全球拉響能源危機的警報,節能減排成為汽車行業刻不容緩的使命。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續駛里程,直接促進電動車的普及度。
電動車輕量化領域,一個普遍的觀點是,實現電動車輕量化有三大途徑,即輕量化材料應用、結構優化設計和先進制備工藝。電動化時代下,材料供應商承擔起更重要的角色,輕量化已不僅僅是錦上添花而已,而是企業面臨的前所未有的挑戰。近期,本刊記者采訪到阿朗新科中國技術服務和應用開發經理馮偉軍和阿朗新科中國技術經理陳民杰博士,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,以及公司在挑戰與機遇并存的行業新常態中如何立足。
01
輕量化材料應用——車用橡膠的創新
阿朗新科的優勢領域在于合成橡膠,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。看似不起眼的車用橡膠,也起到了不容忽視的作用。例如,傳統的由硫化膠生產的汽車密封條,其密度一般在1.25g/cm3左右。而新型的基于EPDM生產的熱塑性動態硫化橡膠(TPV),也可以用來生產汽車密封條,其密度只有0.95g/cm3左右,TPV密封條減重可達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TPV,符合環保的理念。此外,TPV密封條的斷面更小,也有利于汽車的輕量化。
另一項能夠體現阿朗新科創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絡主體,其絕緣層一般采用PVC材料。隨著汽車電氣化的發展,電子控制技術的普遍應用,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,可以生產無鹵阻燃電線,更加環保。
02
結構優化——輪胎材料的輕量化設計
“與傳統汽車相比,電動汽車所采用的電氣化動力系統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異的強度和韌性。”馮偉軍解釋道。
阿朗新科中國技術服務和應用開發經理馮偉軍
電動化時代,整車的動力不再局限于發動機的性能,電機數目的疊加或功率增加使得普通電動車也具備優異的運動性。因此,輪胎必須進一步提升干抓,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,需要進一步的官能化改性以提高輪胎抓地性能。而作為胎側主要合成膠的順丁橡膠將會主要關注高新能釹系順丁(NdBR)以提高模量的同時降低生熱。而對輪胎更優異的耐久性需求,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構優化體現在其優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因其優異的低生熱和高模量,因而在缺氣保用輪胎的胎側支撐膠中應用是必不可少的。
其次,低滾阻是電動車行駛里程的關鍵影響因素。輪胎的胎面一般貢獻了輪胎滾阻的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鍵。
03
先進制備工藝——深入電池研發
動力電池堪稱電動汽車的“心臟”,其能量密度、穩定性、安全性對整車來說至關重要,電池也占據整車相當一部分重量,因此對輕量化提出了越來越硬性的要求。迎合全球電池領域未來幾年強勢的增長趨勢,阿朗新科也在積極投入電池研發。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新服務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境(23℃條件下,室內相對濕度在0.1%以下),可保證出色的電池制備和測試能力。在這里,阿朗新科的技術專家們將進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計、測試并推出創新解決方案。
阿朗新科中國技術經理陳民杰博士
04
挑戰和機遇并存,中國市場是中堅力量
對于電動化帶來的變革,陳民杰坦言,由于燃油發動機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,有挑戰的同時,也有機遇。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遇。EVM可以替代PVC生產無鹵阻燃電線。電動汽車對電池的要求也越來越高,HNBR可用于電池的生產,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提出更高要求,這將推動改性溶聚丁苯橡膠(Fx-SSBR),釹系順丁(NdBR)和高性能鹵化丁基橡膠(HBIIR)更加廣泛地使用。”馮偉軍補充道。
面對電動化帶來的挑戰和機遇,阿朗新科“與綠色同行”的理念推動公司持續投入研發和創新。尤其中國市場,在阿朗新科的全球布局中占據重要地位。盡管全球經濟及橡膠行業正經歷各種挑戰,中國市場仍然保持穩定。以中國市場為中堅力量的亞太區銷量,貢獻了阿朗新科超過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,總投資7.33億美元,設計產能16萬噸;南通丁腈橡膠(NBR)工廠是阿朗新科與臺灣臺橡集團的合資企業,于2012年正式投產,總投資1.1億美元,初始年產量為年產3萬噸,專注為區域市場提供優質的丁腈橡膠(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備。
結語
電動化浪潮下,電動汽車輕量化會成為未來行業持之以恒的焦點,其具體內容也會隨著新技術的出現而不斷豐富。作為材料解決方案供應商,阿朗新科的核心使命是通過優質材料改良、結構設計優化和制備工藝革新三大途徑,以與時俱進的技術研發和產品創新,滿足不斷升級的汽車輕量化發展需求。