汽车用橡胶制品及发展趋势

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汽车用橡胶制品及发展趋势
8 g4 W+ _" t. h; P添加日期：2005-10-08  
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- N" L1 `' U2 z& @, p, |华南理工大学材料学院高分子系 罗权焜 王真智
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    一、概述

    随着国民经济的发展，我国人民生活水平的不断提高，汽车进入了家庭。私人购车已成为汽车消费的主要增长点，推动着作为我国支柱产业的汽车工业呈现出迅猛发展的势头。据统计，2003年我国累计生产汽车444.37万辆，比2002年增长35.2％；其中轿车产量为201.89万辆，同比增长83.25％；2004年我国汽车产量突破507万辆，增长14％。中国汽车工业从2001年的世界第八位跃居至第五位。前四位国家是美国、日本、德国和法国，中国已经成为世界汽车生产和消费的大国。
    汽车工业的高速发展，同时带动了相关行业，尤其是橡胶工业的发展，并使汽车橡胶制品从橡胶制品行业中脱颖而出，发展为一支独立的专业化的制品行业。汽车橡胶制品是汽车配件工业中不可缺少的重要组成部分。每辆汽车上安装有100－200种橡胶制品，耗用约有200－500个橡胶配件。除轮胎外，因不同规格汽车而异，耗用橡胶材料约为15－60公斤，而汽车橡胶制品（不计轮胎）约占汽车总成本的6％左右。汽车工业用非轮胎类橡胶制品品种约有1000多种，规格超过800个。全球每年消耗生胶量的70％以上都是用于汽车行业，而其中60％用于轮胎，40％用于橡胶制品配件。
3 o/ j% `: n' v8 X    高速、舒适、节能和环保是当代汽车追求的目标。随着汽车现代化的发展，对汽车橡胶制品的要求也日趋严格和苛刻，不但要求橡胶材料有更高的物理机械性能，还要求耐老化，耐高、低温，耐新型燃油以及优异的动态疲劳性能，耐久的使用寿命。汽车橡胶制品的性能和质量，对提高汽车整车质量水平起着极为关键的作用。
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+ R3 M) c- F7 ^( g  I     二、汽车橡胶制品的分类及其在汽车中的作用

     橡胶轮胎被称为汽车的两条腿，轮胎在汽车中的重要作用是不言而喻的。轮胎是橡胶工业中耗胶量最大的一种橡胶制品，所以在橡胶工业中往往将轮胎从橡胶制品中独立分离为一种特殊品种。而在汽车配件中，轮胎也是一种特殊配件。
2 M9 b: `) s. d( ]+ G7 t: F    汽车橡胶制品可分为轮胎，密封制品，减震制品，安全制品，胶带，胶管以及其他制品如雨刷器、挡泥板、胶粘剂、密封胶和内饰制品等七大类。
2 {; L& `, B  w$ |8 _    1、轮胎
    汽车轮胎起着承载汽车自重、车上的人和货物的全部重量的作用，还起着使汽车前进、后退、转弯和刹车等功能作用。汽车的安全性、舒适性和驾驶性能很大程度上依赖于轮胎的高性能和高质量。
    橡胶轮胎已有160年历史。早在1845年，英国人R. W. Thomso将一条胶管套在木轮子上，从而减轻了轮子的滚动阻力，减少了振动，但这种早期的橡胶轮胎在当时已很受欢迎。直到1888年，英国人J. B. Dunlop发明了充气轮胎。以后一百年时间，随着汽车工业的发展，橡胶轮胎经历了数代产品的发展更新和进步，从棉帘线、人造丝到尼龙帘线的斜交轮胎，发展到当今的钢丝子午线轮胎。
: O7 d/ m( C2 k    充气轮胎的发明，促进了汽车的发展。因为充气轮胎缓冲吸震性能优秀，极大地减少振动，使操作安全性好，乘坐舒服，可以提高汽车的行驶速度。随着橡胶材料，配方技术，制造设备和制造工艺的不断进步，使轮胎的使用耐久性大大提高。如1900年，每条轮胎的行驶里程仅有800km；到了1978年，每条轮胎行驶里程已达到6万km；发展至21世纪，每条轮胎行驶里程已不低于14万km，甚至20万km。而汽车行驶速度随着高速公路的快速建设和投入使用大幅度提高，从几十km/h提高到100km/h，140km/h甚至达到200km/h。
    2、密封制品
6 m& C4 o4 S9 T1 w$ H    密封制品分O形圈、骨架油封和密封条三大类。O形圈和骨架油封是安装于发动机、齿轮箱、轿车主轴上和液压气压传动系统中，防止润滑油、液压油以及其他液体泄漏或气体泄漏，保证各部件体系正常运行，并且可防止外部杂质砂粒进入体系，影响机器正常工作。O形密封圈和骨架油封主要用于旋转轴或往复运动轴系的密封。骨架油封按结构可分为内骨架油封、外骨架油封、半外露骨架油封、封唇油封、带副唇油封和组合式油封等；按在汽车中安装部位可分为曲轴前油封、曲轴后油封、变速箱油封、凸轮箱油封、轮壳油封、半轴油封、气压导杆油封和减震器油封等。密封胶条主要用于汽车门窗、行李箱、发动机罩等部位与耦合件之间，起密封、挡风、阻雨、减震、隔音等作用。按结构可分为纯胶密封条（又可分为密实胶和海绵胶两种）和复合密封条（分两种橡胶复合、橡塑复合、橡胶/金属骨架复合条）。
    3、减震制品
$ Q+ D" B. V2 x, w1 L    橡胶减震制品主要安装于发动机、车身、空调和车厢悬挂系统。主要用于减缓汽车行驶时的震动和降低噪音，改善汽车操纵的稳定性、安全性和舒适性。随着汽车综合性能的不断提高，对橡胶减震制品的性能和质量提出更加严格的要求。主要是要求减震制品要有优良的阻尼减震、抗动态疲劳和耐久性。主要品种有空气弹簧，发动机后悬置垫，挠性联轴节以及各种橡胶衬套，衬垫等。
; A: n5 N$ f( \9 o1 ~! m    4、安全制品
    汽车用橡胶安全制品在汽车中起到制动可靠性，行驶安全性及人身安全等作用。制品主要有制动皮膜（隔膜），皮碗，刹车片，安全气囊等。
8 y: d! L; E' H+ [& j    制动皮膜和皮碗直接关系到汽车行驶安全，在汽车行驶中遇到意外时，使汽车迅速减速以至停车，保证车辆和人员的安全。安全气囊是在车辆发生事故受撞击时为车辆人员提供安全保障的橡胶制品。
9 e# G" w: d2 S5 {    5、胶管制品
3 L: Q5 a6 j  Z    胶管制品用于底盘、发动机和车身三大部位，用于输油、输气、驱动、控制、刹车、冷却和供暖七个系统的胶管，起供油、供气、供水和传递动力的作用。胶管品种有燃料管、输水胶管、制动软管、真空胶管、空调胶管、散热器胶管、动力转向胶管及异型分枝胶管。
    6、胶带制品
    胶带在汽车中主要用于传递动力和速度的作用，将动力从动力源传递到需要动力的地方。安装于冷却风扇，冷却水泵，刹车压缩机，助力泵和空调转向装置等系统。其品种分V带（包括普通V带和多楔带）和同步带（齿形带）。V带又分为切割带和包布带两种。V带的特点是速度高，传动功率大。同步齿形带用于汽车发动机配气点火用，其使用条件为速度高，传动功率大，温度也高。
( S/ T4 @1 b) y3 f    7、其他制品
    包括汽车用胶板（铺地胶板和挡泥板）、汽车用粘胶剂、密封胶、雨刷器胶条等，这些制品在汽车中发挥着各自的功能。如雨刷器胶条用于雨雪天气刮除挡风玻璃上雨雪之用，保证驾驶人员视线，正常操作和使车辆正常行驶。粘胶剂则用于汽车内饰材料的粘接和汽车底部的保护等。
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6 G& X! s7 `% |    三、我国汽车用橡胶制品的现状与发展趋向

    1、轮胎
    近年来，由于轿车进入家庭，刺激了我国汽车工业发展，同时也带动了汽车橡胶制品工业的发展，首当其冲的是橡胶轮胎。
    子午线轮胎是我国轮胎工业的发展方向，是国家重点扶持的产品。从2001年开始，我国国内轮胎制造厂都在围绕子午线轮胎进行基建和技改。2004年我国轮胎产量达到21000万条，其中子午线轮胎10960万条，子午化率达52％。除满足国内市场需求外，有近1/3产量的轮胎进入国际市场。预计2005年我国轮胎产量将达到23120万条，其中子午线轮胎13000万条，子午化率达56％。据预测，到2010年我国轮胎产量将达到30000万条，其中子午线轮胎21000万条，子午化率达70％。在汽车轮胎中子午线轮胎将占到85％左右，至2015年力争汽车轮胎子午化率达到95％。
& v2 Y: O$ p0 m& B    2004年我国轮胎耗用生胶量为220万吨，预计2005年耗胶量将达到243万吨，增长10.5％。其中天然橡胶约占56.6％，合成橡胶约占43.4％，合成橡胶主要是丁苯橡胶和顺丁橡胶（外胎），以及丁基橡胶、氯化丁基橡胶（内胎）。由于我国天然橡胶资源有限，今后发展方向会适当增加合成橡胶使用比例。
3 G7 b( l; `" @, y3 i% ^/ p    2、密封制品
    近几年，我国汽车橡胶制品行业通过引进国外先进技术、装备及技术改造，涌现出一批具有较大生产规模和较高专业水平的骨干企业，逐步形成一个比较完整的工业体系，可基本满足和适应我国汽车工业的需要。
    目前国内具有一定规模和水平的骨架油封厂约有30余家，总生产能力为2亿件左右。目前国内可生产包括内外骨架油封、耐压油封和主唇带回油线的流体动力学油封等多种结构的汽车专用骨架油封，可满足国内汽车市场需求。但由于汽车的高速化，燃油添加剂加入，使油封使用温度，耐介质性能及精度日益提高。如某些轿车曲轴后油封唇口线速度可达200米/秒，唇口温度可达250℃，原有油封的结构和材质已不适应使用要求。国外的汽车发动机部位油封普遍使用硅氟橡胶、丙烯酸酯橡胶和氟橡胶制造。NBR/PTFEF复合油封可使油封寿命达到4000－4500h，即行驶里程达到13万km－18万km。
    而我国汽车油封仍以丁腈橡胶为主，虽然少数厂家可生产氟橡胶、丙烯酸酯油封，但产量和质量跟不上汽车工业的需要，其使用寿命也不到10万km。高档轿车关键部位油封，如曲轴后油封、汽车导杆油封等仍依靠进口件，国产化率很低。对骨架油封而言，进一步提高胶料耐热性、耐动态疲劳性能和抗压缩永久变形性能，提高工装水平和自动化程度以及提高模具加工精度都是今后的任务。油封主体材料将广泛应用氟硅橡胶、氟醚橡胶、氢化丁腈橡胶和丙烯酸酯橡胶。我国密封胶条生产厂家有60余家，拥有多种汽车密封条生产线49条，总年生产能力为2亿万米。
2 B. b9 l) E2 b( w* o    密封条是近几年我国橡胶制品发展速度最快的行业之一，无论产量、产值或利润都有大幅度的增长，基本形成了一个专业化的体系。生产厂分别引进了意大利塞雅密封件公司的生产技术、装备和检测仪器，技术和产品质量相当于上世纪90年代国际水平，可以自行设计、开发产品，基本满足国内轿车工业需求。橡胶品种基本以三元乙丙橡胶为主。今后发展方向将采用TPE作密封胶条，用TPV作玻璃导槽以及采用多面植绒及挤出复膜新工艺。
    3、减震制品
' _6 ~  ]1 Q3 F) i6 d/ K    我国具有20多家具有相当规模的橡胶减震制品厂，其生产能力为7000万件左右，基本能满足国内汽车生产配套和维修替换之需。
    目前国外先进国家已成功开发出为为封液型减震器，电子控制减震器，扭转减震器等新一代的橡胶减震器，此类产品国内仍处于研制阶段。我国汽车减震制品仍然以使用天然橡胶，以及天然橡胶与顺丁橡胶或与顺丁橡胶的并用为主。材料发展方向应是三元乙丙橡胶、丁基橡胶等耐热性能好，阻尼性能优秀的胶种。开发更耐热、耐动态疲劳的新型减震材料及开发封液型减震器是我国今后应更大投入的研究课题。
# T0 Z* q& Z- d, x% y( }  b    4、安全制品
4 V; ~' D$ a* B    我国汽车用制动皮膜（隔膜）、制动皮碗的生产厂有30多家，经过多年来的改造，产品性能基本满足汽车工业的要求。国内所生产的高强度橡胶隔膜使用寿命已达到100万次的技术大关。皮膜生产能力为3500万件，隔膜生产能力为1500万件，主要使用的生胶为天然橡胶或天然橡胶与合成橡胶并用为主。今后应进一步开发应用三元乙丙橡胶和热塑性弹性TPE等高强度橡胶隔膜。
' _+ }, t3 S2 }+ \    我国的安全气囊的生产刚刚起步，生产厂家仅有6－7家，总生产能力约20万套/年。国家汽车安全法规定总重量在2.5吨以下的汽车（M1类）在上目录前必须进行碰撞试验，以后所有汽车都要达标，都必须配有安全胶囊。安全气囊一般以尼龙为骨架，采用氯丁橡胶制造。展望下一步发展方向是采用热塑性弹性体制造安全气囊。
    5、胶管制品
    汽车用胶管近年以25％左右的速度增长，国内有一定规模的汽车胶管厂有20多家，总生产能力达到2亿标米。以编织胶管和缠绕胶管为主，包括制动胶管和冷却水管在内的树脂复合胶管比例在增大；短纤维胶管因工艺简单、性能好受到重视。从橡胶材料看，已从过去单一胶种发展到内、中、外层采用不同胶种以适应不同工作环境条件，一般由2－3种不同橡胶复合而成。国内近几年汽车胶管发展已初具规模，不少企业引进国外先进技术和装备，产品质量有很大提高。但与国外相比仍有较大差距，中低档产品可以满足市场要求。高档产品如燃油管、薄型编织胶管、耐热管等仍然依赖进口。这类制品国产车配套率只达40％，高档车配套率仅为5－10％。橡胶材料除了使用丁腈橡胶外，还采用丁腈胶/聚氯乙烯共混胶，进一步还会应用氢化丁腈橡胶、氯醚橡胶、氯磺化聚乙烯和三元乙丙橡胶等。
* w% @5 L7 Q( z2 R    6、胶带制品
/ q$ }6 v" C: t( B; g+ Z1 q    我国轿车用传动带，特别是同步带的生产起步较晚。改革开放以后，一些合资企业为配合引进轿车国产化，先后引进国外先进技术和装备，开发相应的产品，基本上满足了轿车的需求；但产品质量和性能与国外同类产品相比仍存在一定差距。汽车用V形带的生产工艺已由切边带代替包边带。在用材料方面，国外主要以氢化丁腈橡胶为主；国内仍以氯丁橡胶为主，少数应用三元乙丙橡胶和氯磺化聚乙烯弹性体，氢化丁腈胶因价格太高无法使用，因此造成国产V带使用寿命仅为100h左右。国外V带可用18万km，可与汽车大修同步。汽车传动带生产厂家我国大约有300多家，生产能力为：V型带5亿标米，同步带2000万条。
/ S$ Z$ C# p4 q2 @    7、其他制品
# R# h0 [* M: u( {5 l2 [3 V    问题较多的产品是雨刷器，主要是噪音大，不耐磨损和刮水效率差。国外从材料、结构上都进行较深入的研究。如用三元乙丙橡胶、硅橡胶取代氯丁橡胶，胶料添加固体润滑剂，或进行表面喷涂耐磨材料等。我国在这方面已开始进行相关研究。
7 f1 Q# E  x! r' W+ e- z    汽车密封胶主要用于车体、车门钢板焊缝和连接件之间的密封。汽车用胶粘剂主要有PVC热熔胶、沥青底漆和氯丁胶粘剂。

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