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 浅谈21世纪世界橡胶工业发展趋势

世界橡胶工业的生产技术是向着两极的方向发展。一方面是追求低成本化(包括提高生产效率,使用廉价原材料),使产品结构简易化、工艺直流化;另一方面是进一步走向高性能化(包括提高特性,增加功能),减少不均一性差异,使质量得到彻底保证。归纳起来即:提质降耗,高性能低成本。

 
1、新原材料的开发。目前在橡胶工业中,轮胎对天然橡胶的依赖性依然很大,使用比例在不断回升;而工业制品则是天然橡胶不断减少,树脂用量明显增加,因而急需开发新一代能满足上述要求的合成橡胶。

    1) 开发一种能完全取代天然橡胶的合成橡胶。由于高分子设计技术取得了突破性进展,现已出现了可调分 子量的溶聚丁苯橡胶,并成功地用在了轮胎上,实现了轮胎材料的又一次革命。这种橡胶的产量正不断扩 大,将来有可能超过传统的丁苯橡胶。有的科学家又在重新致力于新的合成天然橡胶研究,以打破天然橡胶 的垄断地位。

    2) 热塑弹性体(TPE)。热塑弹性体(TPE)同时兼具橡胶的物理机械性能和塑料工艺加工的双重性格,是 完全改性的新一代合成橡胶,已开始取代一部分传统合成橡胶,发展前景看好。目前,全球热塑弹性体的产销量已超过1.2×106t,占橡胶产销量的8%以上,现在,许多工业制品以及胶鞋等都开始大量使用TPE材料, 每年以7%~8%速度飞快发展,2010年可达2.5×106t以上。

    TPE使橡胶制品生产工艺大为简化,废料可以回收利用,又能减少混炼电能,已成为取代传统橡胶的理想材料。缺点是耐热性低,一般不超过80℃~100℃,滞后损失也大,因而扩大发展受到较大限制。

    3) 液体橡胶。液体橡胶是革新橡胶工业工艺根本的途径。它使复杂耗能的固相加工改为简短的液相加工,省去了笨重庞大的工艺加工设备,大大简化了成型工序,使材料混合与成型硫化实现一体化。

    液体橡胶中引人注目的是聚氨酯弹性体,产量已达100多万吨,其中鞋类和微孔弹性泡沫材料分别耗用30多 万吨,弹力纤维1×105t。现已成功地用在胶带、胶管、胶辊等不少橡胶制品上。近年来,人们用其大量生产 自行车胎、实心胎、工业轮胎及农用轮胎等慢速轮胎。它们经久耐用,并可着成各种颜色,改变传统橡胶制 品多年黑色一贯制局面。缺点是成本价格始终降不下来,作为骨架用时的机械强度还无法同纤维材料相比。

    4) 利用高强度橡胶加入新的刚性大的补强填料,以达不用纤维骨架的目的。这也是当今橡胶工业研究开发的又一方向。它的好处是,可以充分利用现有生产设备,使产品结构简化,降低成本,提高竞争能力。类似的研究还有:保持有规律构性、采用交互聚合、光聚合等高新技术的延伸结晶性橡胶等等。

    2、新工艺的开发。当前橡胶工业新工艺的开发研究,主要集中在成型和硫化上面。在成型方面,着重解决减 少工序和精密加工问题。研究实施压延、压出精密化、材料复合化,进而做到成型简易化和一体化。例如轿 车轮胎、编织胶管、钢绳运输带的成型自动生产线。硫化方面的研究方向是,设法与成型联动结合,实施成 型、硫化上下工序一体化、连续化。现已实现的有胶管、胶带、避孕套、手套自动生产线。新工艺开发的主要措施方向为:
(a)用PLC、CPU控制全过程,实现橡胶加工计算机化、设备自动化、产品高精度化、生产调控自由化。(b)用射线硫化、微波硫化、油载体硫化以及超声预加热硫化等方式,缩短硫化时间,改进产品质量性能。(c)通过电机高性能化、传动机构高效化,使橡胶加工机械进一步自动化、小型化和功能化,逐步达到省资源、省场地的目的。(d)使用小型传感技术、激光技术、IT技术等检查胶料、半成品和制成品的质量规格、外观缺陷,检测现场生产环境,监测生产线安全和事故报警。

    具体到橡胶产品来说:(a)轮胎生产技术的要点是以成型为中心,实现部分自动化和精密化,并在进一步降 低成本的基础上,使轮胎更趋高性能化、结构简单化和轻量化。(b)运输带和传动带以工艺机械化为方向, 达到省力、省人的目的,力争压延、成型、硫化联动化,并通过使用高性能、多功能材料简化产品结构, 降低成本,达到环保节能的要求。(c)对胶管来说,小口径胶管(5~50mm)主要是实现从胶料混炼到成型乃至硫化全过程的生产一条龙,大口径胶管(200~900mm)是设法摆脱手工作业,减轻劳动强度和提高生产效 率。(d)胶布和其它大型工业制品(如胶辊、护舷、抗震器件等)是通过机械化流水、机械手操作,以节省人力和提高效率;通过推行系统控制和仿真技术,使质量的均一可靠性和使用寿命得到保证。

展望混炼的新工艺,出路在于橡胶新材料的出现和现有材料形态的改变。例如:(a)开发新的液体橡胶,采 用液体混合方法;(b)研究新的粉末橡胶,改用粉体混合方法;(c)预先在天然橡胶园、合成橡胶生产厂内,在乳胶状态湿法制成炼胶,再进行混炼;(d)配合剂事先造粒,使之易于均匀分散,缩短混炼时间,提高胶料质量;(e)使用相溶化剂,改善橡胶、塑料混合的相溶性,改进炭黑与聚合物的结合性,使混炼质量均匀;(f)使乳胶混合方法(胶体磨、球磨机)扩大利用在橡胶工业上,扩展纳米材料的应用。

    3、新产品的开发。21世纪橡胶工业新产品的开发,大体上朝着以下几个方面发展:一是换代范围迅速扩大; 二是更新速度日趋加快;三是技术含量不断提高;四是功能特性日臻齐全。产品结构呈现出调整改革的局面。

    1)环保型产品。开发环保型橡胶产品已成为21世纪橡胶工业技术发展的重中之重。例如,减少废气排放的 低燃料轮胎,乘座舒适的低噪声轮胎,保持生态环境的绿色轮胎,防止物料飞扬的封闭式输送带,阻止石油 海上污染扩散的拦油栅,以及高速公路、建筑构筑物减少噪音扩散的隔音板等。

    2)安全型产品。现已成为橡胶工业技术开发的新方向。如保护司机的汽车安全气囊,轮胎出现爆破后仍可 继续行驶的安全轮胎,控制井下火灾的自动停机阻燃输送带、阻燃胶管和导风筒及电工用的各类绝缘用品。

    3)节能型产品。重点发展的有节油轮胎、节能带、农田灌溉节水胶管、保水地膜胶片,以及其它节油、节 电、节水用的制品等。

    4)高性能产品。高性能化是橡胶工业产品升级换代的重要标志。轮胎方面受推崇的为高速抗湿滑、行驶 低滚动阻力和无噪声振动三位一体的高性能轮胎、智能轮胎。胶带方面有无声高速带、无级变速带;胶管方 面有高脉冲胶管、超高压胶管,以及其它高性能橡胶产品等。

    5)多功能型产品。除了前已提到的功能性材料之外,作为制品还有胶鞋、避孕套等一系列生活用橡胶制 品。已开发的有:除胶鞋外现已从日常生活必用品、劳保用品、体育用品正迅速向旅游休闲品、时装艺术 品、医疗保健品、运动竞技品方向发展。新近开发的品种如磁热保健鞋、加药医疗鞋、静电避雷鞋、红外保 温鞋、充流体运动鞋、气垫鞋、计算机跑鞋、夜光鞋、行水鞋、音乐鞋、飞行鞋等等,品种样式达千种之 多。避孕套方面,随着全世界性病、爱滋病的泛滥,控制世界人口和计划生育的深入,各种新品种避孕套不 断涌现,并出现了女用避孕套。

    6)高附加值产品。主要是技术含量很高的一些高新技术橡胶材料,主要有:感光橡胶、导电橡胶、磁性橡 胶、亲水橡胶、形状记忆橡胶、生体橡胶,其种类可达20多种以上,并且还在继续开发新的多功能性橡胶。

    7)新领域橡胶产品。橡胶工业产品在建筑、海洋、沙漠开发中的发展潜力很大,今后将会不断扩大。

    建筑领域发展抗震橡胶。已从原来国家要害部门、指挥系统迅速扩大到高层民用建筑、公用建筑, 产品日渐大型化。还有在铺路沥青中掺入SBS橡胶或硫化胶粉,在混凝土水泥中混入乳胶、微细胶粉等。

    海洋开发领域主要是各类探测、钻探及采油、输油等用的巨型胶管,直径已超过1m。沙漠领域除沙漠轮胎之外,还有更多防沙、保水橡胶器材正在开发。

    4、现有传统产品的低成本化开发。世界各国的橡胶工业都在努力通过不断降低成本来维持生产,保持低的利润。(a)研究使用廉价、易得、体轻的原材料;(b)优化设计,简化产品结构;(c)减少工序,提高生 产效率;(d)减少工艺损耗,节约原材料;(e)加强科学管理,提高产品合格率;(f)产品轻巧化、小型化、长寿化。

    总之,对现有生产产品逐步实现低成本化,也是技术开发工作的一个重要方向,今后橡胶工业将加快淘汰落 后的、无利亏损以及没有竞争力的产品及耗能大、污染严重、没有发展前途的老产品。市场上多年严重饱和的斜交胎、平型传动带、夹布胶管等产品,将逐步退出历史舞台。

    对我国众多的老橡胶企业来说,必须要不断地改进设计技术、制造技术,尤其是管理计划和使用技术,产品 在市场上才有竞争力。

    5、生产废料回收和废旧橡胶物资再生利用的开发。为适应21世纪的要求,解决当前社会环境污染和现有资源 不足的严重问题,各国橡胶工业对生产过程中产生的废料回收和废旧橡胶制品的再生利用都十分重视,展开了一系列开发研究。

    一是对橡胶工业生产中出现的各种废料采取下列一些措施:(a)研究设计不产生废料的工艺;(b)对不可避免出现的废料,设法做到100%的回收利用;(c)广泛使用焦烧防止剂,控制炼胶、压延、压出工艺出现自硫胶。对偶尔产生的自硫胶用新的化学塑解剂塑化,加工成返回胶使用;(d)对硫化过程中出现的边角废料 和废品全部实现再生利用,制成简易再生胶或作为热能燃料利用。

    二是大力回收利用社会上的废旧橡胶物资。目前,在轮胎方面主要有:

(a)原形利用。有同等使用价值的,制成翻新轮胎。有别种使用价值的供做非机动车辆、渔礁、交通标志等 其它用途。(b)材料利用。研究用各种机械粉碎法、化学活性法、生物分解法加工制成各类厘米级的胶块, 毫米级的胶粒以及微米级的胶粉。分别用于体育场馆、田径跑道,橡胶工业用的再生胶和活性胶粉,塑料改性,建筑用铺装材料、防水材料、水泥改性材料,还有农业上的植物保水剂、土壤疏松剂等。(c)热能利 用。将废旧橡胶燃烧或热裂解、除利用其热能外,回收分解油、炭黑及金属等多种有用物质。总之,未来的 橡胶工业将向着没有废料、不产生污染、资源能循环利用的方向发展。


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