全球拉響能源危機(jī)的警報,節(jié)能減排成為汽車行業(yè)刻不容緩的使命。在這一背景下,電動化已是大勢所趨。在電池能量密度沒有大范圍突破的情況下,整車重量的降低能有效提升電動車?yán)m(xù)駛里程,直接促進(jìn)電動車的普及度。
電動車輕量化領(lǐng)域,一個普遍的觀點是,實現(xiàn)電動車輕量化有三大途徑,即輕量化材料應(yīng)用、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和先進(jìn)制備工藝。電動化時代下,材料供應(yīng)商承擔(dān)起更重要的角色,輕量化已不僅僅是錦上添花而已,而是企業(yè)面臨的前所未有的挑戰(zhàn)。近期,本刊記者采訪到阿朗新科中國技術(shù)服務(wù)和應(yīng)用開發(fā)經(jīng)理馮偉軍和阿朗新科中國技術(shù)經(jīng)理陳民杰博士,聽聽他們講述阿朗新科如何通過三大途徑賦能電動車輕量化,以及公司在挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存的行業(yè)新常態(tài)中如何立足。
01
輕量化材料應(yīng)用——車用橡膠的創(chuàng)新
阿朗新科的優(yōu)勢領(lǐng)域在于合成橡膠,公司對于自身的立足之本理解透徹。陳民杰指出,更輕、更環(huán)保的理念對車用橡膠材料提出了更高的要求。目前,阿朗新科橡膠材料已多方位應(yīng)用于電動汽車零部件的制造,包括輪胎和其它非輪胎汽車零部件。比如三元乙丙橡膠(EPDM),氫化丁腈橡膠(HNBR),乙烯-醋酸乙烯酯橡膠(EVM),丁腈橡膠(NBR),以及氯丁橡膠(CR)。
除了動力電池、車身、底盤等大部件外,輕量化其實涉及到電動汽車的方方面面??此撇黄鹧鄣能囉孟鹉z,也起到了不容忽視的作用。例如,傳統(tǒng)的由硫化膠生產(chǎn)的汽車密封條,其密度一般在1.25g/cm3左右。而新型的基于EPDM生產(chǎn)的熱塑性動態(tài)硫化橡膠(TPV),也可以用來生產(chǎn)汽車密封條,其密度只有0.95g/cm3左右,TPV密封條減重可達(dá)20%以上。阿朗新科還有一款生物基EPDM,采用可再生的甘蔗材料制得,可以用來生產(chǎn)TPV,符合環(huán)保的理念。此外,TPV密封條的斷面更小,也有利于汽車的輕量化。
另一項能夠體現(xiàn)阿朗新科創(chuàng)新力的則是對汽車電線材料的活用。汽車電線是汽車電路的網(wǎng)絡(luò)主體,其絕緣層一般采用PVC材料。隨著汽車電氣化的發(fā)展,電子控制技術(shù)的普遍應(yīng)用,電氣件越來越多,電線也會越來越多,線束也就變得越來越重。PVC材料有一定的阻燃效果,但是PVC電線在燃燒時會有濃黑的煙霧和有毒的鹽酸氣體,不是環(huán)保的阻燃材料。阿朗新科有一款乙烯-醋酸乙烯酯橡膠(EVM),可以作為電線的絕緣材料,替代PVC。EVM硫化橡膠的比重1.2g/cm3,小于PVC絕緣材料(1.5g/cm3)。更具前瞻性的是,EVM是一種無鹵阻燃材料,可以生產(chǎn)無鹵阻燃電線,更加環(huán)保。
02
結(jié)構(gòu)優(yōu)化——輪胎材料的輕量化設(shè)計
“與傳統(tǒng)汽車相比,電動汽車所采用的電氣化動力系統(tǒng)會帶來超高的輪胎扭矩和極速性能,因而要求橡膠材料有更加優(yōu)異的強(qiáng)度和韌性?!瘪T偉軍解釋道。
阿朗新科中國技術(shù)服務(wù)和應(yīng)用開發(fā)經(jīng)理馮偉軍
電動化時代,整車的動力不再局限于發(fā)動機(jī)的性能,電機(jī)數(shù)目的疊加或功率增加使得普通電動車也具備優(yōu)異的運(yùn)動性。因此,輪胎必須進(jìn)一步提升干抓,濕抓性能和操控性能。作為輪胎胎面主要合成膠的溶聚丁苯,需要進(jìn)一步的官能化改性以提高輪胎抓地性能。而作為胎側(cè)主要合成膠的順丁橡膠將會主要關(guān)注高新能釹系順?。∟dBR)以提高模量的同時降低生熱。而對輪胎更優(yōu)異的耐久性需求,必然要求輪胎氣密層的丁基膠性能更佳。
阿朗新科對電動汽車輪胎的結(jié)構(gòu)優(yōu)化體現(xiàn)在其優(yōu)異的輕量化輪胎材料解決方案。首先,通過使用缺氣保用輪胎,從整車設(shè)計上可去除備胎輪輞總成,為汽車帶來近30kg的減重,并在后備箱留有更大空間以備電池的安裝和排布。其中稀土順丁橡膠/NdBR因其優(yōu)異的低生熱和高模量,因而在缺氣保用輪胎的胎側(cè)支撐膠中應(yīng)用是必不可少的。
其次,低滾阻是電動車行駛里程的關(guān)鍵影響因素。輪胎的胎面一般貢獻(xiàn)了輪胎滾阻的50%。稀土順丁/NdBR是滾阻最低的橡膠,通過使用NdBR和改性溶聚丁苯/FX-SSBR復(fù)合白炭黑填料的胎面配方,能為輪胎帶來極致的低滾阻,因而帶來更長行駛里程。
除此之外,輪胎在長期使用,會逐漸失壓而導(dǎo)致輪胎滾動阻力急速上升,從而影響電動車的行駛里程。通過使用阿朗新科優(yōu)異的鹵化丁基橡膠/HIIR來獲得杰出的輪胎氣密性,從而將失壓率降到最低是保證電動車行駛里程的關(guān)鍵。
03
先進(jìn)制備工藝——深入電池研發(fā)
動力電池堪稱電動汽車的“心臟”,其能量密度、穩(wěn)定性、安全性對整車來說至關(guān)重要,電池也占據(jù)整車相當(dāng)一部分重量,因此對輕量化提出了越來越硬性的要求。迎合全球電池領(lǐng)域未來幾年強(qiáng)勢的增長趨勢,阿朗新科也在積極投入電池研發(fā)。目前,阿朗新科在全球共有兩個電池實驗室,一個位于中國常州,一個位于德國多馬根。
隨著阿朗新科常州橡膠技術(shù)中心(RTC)全新升級的電池實驗室投入使用,公司在汽車電池方面的測試與研究能力將得到大幅提升,可更高效地為客戶提供創(chuàng)新服務(wù)與輕量化的解決方案。
陳民杰介紹,電池活性材料對水極度敏感,而常州電池實驗室具備高度干燥的實驗環(huán)境(23℃條件下,室內(nèi)相對濕度在0.1%以下),可保證出色的電池制備和測試能力。在這里,阿朗新科的技術(shù)專家們將進(jìn)行電池漿料的制備和流變性能評估,電池的制備(電池漿料的涂覆、電池的干燥、輥壓和切割),以及電池的最終制備和性能評估。尤其是動力電池的輕量化方面,提高電池連接工藝、提高單個電芯的能量密度、采用高容量材料等措施都對電動車減重有一定的幫助。因此阿朗新科也在不斷設(shè)計、測試并推出創(chuàng)新解決方案。
阿朗新科中國技術(shù)經(jīng)理陳民杰博士
04
挑戰(zhàn)和機(jī)遇并存,中國市場是中堅力量
對于電動化帶來的變革,陳民杰坦言,由于燃油發(fā)動機(jī)的占有率將逐步下降,燃油膠管和耐油密封件的需求將越來越少,這直接影響到NBR和HNBR等耐油橡膠的需求。然而,有挑戰(zhàn)的同時,也有機(jī)遇。電動汽車的電線使用量大大增加,這給EVM這一無鹵阻燃橡膠材料帶來機(jī)遇。EVM可以替代PVC生產(chǎn)無鹵阻燃電線。電動汽車對電池的要求也越來越高,HNBR可用于電池的生產(chǎn),提高電池性能。
“電動化和智能化還將加速綠色輪胎的推廣,同時對輪胎輕量化和低維護(hù)提出更高要求,這將推動改性溶聚丁苯橡膠(Fx-SSBR),釹系順?。∟dBR)和高性能鹵化丁基橡膠(HBIIR)更加廣泛地使用。”馮偉軍補(bǔ)充道。
面對電動化帶來的挑戰(zhàn)和機(jī)遇,阿朗新科“與綠色同行”的理念推動公司持續(xù)投入研發(fā)和創(chuàng)新。尤其中國市場,在阿朗新科的全球布局中占據(jù)重要地位。盡管全球經(jīng)濟(jì)及橡膠行業(yè)正經(jīng)歷各種挑戰(zhàn),中國市場仍然保持穩(wěn)定。以中國市場為中堅力量的亞太區(qū)銷量,貢獻(xiàn)了阿朗新科超過1/3以上的全球銷量。阿朗新科看好中國市場的長期發(fā)展,對中國市場的未來增長充滿堅定信心。
近年來,阿朗新科加快在中國本土投資建廠的步伐。常州三元乙丙橡膠(EPDM)工廠于2015年正式投產(chǎn),總投資7.33億美元,設(shè)計產(chǎn)能16萬噸;南通丁腈橡膠(NBR)工廠是阿朗新科與臺灣臺橡集團(tuán)的合資企業(yè),于2012年正式投產(chǎn),總投資1.1億美元,初始年產(chǎn)量為年產(chǎn)3萬噸,專注為區(qū)域市場提供優(yōu)質(zhì)的丁腈橡膠(NBR)。此外,頂尖的橡膠測試中心——阿朗新科橡膠技術(shù)中心 (RTC)也坐落于常州EPDM工廠,整合了阿朗新科的橡膠加工與混煉、物理性能測試和化學(xué)分析能力,擁有中國目前同類綜合性橡膠實驗室中最具高科技含量的設(shè)備。
結(jié)語
電動化浪潮下,電動汽車輕量化會成為未來行業(yè)持之以恒的焦點,其具體內(nèi)容也會隨著新技術(shù)的出現(xiàn)而不斷豐富。作為材料解決方案供應(yīng)商,阿朗新科的核心使命是通過優(yōu)質(zhì)材料改良、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化和制備工藝革新三大途徑,以與時俱進(jìn)的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品創(chuàng)新,滿足不斷升級的汽車輕量化發(fā)展需求。