未來橡膠新材料發展(下)

刊登日期:2017/3/22
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林國權/工研院產經中心

JSR提出未來汽車工業將會出現三大挑戰,分別為:(a)天然資源的匱乏與環境保護、(b)數位化與通訊及(c)社會高齡化。而JSR根據這些挑戰點,開發了四樣技術,分別為:(1)能夠實現更薄或更輕重量部件的超高強度彈性體,(2)耐生物燃料的彈性體,(3)用於駕駛員輔助系統和自動駕駛汽車的電磁波吸收彈性體,(4)汽車傳感器的導電彈性體。而這些新材料需要聚合、配方、聚合物合金和加工等技術來輔助。

(1) 能夠實現更薄或更輕重量部件的超高強度彈性體:
對於全球環境的永續和減少環境汙染等問題,如何有效地利用石化能源是非常重要的,在這方面低燃料消耗技術是汽車工業中最大的挑戰之一。在輪胎工業中,需要使用更薄和更輕的輪胎來實現該目標。此外,隨著電動車EV的最新發展,預期在輪胎工業中這種趨勢將持續增強。

高強度彈性體是用於這種挑戰的解決方案之一,天然橡膠(NR)通常被認為是高強度彈性體的代表,科學家已知NR的應力誘導結晶有助於強度的提升;丙烯-丁二烯交替共聚物(PBR)也具有應力誘導結晶性,然而,由於缺乏立體規整度,與NR相比PBR僅表現出較弱的結晶性。JSR研究發現,新的催化劑設計能夠良好控制PBR的立體規則,開發的新型PBR表現出應力誘導結晶和超高抗拉強度,預期這種新的PBR能應用至輪胎。

(2) 耐生物燃料的彈性體:
以生物乙醇做為燃料的產品正在引入全球油品市場,作為減少二氧化碳的解決方案之一。然而,常規用於燃料軟管的NBR/PVC對於生質燃料卻有無法耐燃料油滲透性的缺點。在燃料油中約20%的乙醇含量下,可以觀察到NBR/PVC的最高燃料油滲透性。因此,開發生物燃料抗滲透性彈性體是必需的。JSR開發了NBR的新接枝聚合物,利用聚合物鏈的強相互作用,實驗證實這種新開發的NBR接枝聚合物顯示比常規材料有更低的燃料油滲透性(圖八所示)。特別是約20%的乙醇含量,滲透性接近常規材料滲透性的60%。

 

圖八、新型接枝NBR的生質油滲透性低於傳統常規NBR測試結果
圖八、新型接枝NBR的生質油滲透性低於傳統常規NBR測試結果

(3) 用於駕駛員輔助系統和自動駕駛汽車的電磁波吸收彈性體:
未來汽車朝向開發無人駕駛的技術發展,在毫米波雷達(防撞系統)必須要有強的電磁波吸收材料來避免其發生事故,因此有開發電磁波吸收彈性體的需求(吸收完整電磁波,確保資訊上不會產生錯誤計算)。

傳統上,常使用介電材料或炭黑的填料,然而,由於需要較高的填料比例以實現足夠的性能,因此不容易獲得更薄和更輕的化合物。JSR開發了新型彈性體能精確地排列各項異性填料,使得填充料的比例不用太高即可呈現出高的電磁波吸收(如圖九該材料在76.5GHz處特別表現出高的電磁波吸收),用於前端遠程雷達並具有更薄的厚度。

 圖九、76.5GHz處特別表現出高的電磁波吸收,可應用於前端雷達
圖九、76.5GHz處特別表現出高的電磁波吸收,可應用於前端雷達
 
日本橡膠製造協會也指出未來橡膠產業將要面臨三大挑戰,第一是---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

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