与橡胶工业关系密切的高新技术-技术分享-聊城宝和化学科技有限公司11

新材料主要是指最近发展或正在发展之中的具有比传统材料更优异性能的一类材料。与橡胶工业较密切的新材料主要有以下材料：金属纤维、纳米级无机非金属材料、玻璃纤维、新型工程塑料及合金、纳米级有机高分子材料、功能高分子材料、聚烯烃及改性材料、特种合成纤维、特种橡胶及密封、阻尼材料、生物医用高分子材料、可降解性高分子材料、高分子材料防老化及再生技术、树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳基复合材料等。

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，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，橡胶补强助剂将向纳米材料发展。

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，至今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（TPE）得到了很大发展，另外液体橡胶、集成橡胶等也取得进展。

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，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，其产量在上世纪60年代年均增长率曾高达16%，进入90年代稳定在7%，1998年产量达到114万吨，2000年达到170万吨，2011年达到约450万吨，预计2015年将达到560万吨。热塑性弹性体进入了稳定发展时期。

世界上已工业化生产的TPE几乎涵盖了现在合成橡胶与合成树脂的所有领域。TPE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，胶鞋用和汽车用热塑性弹性体是大头，分别占到60%和30%；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便于回收的优越性，已使其在材料领域获得极大成功。同时，愈来愈多的橡胶界专家针对其耐温性、耐动态疲劳性比较差展开了大量开发工作，并有了可喜的进展。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化方向前进了一大步。聚丙烯弹性体采用釜内合金技术已实现工业化生产，而且已经应用于汽车上。相信不久的将来，一种完全能取代橡胶的高性能热塑性弹性体一定会出现，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问题。

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，是革新橡胶工业最根本的途径，它使复杂的固相加工改为简单的液相加工，砍去了笨重庞大的工艺加工设备，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，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，用聚氨酯橡胶生产自行车胎、实芯胎、工业轮胎及农用轮胎等慢速轮胎，经久耐用、颜色鲜艳，深受用户欢迎。近几年，华南理工大学对聚氨酯轮胎胎面进行了大量研究开发，关键技术取得很大进展，已建成聚氨酯轮胎胎面的子午胎生产线，产品可降低滚动阻力，节油效果显著。

“分子制造”使新材料发展更迅速，使低成本制造分子成为可能。集成橡胶是通过分子设计，以苯乙烯、丁二烯和异戊二烯为原料，以烷基锂为催化剂，一次合成制造的新型橡胶SIBR，该胶可以调整三种单体的比例，以满足轮胎不同部位的要求。该胶已开发成功，可以用于绿色轮胎制造，应用前景看好。

杜仲胶具有橡塑二重性、优良的共混性及独特的集成特性，不仅可以部分替代天然橡胶，而且可以通过对合成橡胶改性从而生成综合性能优异的橡胶集成材料。杜仲胶的吸声、减震和记忆功能是独有的，是极具发展潜力的新兴军用、医用橡胶材料。杜仲大产业的发展已经具备了技术基础。2006年青岛科大方泰材料工程公司年产500吨TPI建成投产，其产品经上海双钱等轮胎厂应用，制造全钢子午胎取得成功，为建设万吨级TPI工业化装置奠定了基础，其在轮胎上的应用成功也佐证了杜仲胶的巨大应用前景。在杜仲橡胶的应用推广方面，可先行在军工、医用等特殊橡胶制品领域进行推广应用，在此基础上进一步加大在轮胎领域的推广应用，并拓展在塑料改性、输送带等领域的推广应用。一旦应用研究获得突破，我国杜仲产业将产生飞跃式发展。

骨架材料 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，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。近年来欧洲出售用全芳纶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。超高分子量聚乙烯纤维和碳纤维等高性能增强纤维和橡胶工业关系密切，是骨架材料更新换代的材料。目前，国内在这些新型骨架材料方面的开发应用已取得突破，必将促进橡胶产品用骨架材料升级换代。

橡胶助剂 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。橡胶补强助剂重要的发展趋势是向纳米材料发展。

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，用大量白炭黑生产的轿车胎，滚动阻力下降20%左右，节油4%-6%。随着高分散、易分散白炭黑品种的开发应用，白炭黑得到快速发展，预计2015年全球白炭黑消耗量将达到210万吨，我国将达到120万吨。

纳米碳酸钙是少数几种实现工业化的纳米材料之一，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。粒经小于20nm的碳酸钙，其补强作用与白炭黑相当。

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%。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。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。

低滚动阻力炭黑是世界炭黑生产技术的一大突破，应用在轮胎上，可以降低滚动阻力10%左右，节油2%-3%，并可降低轮胎生热，延长使用寿命。（李伟）