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范仁德:充分利用高新技术提升橡胶工业
2012-11-30 来源:中国聚合物网
关键词:橡胶工业 新技术 节能 环保 绿色橡胶产品

    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。

信息化技术的应用

    《第三次工业革命》一书作者杰里米•里夫金(Jeremy Rifkin)认为,第三次工业革命为可再生能源+互联网技术,将在21世纪从根本上改变人们的生活和工作。制造业数字化将引领第三次工业革命,智能软件、新材料、灵敏机器人、新的制造方法及一系列基于网络的商业服务将形成合力,产生足以改变经济社会进程的巨大力量。可以肯定,第三次工业革命的灵魂是信息化。

    信息化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,在现代化的橡胶厂内无处不在,大大提高了工作效率和工作质量。

    产品设计、工艺控制等电脑化  FEA(有限元分析)法设计产品结构,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。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、轮胎胎面缠绕机数控系统、轮胎硫化计算机自动控制系统、轮胎成品计算机管理系统、数字化鞋业生产系统(制鞋业CAD/CAM集成技术)等。

    轮胎企业信息化管理系统  很多软件公司与轮胎企业结合,致力于轮胎企业全方位信息化管理,开发了多种能满足企业内外部各层次、各部门资源信息管理需要的平台。如软控历经十年,开发完成轮胎企业“操作系统”——MES系统,实现了企业、工厂、车间、工序、机台、销售、物流、市场信息化的集成管理和控制,创造了轮胎产业的一种新型管理模式。信息化的作用不仅是实现了社会效益和企业的利润,更大的作用在于提高了企业和操作人员的素质,提高了整个社会的素质。信息技术不仅正在改造和提升轮胎行业,而且正在创造一个全新的轮胎行业。

    销售方式电子商务化(电商)  电子商务是一种全新商务形式,它作为经济全球化和信息网络化的产物,无疑代表着未来贸易方式的发展方向。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、原材料采购和产品销售以及用户服务。美国通过互联网销售的轮胎占其销售总额的20%左右。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,将有力的降低企业成本,提高经济效益。如海宁中国轮胎城采取电商与传统代销相结合,集仓储、物流、结算、售后服务为一体,是一种全新的现代轮胎销售模式,具有潜在的发展前途。

光机电一体化技术和机器人技术的应用

    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,在自动化生产方面取得了重大进展。

    现在世界上约有1000万个机器人,其中工业机器人100万个,主要在日本、德国和美国工作。机器人的市场产值近200亿美元,预计发展到2025年将达到570亿美元。2010年中国工业机器人的年装机量为8500台,预计到2013年达到16500台。2011年,中国机器人的保有量已达到17万台,未来可能突破100万台。

    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。如米其林、固特异、倍耐力、普利司通、大陆等公司已在轮胎生产中普遍应用。日本东海公司的减震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。

    软控科捷机器人公司开发成功多项应用机器人的轮胎生产工序生产线,巨轮模具已经开发成功应用机器人制造轮胎模具和液压轮胎硫化机机器人操作。

    机器人生产的成本不会增加,只需维护费用,相对中国劳动力不断上涨的趋势,自动化的成本是可控的。中国作为一个制造业国家,远期目标不能建立在劳动力价格优势之上,不仅因为其他发展中国家也在打这张牌,而且中国的生产成本也会逐渐上升。更重要的是,新兴的数字化制造业不需要大量劳动力在车间进行密集型生产,意味着廉价劳动力算不上一个特别显著的优势。

    典型的光机电一体化技术和机器人技术在橡胶工业的应用实例如:全自动化轮胎生产线,胶管、密封条等成型、硫化连续生产线,全自动高精密橡胶制品生产线,电子辐照预硫化轮胎胶片生产线。

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(liu)
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