产品，仅成型就有十几道工序，劳动强度大，生产效率低，严重影响了橡胶工业的发展。工业发达国家都把橡胶产品的成型工序为重点,通过计算机技术、光机电一体化技术和机器人技术，实现自动化生产方面取得了重大发展。
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    在这里值得一提的是，机器人技术在实现橡胶产品生产自动化方面，起到了非常中药店作用。机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种高度灵活性的自动化机器。现在世界上约有100万个机器人，其中绝大部分是工业机器人，工作在汽车制造、电器装配等领域，其余的则"就职"于加工行业，少数出类拔萃的机器人（第二代和第三代），在太空探索和安全保卫领域担负着比较复杂而艰巨的使命。工业机器人主要特点是擅长于重复特定的工作程序，特别适合于橡胶产品成型工序，不仅能提高生产效率，降低成本，而且能提高产品质量。国外著名橡胶公司都很重视机器人在橡胶产品生产中应用。例如米其林、固特异、倍耐力、普里司通、大陆等公司已在轮胎生产中普遍应用。日本东海公司的减振橡胶生产厂基本上实现无人生产，大部分工序由机器人承担。据报道，耐克公司将在台湾用机器人生产鞋。

; M6 P1 y. Z( j5 z8 ]" [0 U3 `9 c    1、 全自动化轮胎生产线
+ K& k7 r; G* q  U9 h  Z    90年代米其林、固特异、倍耐力、普里司通、大陆等公司相继开发成功全自动化轮胎生产线，是轮胎生产技术的重大突破，各家技术大同小异、基本上是计算机技术、光机电一体化技术和机器人技术结合的成果。
& J( N7 s( ^* U- D    米其林的C3M（移动成型分段成型流水线）1993年建立第一家试验厂，1995年C3M新工艺轮胎商业化销售，目前在法国有两家、瑞典和美国各一家这样的轮胎厂，与传统轮胎厂相比，工厂建设投资、人工、占地面积都减少一半，原材料周转加快10倍。
6 C' m% S" b% A0 j% H    倍耐力喀莱尔轿车轮胎厂60％的产量采用8PL联动成型线生产，生产能力430万条/年。职工800人，其中管理人员100人。该生产线首先在意大利米兰的勃那地投入使用，将轮胎成型分解成10个工序连续进行，是一种集光机电、气动和机械手为一体的轮胎联动自动成型生产线，生产能力为24小时2500条，年产70万条，基本实现了无人自动进行，比轮胎成型机组高一倍，比单机轮胎成型机组高七倍。
, t* b7 J! P! I. @$ {9 j    倍耐力于1998年在米兰的Bicocca开发成功划时代的MIRS（轮胎模块化集成自动生产线）并投入生产。MIRS轮胎制造新技术，以成型为核心，使用一系列挤出机，围绕一台沿环形轨道运行的成型鼓，进行几乎所有的工序操作。与一般工艺相比，工序从14道降低到3道，能耗降低33％，降低25％制造成本和80％占地面积，投资省15％，而且制造的轮胎质量重现性很好，几乎每条轮胎都一样。第一个MIRS工厂建在米兰的Bicocca，已经达产，今年6月15日在英国的Burton建成第二条MIRS，据说正在北美建立第三条MIRS。在未来五年内计划建设6个MIRS工厂，每个厂生产规模约100万条轮胎。
    另外，固特异开发了IMPACT技术、大陆公司开发了MMP技术，基本技术都差不多。由于此技术大大提高生产效率、节约场地、提高场地、提高质量、节约能源以及降低成本等原因，预计必将代替传统轮胎生产技术。
    2、 管、密封条等成型、硫化连续生产线
    该生产线的主要工序是挤出、成型、硫化，使用橡胶并用胶料或热塑性弹性体，采用微波、红外线等加热，通过激光、计算机自动测径、调节尺寸和检测成品，是集新材料、新能源、光机电一体化、计算机技术于一体的全自动生产线。
2 D2 e" W  V* K' Z) N    3、 全自动高精密橡胶制品生产线
8 @7 s0 d7 F: ~- [1 }0 n    高精密橡胶制品主要指密封件、减震件等小型橡胶件，传统生产方法使用大量硫化机，车间温度高、劳动强度大，目前现代化的高精密橡胶制品厂已今非昔比，基本上是采用注射机、机械手、机器人和计算机全自动进行，例如日本东海橡胶公司的减振橡胶生产车间几乎看不到人。
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    四、 高新技术在橡胶工业上应用前景预测
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    21世纪将是高新技术普遍推广应用和更多的高新技术取得突破的世纪，未来高新技术的发展进步将在更广泛的范围里和更深的层次上对人类社会的各个方面产生深刻影响和变革。世界橡胶工业也将在新的世纪里继续受益于高新技术，以崭新的面貌，继续为人类做出贡献。有关专家预测，未来几十年，橡胶工业将呈现如下发展前景。
0 E3 {; W5 Q- b5 v    1、 主体材料方面，热塑性弹性体和液体橡胶消费量将大幅度增加，而且其品种、性能能满足所有橡胶制品的需要，热塑性弹性体轮胎将问世。
' m( E5 k* ]! I: O6 O% a+ @    2、 骨架材料将使用兼具钢丝和纤维性能的高强度、高模量的材料。
    3、 将大量使用各种复合材料，例如橡胶/树脂复合材料、橡胶/纤维复合材料、橡胶/陶瓷复合材料、橡胶/金属复合材料等。
    4、 将使用更多的纳米级橡胶助剂，使用数量将比现在少，但性能高的多。
3 p2 I8 m( V8 H& S$ L3 e# ?    5、 普遍使用电脑进行橡胶产品设计、生产、管理、检测以及营销等。
. j# {7 O6 M+ Z% g5 ^! q    6、 通过电子商务的销售额将超过橡胶工业总销售额的50％。
- I" S* J3 k) v, ^0 c  y    7、 将普遍采用光机电一体化技术和机器人技术改造笨重的橡胶产品生产线，将出现更多的轮胎、胶鞋无人工厂，橡胶工厂脏乱差的老面貌将成为历史。
    8、 废旧橡胶产品的回收利用技术将取得的重大突破，大部分废旧橡胶和生产中的边角余料将得到重复利用。

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huang740914

高新技术应该大力提倡

龙行天下

看看------学习一下也好嘛

shenli

现在的橡胶技术改进了很多。

allen2010

又学习了

rubbers

橡胶技术改进了很多。

不过我国橡胶太落后，纯粹是恶性循环。。
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出售廉价劳动力，赚微薄利润。
购买国外专利，为别人打工。

rubberman

我国的橡胶行业现状自主创新能力还是相对来说比较差。只有一些科研院校做了一些比较前沿的研究。要和国外领先水平来比，还有一大段路要走！

lzb2000

不错
+ ]0 O# J  ^; W  Y先学习了
4 d, n- W) G) \  I4 |国货当自强