排放标准越来越严格,如何通过密封件提升环保性能?

作者:施培文,德特威勒亚洲区业务开发经理 文章来源:AI 汽车制造业 发布时间:2021-04-24
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德特威勒专注于高品质系统关键部分聚合物零部件的生产,同时也在交通、医疗保健、油气开发、餐饮业及一般工业等充满活力的全球市场中处于领先地位。

全球咨询公司凯捷(Capgemini)在其2020年3月发布的《可持续发展时代的汽车工业》中指出,随着人们对气候变化与环境恶化问题愈发关注,可持续发展已经成为全球出行行业的战略重点。因此,将可持续的举措融入到运营的各个环节便显得尤为重要——从工厂生产流程对环境的影响、到设计和材料的使用、以及产品的功能性等方面均需要提升。

主机厂对供应商的挑选也正在变得越发严苛,例如戴姆勒的“三重底线原则”便是很好的例证。戴姆勒在制定自己的可持续性经营策略时考虑到了其商业活动的生态、经济和社会影响以及整个价值链,因此选择供应商的标准也变得比以往更加严苛。

对零部件供应商而言,除内部的流程和程序外,也可以通过零部件在系统内的集成来发挥切实的减排作用。车辆电气化便是一个关键的示例,并且被广泛认为是提高可持续性和减少全球排放的关键驱动力。用于控制和减少排放的零部件也可使现有的内燃机运环保水平得到大幅度提升。

 

电气化与智能零部件

到2030年,纯电动车辆预计将占据19%的市场份额,同时11%的市场份额将由纯混合动力和插电式混合动力车辆占有,其余70%为纯内燃机或轻度混合动力车辆。从可持续性的角度来看,上述的凯捷报告也指出:“例如,根据27个欧盟国家和英国为电动车辆供电的电网的数据,由传统车辆向电动车辆的转变将在乘用车辆的使用年限内减少37%的温室气体排放,同时在使用可再生动力源的条件下减少75%的运行碳排放”。

即使是像密封件这样的小部件,也将因为其对电源的天然亲和性在电动车辆中被广泛使用,并且能够以多种方式显著减少温室气体排放。例如,通过使用带有嵌入式传感器的智能密封解决方案,不仅可以保证密封件的完整性,还可以监测车辆中的各种事件或温度、湿度与泄漏等其他因素,将数据传送给车辆本身、制造商或驾驶员,提高车辆的运行效率。

 德特威勒高品质弹性体零部件中的嵌入式电子元件 

某些整合了传感器的密封件甚至能够探测该部件是否有磨损或已接近损坏,从而保证在故障发生前就可以对这些部件进行更换,实现预测性维护与分析。此外,制动技术的进步也将推动电动车辆效率的提升。例如,从真空助力器到电动液压技术的转变使得车辆在运行时,制动力产生的动能得以被收集并用来为电池充电。同时,电动液压系统本身也较为轻便,意味着可以通过减轻重量来进一步提高能源效率。

TÜV在一项经认证的测试中证实,当德国大陆集团的 MK C1电动液压线控制动系统安装在D级标准插电式混合动力车辆上时,按照全球轻型车统一测试程序(WLTP)的标准,与传统的非线控混合制动系统相比平均减少了5 g/km的二氧化碳排放。

 

内燃机短时间内不会消失

由于交通流量的快速增长以及更加严格的法规,专家预测世界范围内对尾气处理产品的需求将会增加,在新兴市场中尤其如此。例如,WLTP规定的氮氧化物(NOX)限值,以及加利福尼亚州严格的超低排放车辆(SULEV)限值,一直以来都是对汽车制造商的巨大挑战。

已在市场得到运用的实际驾驶排放(RDE)测试将检测车辆在实际驾驶时的尾气排放。这意味着在实验室条件下呈现的低排放值将不再足以说明问题。这些更加严格的法规要求的不仅仅是对柴油发动机进行优化,同时也使额外的尾气处理成为了绝对必要的措施。减少氮氧化物的关键技术为选择性催化还原(SCR)系统——该系统被认为是减少氮氧化物最为高效可靠的方法,能够减少柴油发动机超过90%的氮氧化物排放,并符合欧盟6d及以上的标准。

考虑到商用车使用柴油行驶的里程通常较高,这项技术便显得尤为重要。在很多市场中,尤其是像中国这样新近发展起来的国家,货物运输大多依靠公路,而卡车则很容易产生大量排放物。

 

对SCR系统及零部件的挑战

SCR系统使用水基尿素溶液(在美国称为AdBlue®或环保汽车尿素DEF)作为氨源,对柴油发动机尾气中的氮氧化物进行中和。在SCR系统中,氨与氮氧化物选择性地发生反应,生成无害的氮气和水。为确保这些化学物质能够从储存罐安全输送到尾气排放系统中,需要使用特殊弹性体材料制成的零部件,它们将暴露于AdBlue®中并受其侵蚀。

耐腐蚀性对SCR系统零部件来说极为重要

对AdBlue®或DEF应用中常常用到的弹性体-衬底复合物来说,也必须能够承受强烈腐蚀。SCR系统使用的复合零部件具有弹性体和弹性体-金属/塑料复合部分、严格的公差要求以及复杂的几何形状。弹性体材料有多种不同的定制组成成分,能够满足特定的需求(例如特定温度下的柔韧性、内部润滑、纤维增强或耐柴油性能等),并且必须成功通过最高温度达120° C 和150° C的极端环境测试,从而保证最佳的弹性以及较长的使用寿命。

由于下列原因,未来几年SCR技术的需求及复杂程度都将大幅增加:

·   AdBlue®的喷射速率将会增加,从而对耐久性、泵的性能以及定量喷射阀造成影响

·   系统功能中将增设液体测量功能,以保证介质及浓度均正确无误

·   由于更加严格的法律的出台,SCR系统的产量将会增加

·   由于不断增加的需求和系统功能,SCR系统中弹性体零部件的数量将在未来几年内进一步增加

因此,制造商需要考虑如何顺应监管环境的变化而无缝转变为更加先进的SCR系统。


密切关注化学品法规,防止供应链断裂

亚洲、欧洲和美国的化学品法规也正在变得愈加严格。每个地区在化学品方面的要求都不尽相同,零部件供应商必须积极遵守相关的规定,密切关注一些被禁用或将来可能受限的化学成分的动态。通过提前预判形势,供应商可以进行准备并迅速更改化学配方,确保不会对生产带来影响。

这种方法能够在一定程度上促进可持续发展,因为这些化学成分可能对环境和工人有害。即使有些成分目前的风险较小,理想的情况仍是组建一支内部专家团队来辨别所有未来可能受限或被禁的化学成分。

如果某种成分有出现问题的风险,首先应当联系供应商并与相关的监管专家共同进行市场调查。然后需要寻找替代方案,在内部进行试生产,待开发出合适的替代方案后再与客户进行交流。这种协同合作的方法可以确保反应的及时性。


原材料或将成为提升可持续性的关键

可再材料生或天然材料是当前材料开发的趋势所在。回收并重复利用的材料或源于可再生资源的材料可与其他成分共同用于复合部件的制造,其中加入任何比例的“绿色材料”都是在可持续性方面的进步。使用甘蔗合成的聚合物,以及以稻谷壳、纤维素或炭黑制成的填料研发项目都已正在进行之中。

炭黑是一种可赋予复合部件某些特定性能的填料。橡胶中的炭黑一般来自重矿物油,而其可持续的替代方案则使用废旧轮胎。例如,将废旧轮胎在高温分解等受控的环境下进行燃烧,以确保过程中不会产生有害的副产物,然后对剩下的具有极为特殊性质的灰分进行利用。该方法不仅能够对原本存在于轮胎中的炭黑进行回收,还能将原本轮胎中的橡胶转化成炭黑。它们可以直接使用,或经过处理后用作复合部件的填料。

交通出行领域的一切都是依照标准进行的,因此易变性必须尽可能降到最低,复合物加工流程及其性质的标准差也必须极低,这意味着需要进行高水平的测试。为了衡量用炭黑作为复合物填料的效果,我们应用了佩恩效应来分析复合物的应力-应变行为。佩恩效应是对源自于填料-填料和填料-聚合物相互作用的填料网络的量度,并且据此可以得出有关其混合过程的信息。下方图表中展示了良好和较差的填料分散性示例间的对比。

除炭黑外,以三元乙丙橡胶(EPDM)为例,我们还可以探索更多方法来提升这些聚合物的可持续性。比如,有研究正在探索是否可以对再生原料(如甘蔗、甜菜和小麦籽粒等)制成的乙醇进行脱水生产乙烯,并将其用于生产EPDM。

整个行业中还有很多正在进行的可持续性项目。即使是最小的零部件,也可以变得更加绿色环保,并且我们正在尽一切努力做到这一点。交通出行行业的可持续发展显得比以往更加重要。通过协同合作的方式,相信现在和将来的车辆都能够在全球范围内为可持续发展带来切实的改变。


德特威勒:实现碳中和是长期目标

德特威勒位于瑞士沙特多夫的生产基地为如何负责任地利用自然资源提供了很好的范例。自2012年年底起,德特威勒便只为该基地采购通过环保方式生产的电力。其使用的电力完全依靠水力发电和当地电力供应商通过“自然基础”认证的发电厂生产。每年由此减少的二氧化碳排放量约为2300吨。早在2008年,瑞士生产基地就已开始从附近的燃木供暖厂采购热能。通过这些举措,德特威勒每年可节省约50万升的供热油料并在原基础之上再减少1300吨的二氧化碳排放。此外,瑞士工厂还为移动出行业务设施投资新建了一条封闭式冷却回路,从而进一步节省了水资源。德特威勒近期宣布将碳中和定为整个集团在四大洲20余个生产基地的长期目标。因此,德特威勒正在努力履行其义务,并且也正在以联合国全球契约长期成员的身份,为实现联合国可持续发展目标作出贡献。


德特威勒的产品完全符合下列标准:

-  VDA 19.1

-  VDA 19.2

-  ISO 16232


德特威勒——高品质系统关键部分聚合物零部件领军供应商

德特威勒专注于高品质系统关键部分聚合物零部件的生产,同时也在交通、医疗保健、油气开发、餐饮业及一般工业等充满活力的全球市场中处于领先地位。德特威勒凭借其公认的核心竞争力与技术领导力,在相关领域为客户提供着高附加值的服务。德特威勒的总部位于瑞士,在四大洲运营着20余家公司,业务遍及100多个国家并拥有约7000名员工,年销售额超过10亿瑞士法郎。


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