我国是世界橡胶工业的大国,耗胶量连续8年为世界第一,2009年耗胶588万吨,为全球的26.5%。随着我国汽车工业2010年将无悬念地突破生产1700万辆,及高速公路、轨道交通的快速发展,预计2010年,我国橡胶消耗量仍将保持世界第一。
进入新世纪,我国橡胶工业总产值平均递增22%, 2009年为4775亿元,保持了平稳较快的发展。
随着全球低碳经济的兴起,“绿色制造”已经成为我国橡胶工业可持续发展的战略方针之一。加大产品结构调整,发展新兴产业,大力发展安全、节能、环保的原材料则是“绿色制造”的基础。
1 推动新型橡胶产业发展
1.1新型天然橡胶产业
天然胶是橡胶工业主要的原材料,根据国际橡胶研究组织预测,2010年全球橡胶消耗量2370万吨,天然橡胶产量将达到1020万吨,天然橡胶主要生长在赤道附近南、北回归线之间南北纬15度以内,而我国却创造了北纬18-24度大面积种植天然橡胶的奇迹,这项技术获得国家科技进步及技术发明一等奖。但毕竟受到自然条件的限制,我国天然胶的产量不太可能超过80万吨,2009年达到历年最高水平为63万吨,而总需求为270万吨,70%以上需要进口。因此,开发天然橡胶的新资源十分重要。
1.1.1促进杜仲橡胶产业的发展
杜仲胶是目前世界上除三叶天然橡胶之外唯一具有开发前景的天然橡胶资源,而目前我国杜仲的种植面积约35万公顷,占世界杜仲种植面积99%。根据我国的地理位置,适宜种植杜仲的面积约有1000万 公顷以上,发展潜力巨大。
杜仲胶的化学结构式是反式聚异戊二烯,常温下分子有序排列,有很好的记忆特性,与顺式结构的天然橡胶有所不同。并用杜仲的橡胶复合材料,在耐磨性、耐湿滑性、减震、降低滚动阻力方面都有良好的特性,可谓是补充天然橡胶的重要绿色化途径。
经过几十年的科研开发,杜仲橡胶的提炼技术取得重大进展。目前实现杜仲胶产业化的瓶颈仍然是加工提取成本高;实际上杜仲资源的优势不仅仅是橡胶,杜仲树浑身都是宝,它在医药、记忆材料、保健品和杜仲添加剂方面均有良好的应用前景,加上杜仲树的生长周期短,三年即可成材,它的种植对国家退耕还林,生态保护也有重大的意义。
2010年,中国橡胶工业协会已发出关于成立“推动杜仲产业化联盟”的倡议,将全力推动杜仲产业链的前端种植、提取和终端的综合利用,使其形成“战略性新兴产业”。
由于杜仲胶在性能方面的特点,合成杜仲胶即反式异戊胶的开发也取得重大进展,并曾获得国家技术发明二等奖,对降低滚动阻力,减少CO2排放有显著效果。据计算一吨反式异戊胶用于轮胎可节油10升,减少二氧化碳排放20吨左右。由国家轮胎工艺控制工程技术中心组织的3万吨/年反式异戊橡胶生产装置将于年内在山东莱州的第派新材料产业基地投产,为我国绿色轮胎制造提供了一个新的合成胶品种。
据悉,德国科学家最近发现蒲公英可望成为生产橡胶的植物,他们解决了蒲公英流出的胶乳不形成凝胶的关键技术,预计1公顷种植面积可获得500-1000公斤胶乳。
1.1.2集成橡胶
汽车工业对轮胎性能的要求是耐磨、高速、安全、节油和舒适,要满足这些性能要求,对轮胎胶料来说既需要高的耐磨性又需要低的滚动阻力和好的抗湿滑性能。而这三者在一定程度上是矛盾的。传统的方法是利用不同胶种的特点进行共混或改性,尽力满足性能要求;如利用天然橡胶的高强度、顺丁胶分子链的高柔顺性带来的耐磨和低滚动阻力、丁苯胶的分子链苯环的刚性带来较好的湿滑性能等。但这对加工应用,实现共混胶料的均一性等带来很大不便,通常采用几段混炼的方法,导致能耗很大。
近年来,通过分子设计以苯乙烯、丁二烯和异戊二烯为原料,以烷基锂为催化剂一次合成制得集成橡胶,简称为SIBR。其综合性能优异,可以很好的替代三段共混的材料,并可以大大节省能耗,又可以通过调节三种原材料的不同比例,控制聚合物化学组成,来满足轮胎各部位胶料的要求。目前开发的SIBR,玻璃化转变温度在-70℃左右,与天然橡胶接近,拉伸强度为16-20Mpa,适用于制造轮胎胎面胶料,并获得前述耐磨性、抗湿滑性和滚动阻力的良好平衡。美国固特异公司的SIBR已经产业化,商品名为:Cyber,三种单体的比列St/Ip/Bd为25 /50/25,广泛用于绿色轮胎。
由我国燕山石化公司开发成功的SIBR已通过中橡协材料研究检测中心评价,并在青岛赛轮公司进行了轿车子午胎试制,证明性能良好,且工艺性能完全满足加工要求。
集成橡胶的研发成功和产业化将是我我国合成橡胶工业从必然王国走向自由王国的重大成果。也是对橡胶加工工业节能、减排、绿色发展的重大贡献。
2 橡胶助剂工业的绿色发展
近十年来,中国橡胶助剂工业始终遵循依靠科技进步,以环保、节能、安全为中心,发展绿色化工的方针,行业获得可持续稳定发展;至2009年中橡协会员单位总产量59.5万吨,预计全国总产量达66万吨,占全世界总产的60%,如表1所示。预计2010年仍可以保持15%的速度递增。产品结构调整替代有毒有害物质,取得重大成效,目前已经形成了以绿色优秀品种为主导的橡胶防老剂、促进剂、硫化剂、特种功能性助剂和加工型橡胶助剂等五大类品种规格基本齐全的完整工业体系。
表1 近十年我国橡胶助剂产量(万吨)**
年份
名称 |
2001 |
2002 |
2003 |
2004 |
2005 |
2006 |
2007 |
2008 |
2009 |
防老剂 |
3.80 |
4.1 |
6.25 |
6.95 |
8.26 |
11.3 |
13.5 |
16.8 |
20.52 |
促进剂 |
7.20 |
6.6 |
8.35 |
9.30 |
13.8 |
16.39 |
19.5 |
21.33 |
23.21 |
不溶性硫黄 |
0.86 |
1.63 |
1.12 |
1.80 |
1.72 |
2.33 |
2.50 |
1.92 |
3.63 |
加工助剂* |
1.90 |
5.67 |
4.88 |
6.55 |
6.02 |
8.9 |
11.5 |
11.66 |
11.17 |
合计 |
13.76 |
18.0 |
20.6 |
24.6 |
29.8 |
38.9 |
47.0 |
51.7 |
59.5 |
年递增率% |
28.4 |
30.8 |
14.4 |
19.4 |
21.1 |
30.5 |
20.8 |
10.0 |
15.1 |
*含粘合体系助剂
**橡胶助剂专业委员会会员单位统计数据
除少数小品种产品如秋兰姆类TMTD、二硫代氨基甲酸盐类和塑解剂Sj-103等产品的替代还在进行之中,从产量结构来说绿色橡胶助剂产品产量已达到90%。2009年促进剂仍然是产量最大的品种,占橡胶助剂总产量约40%,其中超促进剂品种的产量约4万吨,防老剂产品占35%,加工助剂和功能性粘合剂稳定发展。
2.1全面实现橡胶助剂工业的清洁生产工艺技术
中国橡胶助剂工业虽已取得持续稳定的发展,并在全世界具有举足轻重的地位。但就中国和全世界范围来说实现橡胶助剂工业的清洁生产技术仍是行业发展的关键。
曾经在2004年获得国家科技进步二等奖的对苯二胺类防老剂中间体RT-培司的清洁工艺技术极大地带动了我国防老剂的生产水平,继2008年6月圣奥化工取得由Fecxsys公司在美国挑起的“337调查案”的全胜后,今年7月又一次战胜了Fecxsys在美国俄亥俄州挑起了诉讼,捍卫了自主知识产权,确保了我国RT-培司,防老剂4020生产技术的国际领先水平。
我国自主研发的硅烷偶联剂生产技术全封闭工艺路线和钴盐粘合增进剂生产技术也已列入世界前茅,并获得国家科技进步二等奖。
2.1.1促进剂M的清洁化生产工艺
当前,我们需进一步攻克的是促进剂M的清洁工艺技术,这一技术的突破也将极大地带动我国促进剂行业发展,不仅将我国带入促进剂生产的世界先进行列,也是全世界橡胶助剂行业要解决的热点。
促进剂M在国际上是1925年美国固特异公司开发的,称“苯胺法”工艺。我国自1952年也开发成功,在相当一段时间内是国内外非常重要的促进剂,可用于各种通用橡胶。它不仅是一种有效的噻唑类促进剂,还是次磺酰胺类等迟效性优良品种促进剂的原料,年产量15-20万吨,其中70-80%用作其它促进剂原料或医药中间体。
目前国内采用的苯胺法,是以苯胺、二硫化碳和硫黄为原料,在高温、高压下合成制的粗M,再将粗M精制而得。精制的方法有酸碱法和溶剂法等,大多数企业采用酸碱法精制,从而产生大量废水、废气、废渣。废气主要是H2S,近年来开发的克劳斯炉氧化法可将H2S获得治理,并能回收硫黄,废渣主要进行综合利用,最大的问题是废水;通常1吨促进剂M的产成品将产生30-40吨含盐有机废水,COD含量在4000mg/L以上,治理非常困难,虽然很多企业通过技术改造,使废水含量有所下降,条件好的可降至20吨以下,但仍然是大问题。因此,促进剂M的清洁工艺和废水治理成了橡胶助剂行业的重中之重。该技术的关键是:(1)通过反应动力学研究,催化体系的调整,提高反应收率、降低三废排放。目前,有的企业已经将收率从85%提高到95%。(2)开发溶剂法精制路线替代酸碱法,杜绝含盐废水的产生,合理选择溶剂是关键。
在“十一五”国家科技支撑计划“橡胶助剂清洁生产工艺和特种功能性产品开发”的基础上,已向国家继续申报关于促进剂M清洁生产技术的“十二五”科技支撑计划项目,组织了行业主要企业进行联合攻关,预计用2-3年左右的时间将达到实现促进剂M的清洁生产工艺,建成5万吨/年示范性生产线,并在全行业进行推广。
2.1.2次磺酰胺类促进剂的氧气、双氧水氧化工艺的推广
次磺酰胺类促进剂主要以NS和CZ为主导产量,2009年全年产量9.8万吨,占促进剂总产量46%。其合成方法均是以促进剂M为原料,与其他不同基团的胺类物质反应,然后氧化制得。其氧化反应是关键,多数企业采用次氯酸钠、氯气、硝酸钠为氧化剂,产生大量含盐有机废水;如促进剂NS,用这种常规的氧化方法,每吨产成品将产生含盐有机废水8-10吨。因此,改造氧化工艺,采用最有效的氧化剂氧气或双氧水进行氧化反应,可杜绝含盐有机废水产生。而且全过程的用水量大大减少,是一种清洁生产工艺,当然这个工艺的安全配套措施十分重要,目前有不少企业已经采用这一技术,急需进一步完善并在全行业推广应用。
2.1.3不溶性硫黄的气化法一步生产工艺
不溶性硫黄与普通硫黄不同,为聚合硫。我国七十年代已经开发成功两步法生产工艺,实现了我国不溶性硫黄从无到有的突破。这个方法也称水法,即将硫黄气化后用水进行淬火冷却,再用CS2萃取产物中的可溶性硫黄,进行过滤清洗,制得不溶性硫黄。但这种产品现在称为普通不溶性硫黄,随着子午线轮胎胶料性能和工艺性能的要求,普通不溶性硫黄的热稳定性已经不能满足需求,具体测试指标是在120℃下加热15分钟,不溶性硫黄的保持率要在40%以上。目前我国大多数普通不溶性硫黄在105℃X15min下不溶性硫黄的保持率可达到70-80%,但在120℃下却急骤下降。
“十一五”国家科技支撑计划将高热稳定性不溶性硫黄生产技术的开发列入国家计划,研制单位开发一步法生产工艺,取得重要进展,已建成万吨级生产装置,该工艺技术的成功和推广将逐步结束我国子午线轮胎用高热稳定性不溶性硫黄大量需要进口的状态。
采用特殊的高聚物材料将普通硫黄进行包覆,在加工温度下将硫黄释放进行硫化,可达到不溶性硫黄的使用效果,从而替代不溶性硫黄,该技术成为人们关注的热点,它的开发将是硫化剂新产品的重要创新。
2.1.4预分散橡胶助剂的清洁生产工艺
将大量粉状橡胶助剂预分散在少量高聚物载体中,制成预分散母胶粒的技术是橡胶助剂的最终产品和在下游产品中应用的清洁工艺组织部分。同时也是橡胶助剂产品剂型的重大改造。
该项目也被列入“十一五”国家科技支撑计划,目前万吨级装置已基本建设成功,产品畅销国内外。
我国轮胎企业炼胶工艺大多采用密炼机多段混炼,能量消耗大。一种新的低温连续混炼工艺正在行业中进行推广,该工艺采用多台开炼机串并联作业,使胶料在密炼机排料后直接在较低温度的多台开炼机上混炼并添加促进剂、硫黄等材料,这种工艺大大节约能耗,提高胶料的物理性能,提高生产效率。而在开炼机上需添加的材料必须采用预分散造粒剂型,以克服开炼机带来的粉尘飞扬。
预分散橡胶助剂的开发成功和推广应用导致我国橡胶助剂剂型的重大更新,大大提高我国橡胶助剂的整体竞争力,更有利于产品国际化。
上述四种清洁工艺技术的开发和实施,将使中国橡胶助剂工业真正成为世界橡胶助剂的强国和领头羊,也是我国橡胶助剂行业“十二五”的重要发展目标。
2.2其他需要替代的新品开发
2.2.1超促进剂TMTD等品种的替代
近年来,次磺酰胺类大品种促进剂NOBS被NS等产品成功替代,仅超促进剂TMTD、TMTM及氨基甲酸盐类ZDC等产品由于亚硝胺的问题尚在逐步被替代,他们的主要替代品是TBZTD(二硫化四苄基秋兰姆)和TiBTM(一硫化四异丁基秋兰姆)。五氯硫酚类化学塑解剂在欧美等国已停止使用,其主要替代品是DBD(2,2′-二苯甲酰氨基二苯基二硫化物),我国也已开发成功。
2.2.2关于含多环芳烃(PAHS)芳烃油的替代
橡胶油是橡胶加工过程重要的软化剂,在橡胶制品中所采用的石油系橡胶油中主要包括芳烃油、环烷油和石蜡油。芳烃油是指芳香烃的碳原子数占整个油的碳原子数20-30%以上的油品,芳烃油的加工性能好,用量大,其消耗量占我国橡胶工业中石油系软化剂的77%,橡胶加工行业的年需求量超过20万吨。
但芳烃油中含有多环芳烃,特别是其中苯并芘(Bap)、苯并(e)芘(Bep)、苯并(a)蔥(BaA)、屈(CHR)、苯并(b)荧蔥(BbFA)、苯并(j)荧蔥(BjFA)、苯并(k)荧蔥(BKFA)和二苯并(a,h)蔥(DBhA)等8种,有强的致癌性和对人体其他危害。
欧盟2005/69/EC法规对多环芳烃进行限制,规定从2010年1月1日起一般消费品中8种多环芳烃含量不得超过10mg/kg,其中Bap的含量<1mg/kg。
据此,环保芳烃油的研究开发引起了极大重视,粘度、苯胺点和闪点是表征芳烃油流动性、物理性能、挥发性和加工性能的重要指标,在选择油品时必须认真考核这些指标,如以德国汉圣公司汉堡生产的环保芳烃油VICATEC500为例,其粘度(100℃)/(mm2.s-1)为19.6,闪点( ℃)为271,苯胺点( ℃)为68。美国太阳公司和德国汉圣公司在我国宁波合资成立了新达洋公司,经营德国汉圣集团公司的环保芳烃油,也是我国轮胎企业环保芳烃油的主要供应商。我国中石油、中石化、中海油等企业和青岛海佳化工、长春大成公司、山东天源化工有限公司等橡胶助剂企业也在大力开发同类产品,可望能尽快满足轮胎工业的需求。
2.2.3关于氧化锌的减量和替代使用
氧化锌是重要的硫化活性剂,自1912年人们发现氧化锌有硫化活性作用以来一直沿用至今。目前,我国橡胶工业年消耗氧化锌达18万吨以上。但由于世界锌资源的压力,价格不断提升,同时欧盟2003/105/EC法规已将氧化锌划为对环境有害的物质清单中,我国对氧化锌的生产也进行了限制。米其林公司曾提出减少氧化锌用量50-80%的目标。因此,近年来研制环境污染少的活性高的硫化活性剂,降低氧化锌用量已成为重要课题。
目前国内研制成功的减量使用氧化锌有以下产品:1.纳米氧化锌;由于纳米氧化锌有粒径小和比表面积大(≥45㎡/g以上)的特点,使有效锌含量增加,可起减量效果,但纳米氧化锌在纯态和橡胶中的团聚倾向必须得以解决,才能真正发挥其效果。2.纳米化无机填料载锌技术;该技术通过特殊的制备工艺将锌离子吸附在纳米无机填料的载体上,使其在硫化过程中充分发挥每一个锌离子的活化作用,减少氧化锌的用量可达50%以上。3.有机锌化合物;制备有机锌化合物如双甲基对苯二甲酸二锌、丙烯酸锌等产品,可直接等量替代氧化锌。有机锌与普通氧化锌相比具有锌含量、重金属含量低,密度低,防老化性能好的特点。
3、低滚动阻力炭黑和高分散白炭黑的开发
随着橡胶工业的发展,我国已成为炭黑、白炭黑的生产和消费大国,2009年炭黑生产量283万吨,白炭黑产量75万吨。
汽车行驶中,轮胎对整车滚动阻力的贡献最大达20-30%,米其林公司数据表明轮胎滚动阻力下降20%,每百公里二氧化碳的排放量降低400g,每辆汽车每年可节省燃油23升。如全国轿车都使用低滚动阻力轮胎,每年能降低油耗41万吨以上,减少二氧化碳排放300万吨以上。可见绿色轮胎的节能、环保意义之大。而轮胎胶料中,除生胶外,炭黑、白炭黑等补强材料所占比例最大,达到30%左右。因此,它们对降低滚动阻力的影响具有重要意义。
3.1低滚动阻力炭黑
低滚动阻力炭黑属世界上第四代炭黑,是世界炭黑生产技术上一个新突破,目前欧美等国的低滚动阻力炭黑已占炭黑总量的20-30%,采用低滚动阻力炭黑与普通炭黑的胎面胶相比,可降低轮胎滚动阻力10%左右,节油3%,且可使轮胎有较低的发热,改善轮胎的使用性能,延长使用寿命。
我国已开发了DZ系列和HM1107低滞后性能的炭黑品种,并在子午线轮胎中获得应用,但生产规模尚小,应加快发展。
3.2高分散白炭黑
1974年白炭黑首先被德国人用于轮胎胎面胶中,1992年法国米其林将大量白炭黑用于轿车轮胎胎面,制造了第一代节能环保轮胎,称为“绿色轮胎”,绿色轮胎的滚动阻力比普通轮胎的下降20%左右,并具有生热低、耐撕裂和抗湿滑性好的特点,从此,白炭黑作为橡胶补强材料在高性能轮胎中应用不断取得的进展。但由于白炭黑粒子细、易飞扬、易聚集等特点,不易在橡胶中分散,限制了白炭黑的应用。近年来,针对这个情况罗地亚和法国德固萨公司先后开发了易分散和高分散白炭黑,使白炭黑在橡胶中的用量不断增加,以100份生胶计,高分散白炭黑用量可达50份,甚至80份,对绿色轮胎降低滚动阻力、提高抗湿滑和耐磨性作出了贡献。胎面胶采用大量白炭黑是二十世纪来轮胎生产中的重要成果之一。与普通白炭黑相比,高分散白炭黑的比表面积大,氮吸附值可达165±10㎡/g,粒径小,平均粒径D50为2.5μm,多数粒子粒径小于1μm,很少有超过20μm的粒子。
白炭黑的分子式为SiO2?nH2O,它的结构及聚集特点决定其分散性,白炭黑聚集体可视作多空结构物质,白炭黑的孔体积(孔容)的测定,是白炭黑在橡胶中高散度的重要表征,白炭黑在橡胶中的分散度也可用炭黑分散度测定仪进行检测。我国已开发成功以HCSIL-833MP为代表规格的高分散白炭黑,其性能和使用效果与国外同类产品相当。高分散白炭黑的研制成功是我国白炭黑行业的重大成果,必将为扩大白炭黑的使用和我国绿色轮胎的发展起重大的促进作用。因为白炭黑只有实现高分散效果才能扩大在轮胎中的用量,体现低滚动阻力、耐湿滑性能和高耐磨性的优点。表2是白炭黑分散度对耐磨性能的影响。
表2 白炭黑分散度与耐磨性的指标
|
白炭黑分散度,% |
耐磨指数 |
普通白炭黑 |
71 |
100 |
易分散白炭黑 |
88 |
105 |
高分散白炭黑 |
97 |
120 |
低碳轮胎将拉动白炭黑的发展,预计至2015年全球白炭黑的消耗量将达到210万吨。届时,我国白炭黑将达到120万吨,超过全世界50%以上。高分散的白炭黑的需求将更大幅度提高。就轮胎工业的应用,炭黑面临白炭黑的挑战。
3.3炭黑工业节能减排新工艺
我国是世界上制造炭黑最早的国家,1950年四川隆昌建设槽法炭黑装置开始计,我国炭黑工业经历了六十年发展历程,特别是进入新世纪以来,炭黑工艺以装置大型化,技术环保优先为主要目标,开发了一些列新技术和新设备,在绿色生产方面提高到一个新的水平,炭黑原料油的消耗和综合能耗大幅度下降。2009年比2000年炭黑产品的原料油单耗下降了15%,炭黑单位产品的综合能耗下降了70%。并推广湿法造粒新工艺,大大改善了生产条件,提高了产品质量。今年我国已开发成功4万吨/年规模的生产装置,装置大型化将具有更明显的节能效果。
总体来说,节约能源、保护环境仍然是炭黑工业实现可持续发展的关键,我国炭黑企业仍在致力于改进生产工艺、降低原料消耗、降低烟尘排放、减少SO2的排放,并逐步实现炭黑污水的零排放,不断实现清洁生产。
4橡胶骨架材料
4.1芳纶骨架材料显著的轻量化效果
新世纪,橡胶骨架材料产品结构调整取得显著成效,随着我国子午胎的发展,2005年钢帘线成为第一大骨架材料,并快速提升,涤纶帘布(HMLS)增长较快,锦纶生产基本平稳,略有下降。2009年,钢帘线产量92 万吨,锦纶25 万吨,聚酯8.6 万吨,总产量180万吨,同比增长16%。
在20世纪50-80年代,尼龙和聚酯代表了合成纤维的先进技术,进入新世纪,芳纶材料成为橡胶用高性能纤维材料的代表。
芳纶可以分为对位芳纶和间位芳纶两类,分别用于轮胎、输送带、高强线绳、防弹衣、头盔和航天、航空、体育用品等。
芳纶与目前轮胎用骨架材料钢丝、涤纶、锦纶等相比,具有强度高、变形小、热收缩低、高耐热和蠕变极小等优点(如表3);其强度是钢丝的5-6倍,模量是钢丝的2倍,相对密度仅为钢丝的1/5,分解温度为560℃,既具备合成纤维弹性,又具备钢丝的刚性。
世界主要汽车轮胎生产商都在关注芳纶在汽车轮胎中的应用,特别是采用芳纶帘线作为骨架材料的生产超轻、超薄和低滚动阻力子午线轮胎。
表3 几种骨架材料主要性能对比
|
芳纶 |
尼龙66 |
聚酯 |
钢丝 |
密度g/cm3 |
1.44 |
1.14 |
1.38 |
7.85 |
分解温度℃ |
500 |
255 |
260 |
1600 |
强度MN/tex |
2000 |
830 |
840 |
345 |
伸长率% |
4.0 |
18.3 |
14.5 |
2.0 |
初始模量N/tex |
55 |
5 |
10 |
26 |
吸湿后强度变化 |
几乎不变 |
降低 |
稍降低 |
不变 |
“十一五”期间,广州华南橡胶轮胎有限公司承担了国家科技部攻关项目,分别在60、65、40系列轿车子午胎胎体和冠带层中采用芳纶帘布和芳纶与锦纶或涤纶复合的帘线作为骨架材料,取得了显著的效果,成品轮胎重量明显下降,滚动阻力平均下降12.8%,体现了显著的节能效果,轮胎耐久性和高速性能均有大幅提高。特别是芳纶和锦纶复合帘线的推广应用取得了显著效果。芳纶短纤维的应用领域也不断拓宽;山东玲珑轮胎、北京首创轮胎、华南轮胎、双星轮胎、四川海大轮胎和青岛赛轮等企业的实验和应用实践,为国产芳纶材料的开发应用做出了重大贡献。在此基础上,国家科技部安排了适宜在轮胎工业中应用的国产对位芳纶(1414)的技术攻关,“十二五”芳纶复合材料在轮胎和橡胶制品中的应用重大863项目正在启动。
有新消息报导,贝卡尔特公司正与杜邦公司联合开发一种新型的复合帘线,这种复合帘线结构中芳纶纤维芯被钢丝帘线包复。这种复合帘线强度特别高,可在一些要承担高负荷的工程机械轮胎、矿山轮胎和高强度输送带中应用,可大大降低粗钢帘线的重量,提高骨架材料与橡胶复合材料的动态粘合和疲劳性能。大幅度降低轮胎滚动阻力和输送带运载阻力,这一技术是一种节约能耗绿色制造的新路子。
4.2高性能聚酯PEN(聚萘二甲酸乙二脂)
高性能聚酯骨架材料PEN与目前轮胎工业中采用的高模低收缩HMLS聚酯材料相比有更高的强度,更高的模量和良好的耐疲劳性,非常适宜作为乘用子午胎的骨架材料。它的尺寸稳定性减少了轮胎的变形,改善了轮胎的均匀性,提高轮胎的高速性能和操纵性,降低轮胎行驶过程的滚动阻力和公路噪音,意大利倍耐力公司1999年成功开发了这类材料并在轮胎工业中获得应用,日本帝人公司也开发了同类产品,相继在日本普利斯通公司和世界主要轮胎企业获得应用。我国骏马集团与东华大学正联合开发PEN工业丝和浸胶帘帆布,可望尽快在轮胎、管带等产品中获得应用,是性价比合适的新型高性能聚酯骨架材料。
5 橡胶材料资源化利用
我国是世界耗胶第一大国,轮胎产量第一大国,也是废旧橡胶的产生大国,但橡胶资源十分匮乏,约50%以上需要进口。解决橡胶资源供需矛盾、缓解废旧橡胶带来的环境压力,实现橡胶材料资源化利用,发展循环经济,已经成为我国面临的一项重要而紧迫的战略任务。
废旧橡胶的主要处理方式有三种:(1)再生橡胶的生产和利用(2)胶粉的生产和利用(3)翻新轮胎。
近年来,我国再生胶和胶粉的发展明显增长,已达到废旧橡胶总利用率的80%,而轮胎翻新没有显著增长,但平均而言,轮胎的翻新总量不足10%
5.1再生橡胶
在循环经济和低碳经济的推动下,我国再生橡胶行业坚持科学发展和绿色环保的理念,形成了具有自主知识产权的、具有中国特色的再生橡胶生产新技术。产量已由建国初期的1500吨发展至2009年的250万吨。并用于轮胎等橡胶制品各个领域,成为我国全年耗胶588万吨以外的重要橡胶资源补充。
二十世纪九十年代,我国成功开发了“废橡胶动态脱硫新工艺技术”并在国内全面推广,取得了显著成效。从根本上改变了我国再生胶行业污染严重的状态。近年来,开发的新工装、新技术主要包括新型感应加热装置代替再生罐传统的导热和电阻热传导方式,大大减低高能耗和建设投资;开发了高速比1:2.16的高线速精炼机,大大提高了生产效率和产品质量;开发了生物法、物理法尾气的治理装置,根本上解决了生产过程产生恶臭和脱硫尾气的治理问题;开发了生产过程的DCS程序控制技术,使生产线盒环保配套,实现了智能化全程控制。至2009年全行业达到了减排15%的目标。
预计2010年,我国再生胶产量将达到270万吨,将遵循“再生橡胶行业清洁生产水平评价标准”和“废橡胶综合利用产品生产能耗评价标准” ,实现“十二五”期间节能20%、减排25%的目标。
5.2硫化胶粉
胶粉可以说是新一代再生胶产品,是废橡胶循环利用的手段之一。目前,全世界硫化胶粉的产量已达100万吨,且用途不断扩大。我国胶粉生产企业和相关装备企业有50余家,但胶粉产量较低,自开发成功常温粉碎制造精细胶粉的设备以来,我国硫化胶粉生产有了一定发展。2009年产量25万吨,预计2010年可达30万吨,为废旧橡胶的综合利用开辟了良好的渠道。
上世纪80年代,我国开始将60-80目胶粉用于轮胎胎面胶,实践表明采用50-10份废旧轮胎硫化胶粉在胎面胶中有助于降低生热,改善加工性能,而胶料的总体物性基本保持不变。近年来,采用活化剂使胶粉表面活化,扩大了胶粉在各类橡胶制品中的应用。在国外,胶粉的另一重要用途是改性沥青,用于公路建设,提高了路床的使用寿命,和抗车撤性,缩短车辆刹车距离,对于低噪音公路建设效果更显著。
我国自上世纪80年代起,也开始用废旧轮胎胶粉改性沥青修筑公路,并研制成功用于胶粉改性沥青防堵塞的喷洒机,为胶粉改性沥青的的使用提供了配套的条件。
我国四川省正在建设废旧橡胶综合利用工程技术中心。据悉,自贡高技术产业园区于2010年5月开始建设废旧轮胎胶粉改性沥青产业化项目,投资8亿元,该项目建成后可形成40万吨改性沥青、12万吨精细胶粉,每年可处理废旧橡胶20万吨。项目实施将大大推动我国精细胶粉的生产和应用。
5.3轮胎翻新
我国是世界轮胎产量第一大国,也是废旧轮胎产生的大国,2009年废旧轮胎量达1.6-2亿条。但我国轮胎翻新率低,翻胎企业的技术装备水平也大大落后于发达国家。近年来,在循环经济国策的推动下,我国翻胎企业的发展进入快车道;目前我国预硫化翻新新技术已基本取代了传统热硫化翻新技术,翻新胎的里程大大提高,甚至与新胎相当。而价格仅新胎的一半左右。轮胎翻新预硫化设备国产化率已达95%以上。 “十一五”和“十二五” 国家均将翻胎新技术开发列入国家科技支撑计划,有力的推动我国翻胎工业的发展。由于看好中国的大市场,国外很多大企业也已投资于中国翻新轮胎,新胎生产企业也逐步提倡轮胎全生命周期的一条龙生产与服务。我国翻新轮胎事业必将加速发展,既防止废旧轮胎对环境造成污染,又促进资源化综合利用,实现循环经济、推动行业可持续发展。