特种橡胶在胶管工业中的应用
   胶管是用于气体、液体等流体输送的管状橡胶制品，一般由内外胶层和骨架层组成。内胶层直接承受输送介质的磨损、侵蚀，且防止其泄漏；骨架层是胶管的承压层，赋予管体强度和刚度；外胶层保护骨架层不受外界的损伤和侵蚀。胶管广泛应用于汽车、石油、工程机械、家电、航空航天等领域，管内、管外介质环境复杂多样，不同的介质环境对流体管路橡胶材料性能要求亦有所不同。根据橡胶管使用的橡胶材料的种类，可将胶管分为传统胶管与新型胶管两大类：传统胶管主要使用xx橡胶（NR）及通用合成橡胶如丁苯橡胶（SBR）、丁腈橡胶（NBR）等，应用于一般的介质环境之中；新型胶管主要使用具有耐高温、耐低温、耐酸碱等优异性能的特种合成橡胶如三元乙丙橡胶（EPDM）、硅橡胶（VMQ）、氟橡胶（FKM）等，多用于对胶管质地有较高要求的介质环境之中，如汽车涡轮增压系统、航空航天、军事等。
当前汽车、航空航天等领域所使用的介质改进更新速度加快及各国政府对汽车尾气排放等环保问题的日益重视，对胶管耐热、耐油、耐低温、超长使用寿命等性能提出了更高的要求，主要使用xx胶及通用橡胶材料制成的传统胶管已不能适应更严格的工作环境，新型胶管以其在苛刻环境下所具有的优异性能，适应环保政策趋严、介质改进更新等所带来的工作环境变化而得到日益广泛的应用。

一、橡胶及胶管工业发展现状
胶管行业是橡胶工业的一种重要细分行业，近年来包括轮胎、胶管、输送带、密封制品、减振制品等在内的胶制品行业在下游汽车、交通运输、煤炭、电力、建材、机械工业等相关行业带动下呈现出产销两旺的情形。尽管2008年受全球金融危机的影响，国内橡胶工业增速有所放缓，但2008年国内橡胶工业总产值仍超过4000亿元，达到4102.74亿元，同比增长19%，其中，橡胶板、管、带的制造业完成工业总产值为484.6亿元 ，同比增长26.13%，是橡胶工业中除再生橡胶制造外表现{zh0}的细分行业。
表1：2006-2008年橡胶工业产值（亿元）
橡胶工业 2006 2007 2008
轮胎制造业 1282.07 1644.94 2127.90
力车胎制造业 72.14 70.38 68.27
轮胎翻新加工业 13.04 17.81 19.60
橡胶板管带制造业 303.77 391.30 484.60
橡胶零件业制造业 244.48 313.49 403.17
再生橡胶制造业 68.27 97.20 137.60
橡胶靴鞋制造业 399.25 484.36 418.54
日用橡胶制品业 161.26 176.78 190.85
其他橡胶制品业 187.57 260.45 252.21
合计 2731.85 3456.71 4102.74
注：2006、2007年数据来源于《中国橡胶工业年鉴：2007-2008》；2008年数据来源于国家统计局。
表2：2009-2013年橡胶工业产值预测（亿元）
橡胶工业 2009 2010 2011 2012 2013
轮胎制造业 2298.13 2459.00 2631.13 2815.31 3012.38
力车胎制造业 75.10 81.10 87.59 94.60 102.17
轮胎翻新加工业 21.56 23.28 25.15 27.16 29.33
橡胶板管带制造业 533.06 575.70 621.76 671.50 725.22
橡胶零件业制造业 443.49 478.97 517.28 558.67 603.36
再生橡胶制造业 151.36 163.47 176.55 190.67 205.92
橡胶靴鞋制造业 460.39 497.23 537.00 579.96 626.36
日用橡胶制品业 209.94 226.73 244.87 264.46 285.61
其他橡胶制品业 277.43 299.63 323.60 349.48 377.44
合计 4470.46 4828.09 5214.34 5631.49 6082.01
注：预计轮胎制造业2009年增长8%，2010年以后按7%增长率保守预测；预计其他细分行业2009年增长10%，2010年以后按8%增长率保守预测 。
我国是胶管生产大国，同时也是胶管消费大国，其市场十分巨大。近年来，我国汽车工业发展迅速，汽车胶管的种类也日益增多，从原来的散热、刹车用扩大到液压、燃料、空调等各个系统，单车用量由5m增至20m以上。此外，石油工业、煤炭工业技术进步和工程机械、农用机械的同步增加，使得汽车工业以外的胶管的需求也不断增加。截至2008年，国内胶管总产量已达5.6亿标米，其中汽车胶管接近2亿标米。预计今后5年，随着国外汽车产业继续向中国转移以及国内自主汽车品牌的配套需要，胶管产能产量还将进一步扩大。
表3：胶管工业产量及预测（万标米）
年份 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
石油、家电、航空航天等行业 30614 33645 36337 39607 43172 46194 49427 52887
汽车行业用胶管 14849 18461 19798 21163 22968 24518 26234 28070
合计 45463 52106 56135 60770 66140 70712 75661 80957
注：1、以会员单位统计数据为基础，并对非会员单位作适当推测。
注：2、汽车胶管一般可用根或标米进行统计，本文统一以标米（Bm）为计量单位，其中：商用车水管、油管按0.6Bm/根算，气管按2Bm/根算；乘用车水、油、气管均按0.2Bm/根算。以下换算时采用相同标准。
表4：胶管消费情况
表4-1 胶管消费现状（万标米）
应用领域 2006 2007 2008
汽车工业 商用车 4300 5236 5611
乘用车 10549 13225 14187
发动机 600 812 885
轨道交通（火车等） 783 860 929
家电行业 482 530 572
石油工业 940 1033 1115
工程机械（含煤炭工业） 1639 1801 1945
其他行业 26757 29406 31759
合计 46048 52902 57003
注：以会员单位统计数据为基础，并对非会员单位作适当估算。
表4-2：胶管消费预测（万标米）
应用领域 2009 2010 2011 2012 2013
汽车工业 商用车 6116 6666 7133 7632 8167
乘用车 15464 16856 18036 19298 20649
发动机 965 1052 1125 1204 1288
轨道交通（火车等） 1012 1103 1181 1263 1352
家电行业 624 680 728 779 833
石油工业 1216 1325 1418 1517 1623
工程机械（含煤炭工业） 2120 2311 2472 2645 2831
其他行业 34617 37732 40374 43200 46224
合计 62133 67725 72466 77538 82966
二、主要特种橡胶性能
当前，具有不同结构、不同内直径和不同长度的各种各样的胶管用于汽车、家电、工程机械等行业中，其中汽车工业是各种胶管使用最多的领域，当各种形式的流体流入这些胶管时，需要采用不同的橡胶材料以适应不同的流体。
随着汽车逐步向高性能、低油耗（提高内燃机燃烧温度）、低排放、低噪声、超长使用寿命的方向发展，诸多新装置和新型改进添加剂、密封件胶种不断的应用于现代汽车上，对汽车用橡胶材料的耐热、耐油、耐低温、超长使用寿命等性能提出了更高的要求，某些对橡胶性能要求较高的部位已开始采用特种橡胶材料代替通用橡胶材料如NBR、CR等。目前工业化生产的汽车用特种橡胶主要有：氢化丁腈橡胶（HNBR）、丙烯酸酯橡胶(ACM)、硅橡胶（VMQ）及氟橡胶（FKM）等。
1、丙烯酸酯橡胶（ACM）
丙烯酸酯橡胶以其优异的耐高温、耐油、耐候、耐臭氧、抗紫外线等性能，广泛应用于各种高温、耐油环境中，成为“价格／性能”最适宜的高温耐油特种橡胶，可与氟橡胶、丁腈橡胶、氯磺化聚乙烯、乙丙橡胶等并用，制作高温条件下具有特别优势的耐油橡胶制品，从而获得耐高温、耐油性能及加工工艺和成本之间的良好平衡。特别适用于制造汽车曲轴前后油封、变速箱油封、气门杆油封、阀杆密封、汽缸垫及液压输油管等耐油制品，被称为“汽车胶”。
2、氯磺化聚乙烯橡胶（CSM）
氯磺化聚乙烯(CSM)是聚乙烯经氯化和氯磺化处理后制成的一种特种橡胶。其氯含量一般为23％～47％，硫含量为1％-2％。CSM 以耐臭氧性优越，日光下色泽稳定性好而著称，具有良好的着色性、耐油、耐热、抗氧化性、耐侯性、耐腐蚀性、阻燃性、耐磨性和韧性，在电线电缆、防水卷材、汽车工业等方面具有广泛的应用。在汽车上，CSM主要用于空调、输液系统、排气控制、燃料管路和真空调节系统上的胶管，另外还可用作火花塞帽和点火线、汽车密封条、驾驶盘底漆等用途。
3、氯醇橡胶（ECO）
氯醇橡胶(ECO)或称氯醚橡胶(CHC)，由环氧氯丙烷开环聚合或环氧氯丙烷与环氧乙烷开环共聚制得的合成橡胶。前者称为均聚型氯醇橡胶，后者称为共聚型氯醇橡胶。氯醇橡胶是一种耐油、耐高低温而透气性很低的特种橡胶。均聚型氯醇橡胶的耐油性，尤其是耐卤代烷烃性能胜过丁腈橡胶（NBR）；耐热性介于丁腈橡胶和丙烯酸酯橡胶之间，短期耐热150℃，长期耐热I00℃；透气性低于丁基橡胶（IIR）。共聚型氯醇橡胶的低温曲挠性虽有改善，但气密性下降。均聚型氯醇橡胶主要用于制各种耐油密封件、隔膜、胶粘剂以及耐氟利昂胶管；共聚型氯醇橡胶用于寒冷地区燃料油油包、汽车运转油系统的部件、电缆夹套、各种机械密封件以及耐油橡胶制品等。ECO出色的气密性(比丁基胶还高三倍)和耐介质性，尤其是耐制冷剂氟里昂性能优越，在致冷压缩机密封件中逐渐得到应用；ECO在航空和船舶密封材料中也有应用，是高级密封配件的理想材料。
4、氢化丁腈橡胶（HNBR）
氢化丁腈橡胶(HNBR)是一种高饱和的腈类弹性体，是将丁腈橡胶(NBR)链段上的丁二烯单元进行有选择的加氢制得的。HNBR分子链中主要包括：提供优异耐油性能和高拉伸强度的丙烯腈单元；提供良好的耐热、耐老化和低温性能的被氢化了的类似于EPR链段的丁二烯单元；提供交联所需的不饱和健的少量含有双键的丁二烯单元。与传统的丁腈橡胶相比，其分子结构特点使其不仅具有NBR的耐油、耐磨、耐低温等性能，而且还具有更优异的耐高温、耐氧化、耐臭氧化、耐化学品性能，高腈HNBR的低温柔韧性更好。HNBR的工艺性能与NBR相似，易混炼，存放稳定性好，操作安全，主要用于汽车工业、石油工业、航空航天等领域，如：汽车油封、燃油系统部件、汽车传动带、钻井保持箱和泥浆用活塞、印刷和纺织用胶辊、坦克带衬垫、航天航空用密封件、空调密封制品、减震材料等。
5、硅橡胶（VMQ）
硅橡胶是由线性聚硅氧烷混入补强填料，在加热加压条件下硫化生成的特殊合成弹性体。它xx地平衡了机械性质和化学性质，如耐高、低温（-60℃～+ 250℃范围内可以使用）；电绝缘性好（表面电阻>1015Ω.cm；击穿电压>25kV•mm-1；介电常数在3左右）；特殊的表面性能；透气性好；耐辐射（可耐107～109伦琴γ射线）。由于上述优良性质，硅橡胶能满足今天许多苛刻的应用场合要求。硅橡胶按其硫化温度，可分为高温（加热）硫化型及和室温硫化型两大类，高温胶主要用于制造各种硅橡胶制品，而室温胶则主要是作为粘接剂、灌封材料或模具使用。
6、氟橡胶（FKM）
氟橡胶是特种合成弹性体，其主链或侧链上的碳原子上接有电负性极强的氟原子，由于C-F键能大(485KJ/mol)，且氟原子共价半径为0.64A，相当于C-C键长的一半，因此氟原子可以把C-C主链很好地屏蔽起来，保证了C-C链的稳定性，使其具有其它橡胶不可比拟的优异性能，如耐高温、耐油、耐化学药品性能，良好的物理机械性能和耐候性、电绝缘性和抗辐射性等，在所有合成橡胶中其综合性能{zj0}，俗称“橡胶王”。氟橡胶主要用于制作耐高温、耐油、耐介质的橡胶制品，如各种密封件、隔膜、胶管、胶布等，也可用作电线外皮，防腐衬里等。在航空、汽车、石油、化工等领域得到了广泛的应用，在军事工业上，氟橡胶主要用于航天、航空及运载火箭、卫星、战斗机、新型坦克的密封件、油管和电气线路护套等方面，是国防{jd0}工业中无法替代的关键材料。
三、常见胶管及其对橡胶材料性能的要求
1、汽车工业
在汽车中，胶管用于输油、输气、输制冷剂、输水和传递动力等。汽车上使用的胶管有：燃油胶管、空调胶管、制动胶管、散热器胶管、涡轮增压胶管、动力转向胶管、输水胶管等。汽车胶管的结构与材料根据其用途、性能、功能、所用介质以及环境温度的不同而各异。橡胶材料的选用对胶管性能起到了决定性作用，随着环保、汽车性能和功能的多样化，汽车用胶管材料也在不断发生变化。如为了适应耐热性要求，汽车用燃料管内胶由丁腈橡胶向氟橡胶发展；外层胶也由氯丁橡胶等向氯磺化聚乙烯橡胶和氯醇橡胶发展。一般而言，对性能没有特殊要求的普通低档胶管（如水管、风管等）可以再生胶代替，中档气水管主要适用NR、SBR等橡胶原材料，有特殊用途的胶管多使用CR、IIR、EPDM、CSM、FKM、VMQ等。各种汽车用胶管及其典型结构所用材料如下：
表5：汽车用胶管及其有代表性的结构
胶管名称 流体 对橡胶材料性能要求 内胶层 增强层 外胶层
液压制动胶管 制动液 耐制动液
耐老化
耐湿气渗透
耐高温（针对高沸点制动流体） SBR/CR/EPDM 人造丝
芳族聚酰胺 EPDM/CR/
EPDM、CR共炼
真空制动胶管 空气 耐老化
耐高压 NBR
ACM 聚酯 CR
ACM
散热器胶管 冷却液 耐高温
防化学腐蚀 EPDM
VMQ 人造丝
聚酯 EPDM
VMQ
加热器胶管 冷却液 耐高温
防化学腐蚀 EPDM
VMQ 人造丝
聚酯 EPDM
VMQ
燃料胶管 汽油
柴油
乙醇
甲醇 防渗透
耐高温
耐油性 NBR/PVC
FKM
FKM/CSM
NBR 聚酯
维尼纶 NBR/PVC
FKM
FKM/CSM
FKM/ECO
NBR
CR
动力转向管 动力转向装置用油
PSF液 耐高温
防泄露
耐油性
抗压
耐天候 NBR
HNBR
CSM 尼龙
钢丝 CR
CSM
CM
空调胶管 F134a制冷剂
压缩机润滑油 防渗透
耐高温
耐低温
耐制冷剂 IIR
CR
NBR
ECO
PA 聚酯
芳族聚酰胺 EPDM
涡轮增压管 空气 耐高温
耐老化 ACM
VMQ
FKM
AEM
EPDM 聚酯
芳族聚酰胺 ACM
VMQ
FKM
AEM
GDM
冷却器管 ATF油
自动传输流体
恒压变压器流体 耐高温
耐老化 ACM 聚酯 ACM
2、其他行业
在家电、轨道交通、航空航天、机械等其他胶管应用领域中，为适应液压技术的进步和液压机械使用范围的急剧扩大，编制和缠绕等高压胶管得到迅速发展。编制和缠绕等高压胶管的破坏主要是爆破头或接头处断裂，故除了要求胶管的外层胶耐使用环境老化、内层胶耐液压介质外，还应具有较高的定伸能力、动态疲劳性能、撕裂强度和较低的压缩{yj}变形能力。各行业中所用胶管及其典型结构所用橡胶材料如下：
表6：其他行业用胶管及其有代表性的结构
应用领域 胶管名称 流体名称 对橡胶材料性能要求 内胶层 增强层 外胶层
工程机械 钢丝缠绕管 制动液等 耐制动液
耐老化
耐湿气渗透 SBR/CR/EPDM 人造丝；
芳族聚酰胺 EPDM/CR/
EPDM、CR共炼
石油工业 钢丝缠绕管 原油；
柴油；
汽油等 防渗透
耐高温
耐油性 NBR/PVC
FKM
FKM/CSM
NBR 聚酯；
维尼纶 NBR/PVC
FKM
FKM/CSM
FKM/ECO
NBR
CR
农业 钢丝增强管 空气；
液压油等 耐高温
耐老化 ACM
VMQ
FKM
AEM
EPDM 聚酯；
芳族聚酰胺 ACM
VMQ
FKM
AEM
GDM
煤炭工业 钢丝编织管 水；
液压油；
空气等 耐高温
耐老化
防化学腐蚀 EPDM
VMQ
FKM
AEM
ACM 人造丝；
聚酯 EPDM
VMQ
ACM
FKM
AEM
家电行业 钢丝编织管 水；
空气等 耐高温
耐老化
防化学腐蚀 EPDM
VMQ
FKM
AEM 人造丝；
聚酯；
芳族聚酰胺 EPDM
VMQ
FKM
AEM
四、橡胶材料在胶管中的应用
1、汽车工业
汽车工业是各种橡胶材料应用的{zd0}领域，各种不同的车型及汽车上各个不同的功能系统对橡胶材料的要求不一样。主要橡胶材料制成的胶管及其使用量归纳如下表：
表7：各种橡胶材料制成的胶管在汽车使用情况统计
橡胶材料 应用部位 使用量 使用率
VMQ 发动机系统涡轮增压胶管出气管；
冷却系统中冷器出气管； 中重卡：2-3根；
轻卡：1-2根；
大中客：2-3根；
乘用车：2-3根； 中重卡：{bfb}；
轻卡：{bfb}；
大中客：{bfb}；
乘用车：{bfb}
ACM 主要用于重卡动力转向油管； 重卡：1-2根 重卡：5%
FKM 燃油管 商用车和乘用车（含发动机）均为4根； 商用车和乘用车装配率均为{bfb}；
TPE 中重卡波纹管 中重卡：1根 中重卡：{bfb}
CSM 中重卡动力转向油管 中重卡：1-2根 装配率：50%；
NBR 中重卡动力转向油管 重卡：1-2根 装配率：50%；
EPDM 乘用车和商用车（含发动机）
暖风管：
冷却水管：
空滤器出气管： 轻卡：6-7根；
中重卡：3根；
客车：3根；
乘用车：3根；
发动机：2根； 轻卡：{bfb}；
中重卡：{bfb}；
客车：{bfb}；
乘用车：{bfb}；
发动机：{bfb}；
根据我国近年汽车产销情况及各种不同车型对胶管的具体使用情况，计算各种材质的胶管消费情况如表8和表9：
表8：各种材质汽车胶管消费现状（万标米）
胶管种类 车型 2006 2007 2008
ACM胶管 商用车 0.71 0.57 0.68
乘用车 - - -
FKM胶管 商用车 261.25 315.17 339.44
乘用车 653.68 804.02 848.96
EPDM胶管 商用车 915.07 1135.16 1219.33
乘用车 311.56 382.87 404.26
TPE胶管 商用车 19.28 23.35 24.67
乘用车 - - -
CSM胶管 商用车 7.09 5.76 6.79
乘用车 - - -
NBR胶管 商用车 7.09 5.76 6.79
乘用车 - - -
VMQ胶管 商用车 477.95 587.35 620.16
乘用车 311.56 382.87 404.26
注：根据历年汽车产销数据 及表7测算而得。
表9：各种材质汽车胶管需求预测（万标米）
胶管种类 车型 2009 2010 2011 2012 2013
ACM胶管 商用车 0.74 0.81 0.87 0.93 0.99
乘用车 - -- - - -
FKM胶管 商用车 369.99 403.29 431.52 461.73 494.05
乘用车 925.37 1008.65 1079.25 1154.80 1235.64
EPDM胶管 商用车 1329.07 1448.69 1550.09 1658.60 1774.70
乘用车 440.64 480.30 513.92 549.90 588.39
TPE胶管 商用车 26.89 29.31 31.36 33.56 35.91
乘用车 - - - - -
CSM胶管 商用车 7.40 8.07 8.63 9.24 9.88
乘用车 - - - - -
NBR胶管 商用车 7.40 8.07 8.63 9.24 9.88
乘用车 - - - - -
VMQ胶管 商用车 675.97 736.81 788.39 843.58 902.63
乘用车 440.64 480.30 513.92 549.90 588.39
注：根据汽车产销预测数据及表7测算而得。
2、其他行业
家电、工程机械等行业对各种材质的胶管需求如表10、表11：
表10：各种橡胶材质胶管在其他行业中的消费现状（万标米）
胶管 应用领域 2006 2007 2008
ACM胶管 家电行业 0.02 0.01 0.02
工程机械 0.06 0.05 0.06
其他行业 0.99 0.80 .95
FKM胶管 家电行业 21.96 26.86 28.52
工程机械 74.11 90.65 96.26
其他行业 1276.33 1561.27 1657.82
EPDM胶管 家电行业 29.44 36.43 38.97
工程机械 99.36 122.96 131.51
其他行业 1711.15 2117.65 2264.91
TPE胶管 家电行业 0.46 0.56 0.59
工程机械 1.56 1.89 2.00
其他行业 26.90 32.57 34.41
CSM胶管 家电行业 0.17 0.14 0.16
工程机械 0.57 0.47 0.55
其他行业 9.89 8.04 9.47
NBR胶管 家电行业 0.17 0.14 0.16
工程机械 0.57 0.47 0.55
其他行业 9.89 8.04 9.47
VMQ胶管 家电行业 105.32 129.17 137.11
工程机械 355.45 435.95 462.76
其他行业 6121.68 7508.03 7969.77
注：根据其他行业发展情况 估算。
表11：各种橡胶材质胶管在其他行业中的消费预测（万标米）
特种橡胶 应用领域 2009 2010 2011 2012 2013
ACM胶管 家电行业 0.0178 0.0194 0.0209 0.0223 0.0238
工程机械 0.0599 0.0656 0.0705 0.0753 0.0802
其他行业 1.03 1.13 1.21 1.30 1.38
FKM胶管 家电行业 30.80 33.27 35.60 38.09 40.75
工程机械 103.96 112.28 120.14 128.55 137.54
其他行业 1790.43 1933.67 2069.02 2213.84 2368.82
EPDM胶管 家电行业 42.47 46.30 49.54 53.00 56.71
工程机械 143.35 156.25 167.18 178.89 191.41
其他行业 2468.75 2690.93 2879.29 3080.84 3296.50
TPE胶管 家电行业 0.64 0.69 0.74 0.79 0.85
工程机械 2.16 2.33 2.49 2.67 2.85
其他行业 37.16 40.12 42.94 45.94 49.16
CSM胶管 家电行业 0.18 0.19 0.21 0.22 0.24
工程机械 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80
其他行业 10.32 11.26 12.04 12.89 13.80
NBR胶管 家电行业 0.18 0.19 0.21 0.22 0.24
工程机械 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80
其他行业 10.32 11.26 12.04 12.89 13.80
VMQ胶管 家电行业 148.08 159.93 171.12 183.10 195.92
工程机械 499.78 539.76 577.54 617.97 661.23
其他行业 8607.29 9295.86 9946.60 10642.79 11387.83
注：根据其他行业发展情况估算。

          中国橡胶工业协会胶管胶带分会秘书长 李鸿