油品:汽車的“美味佳肴”
在汽車工業(yè)100多年的歷史中,汽油和柴油始終是其主打燃料。可以說(shuō),沒(méi)有汽油也就沒(méi)有汽車。隨著我國(guó)煉油工業(yè)的高速發(fā)展,汽、柴油產(chǎn)量持續(xù)迅速增加,為汽車工業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)勁的動(dòng)力。
目前,我國(guó)原油加工能力穩(wěn)居世界第二位。2010年,我國(guó)原油一次加工能力已經(jīng)達(dá)到4.77億噸,其中成品油產(chǎn)量達(dá)到2.53億噸。同年,我國(guó)汽車等消耗的成品油數(shù)量為2.45億噸。從數(shù)量上來(lái)說(shuō),我國(guó)的成品油產(chǎn)量基本能夠滿足汽車等的需求量。
提高成品油質(zhì)量,生產(chǎn)清潔油品,是我國(guó)煉油工業(yè)一直以來(lái)的發(fā)展重點(diǎn)。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái),為了配合汽車工業(yè)的發(fā)展速度,我國(guó)油品生產(chǎn)不斷加快質(zhì)量升級(jí)步伐,用不到10年的時(shí)間走過(guò)了歐美國(guó)家20~30年走過(guò)的道路。
繼1997年實(shí)現(xiàn)了汽油的無(wú)鉛化后,2003年我國(guó)又在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)施了新的汽、柴油國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),將汽油硫含量從2000ppm降到800ppm,柴油硫含量從5000ppm降到2000ppm,并對(duì)汽油中苯、烯烴和芳烴等雜質(zhì)含量首次提出了限制要求。又經(jīng)過(guò)短短2年,從2005年7月1日起,我國(guó)的汽、柴油硫含量進(jìn)一步降至500ppm;到2010年7月,我國(guó)的汽油硫含量已降到150ppm,柴油硫含量已降到350ppm,達(dá)到超清潔燃料水平。2009年底,國(guó)內(nèi)車用汽油全部達(dá)到國(guó)Ⅲ標(biāo)準(zhǔn);2010年,國(guó)內(nèi)車用柴油全部達(dá)到國(guó)Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)。上海為了迎接世博會(huì)的召開(kāi),已從2009年10月23日起將車用汽油標(biāo)準(zhǔn)從國(guó)Ⅱ直接過(guò)渡到滬Ⅳ。
近年來(lái),隨著傳統(tǒng)能源供應(yīng)日趨緊張、溫室氣體減排壓力不斷增大,發(fā)展車用替代燃料已經(jīng)成為世界共識(shí)。目前,我國(guó)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的車用替代燃料包括:液化石油氣、天然氣、醇類燃料、二甲醚和生物柴油等。
車用液化石油氣(LPG)的主要成分是丙烷和丁烷,辛烷值高,燃燒速度快,抗爆性能好,使用成本低于酒精、汽油、柴油等,一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)等有害物的排放量也低于汽油,能基本消除黑煙和顆粒物,降低發(fā)動(dòng)機(jī)工作噪音。
車用天然氣的主要成分是甲烷,有壓縮天然氣(CNG)和液化天然氣(LNG)兩種。車用天然氣化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定,可燃成分高,熱值高;辛烷值高,抗爆性能好;著火溫度高、范圍廣。與使用汽、柴油相比,排氣污染顯著降低,尾氣中碳?xì)浠衔铮℉C)下降90%左右,CO下降80%左右,NOx下降約40%。
醇類燃料主要是甲醇和乙醇,具有辛烷值高、汽化潛熱大、熱值較低等特點(diǎn)。作為汽車燃料,醇類燃料自身含氧,在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒中可提高氧燃比,CO和HC的排放較汽、柴油低,幾乎無(wú)碳煙排放;另外,由于汽化潛熱高,可降低進(jìn)氣溫度,提高充氣效率,使最高燃燒溫度低,發(fā)動(dòng)機(jī)NOx排放較低。
2009年,我國(guó)燃料乙醇產(chǎn)量已達(dá)170萬(wàn)噸,乙醇汽油占全國(guó)汽油總消費(fèi)量近20%。車用燃料甲醇和車用甲醇汽油兩個(gè)國(guó)標(biāo)已在2009年11月1日、12月1日分別正式實(shí)施,浙江、山西等地已開(kāi)始著手推廣使用。
生物柴油是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及動(dòng)物油脂、餐飲垃圾油等為原料油,通過(guò)酯交換工藝制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。目前,我國(guó)生物柴油技術(shù)已取得重大成果:海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和福建卓越新能源發(fā)展公司都已開(kāi)發(fā)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù),并相繼建成了規(guī)模超過(guò)萬(wàn)噸的生產(chǎn)廠。2010年11月,車用生物柴油已率先在海南省一些加油站投入使用。
橡膠配件 : 汽車的“功能細(xì)胞”
一輛汽車除了輪胎之外,還有許多汽車橡膠制品,主要包括膠管、傳動(dòng)帶、密封制品、減震橡膠及安全制品等。平均每輛汽車需要的橡膠配件達(dá)100~200種,數(shù)量有200~500個(gè)之多,其耗膠量在15~60千克。汽車橡膠制品的花費(fèi)約占汽車總成本的6%。
汽車橡膠制品雖然都是小配件,但是作用卻很大。以膠管為例:燃油管、空調(diào)管要求耐滲透性好;制動(dòng)膠管要求具有高脈沖性,耐高壓性;水箱膠管要求耐熱性好。隨著人們對(duì)汽車性能、乘坐舒適性、操縱穩(wěn)定性等要求的日益提高,橡膠配件尤其是橡膠減震件在汽車中的用量在逐年上升。
我國(guó)是世界膠管生產(chǎn)大國(guó),年產(chǎn)膠管超過(guò)6億標(biāo)米,產(chǎn)品包括各種結(jié)構(gòu)、規(guī)格和性能的鋼絲增強(qiáng)橡膠軟管、纖維增強(qiáng)橡膠軟管、樹(shù)脂軟管、夾布膠管、特種用途膠管和純膠管等。我國(guó)汽車膠管生產(chǎn)企業(yè)約有50家,產(chǎn)品不但能夠滿足國(guó)內(nèi)汽車制造企業(yè)的需求,在國(guó)際市場(chǎng)上也占據(jù)一定份額。汽車膠管的橡膠原材料應(yīng)用幾乎囊括了所有合成橡膠,如氯丁橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、丙烯酸酯橡膠等。近年來(lái),特種橡膠在汽車膠管中的使用不斷增加,如氟橡膠、聚丙烯酸酯橡膠、氫化丁腈膠、氯醇橡膠、硅橡膠等。
我國(guó)輸送帶年產(chǎn)能超過(guò)3.5億平方米,V帶年產(chǎn)能約25億A米,均列世界第一。我國(guó)的汽車傳動(dòng)帶產(chǎn)量基本滿足了轎車配套需要,產(chǎn)品包括高性能齒型切邊V帶、多楔帶及同步帶,同時(shí)開(kāi)發(fā)了雙面多楔帶、同步帶。繼氯丁橡膠得到廣泛應(yīng)用后,三元乙丙橡膠和氫化丁腈橡膠也被成功應(yīng)用于汽車傳動(dòng)帶的生產(chǎn),提高了膠帶的耐熱和耐疲勞性。此外,片基平帶和各種窄V帶等的發(fā)展也很迅速,產(chǎn)量和質(zhì)量同步提高。
汽車用骨架油封安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、車橋、汽缸等部位,主要防止被密封介質(zhì)(氣體、液體)滲透及外部異物進(jìn)入機(jī)體。“十一五”期間,我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展了為發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、氣門配套的高檔油封,材質(zhì)上采用了丙烯酸酯橡膠、丁腈橡膠及聚四氟乙烯等高性能材料,結(jié)構(gòu)上推廣了外露、半外露組合骨架和流體動(dòng)力油封,滿足了汽車對(duì)高速、高溫油封的要求。
汽車密封條被廣泛用于車門、車窗、車身、天窗、發(fā)動(dòng)機(jī)箱和后備箱等部位,具有隔音、防塵、防滲水和減震的功能,保持和維護(hù)車內(nèi)小環(huán)境,從而起到對(duì)車內(nèi)乘員、機(jī)電裝置和附屬物品的保護(hù)作用。
近年來(lái),為提高汽車的安全性、舒適性和操作性,汽車用減震橡膠制品的品種和數(shù)量不斷增多,一輛轎車上減震橡膠制品的數(shù)量已達(dá)50~60件。汽車減震橡膠制品包括發(fā)動(dòng)機(jī)支座、懸掛構(gòu)件、橡膠彈簧、橡膠空氣彈簧和碰撞橡膠防護(hù)件等。由于使用的部位不同,采用的膠種也不同。2010年,全國(guó)汽車減震橡膠制品的需求量(不包括維修市場(chǎng))高達(dá)3.6億只。
塑料:汽車的節(jié)能法寶
作為能源消耗大戶的汽車工業(yè),在全球低碳經(jīng)濟(jì)大潮中面臨的挑戰(zhàn)不言而喻。而以塑代鋼,增加塑料在汽車中的用量、擴(kuò)大應(yīng)用范圍,從而實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化,是汽車工業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的最佳解決方案。
汽車的輕量化,就是在保證汽車強(qiáng)度和安全性能的前提下,盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量,從而提高汽車的動(dòng)力性,減少燃料消耗,降低排氣污染。數(shù)據(jù)顯示,汽車的自身重量每減輕1%,可節(jié)油1%;汽車運(yùn)動(dòng)部件每減輕1%,可節(jié)油2%。一般塑料的比重為0.9~1.5,纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的比重也不會(huì)超過(guò)2.0,而金屬材料的比重,鋼為7.6、黃銅為8.4、鋁為2.7。顯而易見(jiàn),塑料是汽車輕量化的首選材料。一輛行駛總里程為15萬(wàn)千米的汽車,如果總重量的7.5%由塑料替代,在其使用過(guò)程中就可節(jié)省大約1000升的燃料。
塑料不僅可以實(shí)現(xiàn)汽車輕量化,降低燃料使用成本,還可降低制造成本,提高車輛安全性能。塑料可以回收,能節(jié)省汽車制造過(guò)程中的資源消耗,并且用塑料部件代替昂貴的有色金屬及合金材料部件,可提高動(dòng)力,能適應(yīng)惡劣環(huán)境,實(shí)現(xiàn)汽車的安全性和制造成本一升一降。目前,發(fā)達(dá)國(guó)家已將汽車塑料占比作為衡量汽車設(shè)計(jì)和制造水平的一個(gè)重要標(biāo)志。
塑料在汽車上的應(yīng)用,按功能分為內(nèi)飾件、外裝件和功能結(jié)構(gòu)件三大類。保險(xiǎn)杠等外裝件以塑代鋼,可以減輕汽車重量,達(dá)到節(jié)能的目的;儀表板、座椅、頭枕等內(nèi)飾件對(duì)安全、環(huán)保、舒適性能的要求較高,采用可吸收沖擊能量和振動(dòng)能量的彈性體和發(fā)泡塑料來(lái)制造,可減輕碰撞時(shí)對(duì)人體的傷害,提高汽車的安全系數(shù);燃油箱、發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤(pán)上的零件等功能結(jié)構(gòu)件,則多采用高強(qiáng)度工程塑料或特種工程塑料,來(lái)達(dá)到減輕重量、降低成本、簡(jiǎn)化工藝的目的。此外,耐高溫、耐油的聚酰胺結(jié)構(gòu)部件、能滿足車身在線噴涂要求的塑料面板材料、以及能讓視野更開(kāi)闊、設(shè)計(jì)更靈活的聚碳酸酯車窗材料,更是大受汽車生產(chǎn)商青睞。
除了通用塑料和工程塑料,生物塑料也開(kāi)始應(yīng)用于汽車制造。目前已有150多萬(wàn)輛福特汽車使用了大豆聚氨酯材料,馬自達(dá)混合動(dòng)力車的座椅也應(yīng)用了耐熱型生物塑料。
新能源車已經(jīng)成為汽車未來(lái)主要的發(fā)展方向之一。由于電動(dòng)車或者混合動(dòng)力車僅動(dòng)力系統(tǒng)就可能額外增加200千克的重量,所以新能源汽車對(duì)輕量化的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)汽車。目前一些公司已經(jīng)提出用高性能聚酰胺來(lái)生產(chǎn)電動(dòng)汽車的電池組,以降低電動(dòng)車的重量和成本。
輪胎:汽車的安全“跑鞋”
輪胎既要承受載荷,又要產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力與制動(dòng)力,還需要緩沖和吸震,擔(dān)當(dāng)起了汽車“跑鞋”的角色。
有統(tǒng)計(jì)顯示,在中國(guó),發(fā)生在高速公路上的交通事故46%是由輪胎故障引起的,其中發(fā)生爆胎占70%。當(dāng)車輛行駛速度達(dá)到每小時(shí)160千米的時(shí)候,如果車輛遭遇爆胎事故,死亡率為100%。一旦輪胎出現(xiàn)問(wèn)題,不論是車輛還是車上的人,都會(huì)面臨巨大的危險(xiǎn)。因此,這雙“跑鞋”輪胎也成為汽車最重要的安全部件。
新中國(guó)成立60年來(lái),中國(guó)已經(jīng)成為輪胎工業(yè)世界第一生產(chǎn)大國(guó),建成了各種規(guī)格系列產(chǎn)品齊全的工業(yè)體系,并獲得了一系列具有原始創(chuàng)新特性的國(guó)際前沿技術(shù)成果。1949年中國(guó)輪胎產(chǎn)量?jī)H2.6萬(wàn)條、只能生產(chǎn)斜交胎,2010年輪胎產(chǎn)量達(dá)到4.2億條,居世界首位;1982年第一條工業(yè)化的國(guó)產(chǎn)轎車子午胎下線,2010年中國(guó)子午胎產(chǎn)量達(dá)到3.4億條,子午化率為80.9%。目前我國(guó)輪胎產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的1/4。
我國(guó)輪胎產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也進(jìn)一步優(yōu)化,半鋼子午胎基本實(shí)現(xiàn)無(wú)內(nèi)胎化,高性能、超低斷面和高速度級(jí)別的轎車子午胎發(fā)展迅速;全鋼載重子午胎、無(wú)內(nèi)胎載重子午胎比例大幅提高;工程子午胎取得明顯發(fā)展。目前我國(guó)已能生產(chǎn)子午線和斜交兩大結(jié)構(gòu)的載重、輕載、轎車、農(nóng)用、工程、工業(yè)等六大類輪胎,規(guī)格品種約2000個(gè),可基本滿足國(guó)內(nèi)外用戶需求。
我國(guó)還形成了一批世界級(jí)的輪胎企業(yè)。在2010年度全球輪胎75強(qiáng)排行中,我國(guó)大陸企業(yè)達(dá)到22家,占到29.3%;杭州中策以23.6億美元排名第11位,加入到世界20億美元俱樂(lè)部中。進(jìn)入世界10億美元俱樂(lè)部的19家輪胎企業(yè),我國(guó)有三角集團(tuán)、山東玲瓏等。2009年,我國(guó)全鋼子午胎產(chǎn)量超過(guò)200萬(wàn)條的企業(yè)有12家,半鋼子午胎產(chǎn)量超過(guò)500萬(wàn)條的企業(yè)達(dá)到14家。
我國(guó)開(kāi)發(fā)出的一系列高性能轎車子午胎, 不僅行駛穩(wěn)定、噪音低,而且抗側(cè)滑性能好、高速性能好。
載重子午胎中無(wú)內(nèi)胎輪胎的比例大幅度提高,這種輪胎由于沒(méi)有內(nèi)胎、墊帶和卡環(huán),可以節(jié)約橡膠、鋼絲等原材料,減輕車輪整體質(zhì)量,降低輪胎滾動(dòng)阻力,減少油耗,安全性、經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì)明顯。我國(guó)部分地區(qū)中長(zhǎng)途貨運(yùn)車輛無(wú)內(nèi)胎輪胎的使用率已接近50%,大城市的公交車也普遍安裝使用了無(wú)內(nèi)胎輪胎。
此外,被極少數(shù)國(guó)外企業(yè)壟斷技術(shù)和設(shè)備的巨型工程子午胎也已在我國(guó)實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn),在2008年更是一舉實(shí)現(xiàn)了航空子午胎零的突破。
精細(xì)化學(xué)品: 汽車的“美容保健品”
1924年,奧克蘭汽車公司與杜邦油漆公司的合作,使汽車從此有了色彩,雙方推出的第一輛彩色汽車是藍(lán)色的。上世紀(jì)20年代,一種不加入任何添加劑的礦物油被用于發(fā)動(dòng)機(jī)中以起到潤(rùn)滑的作用,這就是車用潤(rùn)滑油的誕生。這之后防凍液和制動(dòng)液等產(chǎn)品相繼被開(kāi)發(fā)出來(lái),并不斷推陳出新。
進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái),隨著人們對(duì)汽車各方面性能要求的不斷提高,汽車精細(xì)化學(xué)品的種類也就越來(lái)越多,產(chǎn)品的專用性也越來(lái)越強(qiáng)。到目前為止,汽車精細(xì)化學(xué)品主要分為車用潤(rùn)滑油、車用清洗劑、車用防護(hù)液、車用涂料和車用粘結(jié)劑等五大類產(chǎn)品。其中,潤(rùn)滑油包括發(fā)動(dòng)機(jī)油、非機(jī)油類潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑油添加劑等;車用清洗劑包括清洗劑、清洗拋光劑、上光劑、脫漆劑等;防護(hù)液包括防凍液、制動(dòng)液、玻璃防霧劑和其他汽車防護(hù)用品;車用涂料包括底漆、清漆、色漆、瓷漆、防腐涂料等;車用粘結(jié)劑包括通用膠黏劑、汽車車身及其他專用膠、粘結(jié)修復(fù)膠、汽車密封膠等。這些被稱之為汽車“保健品”和“化妝品”的精細(xì)化學(xué)品,滿足了人們對(duì)汽車的美觀和養(yǎng)護(hù)需求。
石油化工行業(yè)整體實(shí)力的突飛猛進(jìn),有力地推動(dòng)了我國(guó)汽車精細(xì)化學(xué)品行業(yè)的發(fā)展。1960年以前,我國(guó)對(duì)汽車精細(xì)化學(xué)品的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用生產(chǎn)基本處于空白狀態(tài)。隨著大慶油田的發(fā)現(xiàn)和大規(guī)模開(kāi)發(fā),我國(guó)甩掉了“貧油”的帽子,汽車精細(xì)化學(xué)品行業(yè)開(kāi)始起步。20世紀(jì)60年代初期,我國(guó)從大慶原油中提煉出發(fā)動(dòng)機(jī)油,不久后我國(guó)開(kāi)始了合成制動(dòng)液的研究工作。1980年以后,我國(guó)先后規(guī)定了發(fā)動(dòng)機(jī)油、制動(dòng)液和防凍液等汽車化工用品的標(biāo)準(zhǔn),汽車化工用品的研發(fā)生產(chǎn)開(kāi)始步入快速發(fā)展時(shí)期,其質(zhì)量和性能均大大提高。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái),隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的提高,汽車開(kāi)始進(jìn)入千家萬(wàn)戶,汽車化工用品的需求量越來(lái)越大。
目前,我國(guó)已經(jīng)成為世界第二大車用潤(rùn)滑油消費(fèi)國(guó),也是車用潤(rùn)滑油需求增長(zhǎng)速度最快的國(guó)家之一。我國(guó)也是全球第一大涂料生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó),其中,汽車涂料產(chǎn)量超過(guò)50萬(wàn)噸。為了滿足越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)保要求,我國(guó)已經(jīng)攻克了涂料行業(yè)的高難度課題,研發(fā)出綠色環(huán)保的水性汽車涂料。相比傳統(tǒng)的油性涂料,水性涂料具有較好的流平性、附著力和耐磨性。據(jù)專業(yè)機(jī)構(gòu)測(cè)算,以每周平均混合4升底色漆的車間計(jì)算,使用水性涂料每年可以減少115千克VOC的排放,相當(dāng)于100多輛車一年的尾氣排放量。