不管在路上还是外太空,新领域通常都需要应对严苛的条件。为勇敢应对这些条件,相关行业向化工业寻求帮助。
不同的行业和应用都有一个共同的目标:在不增加成本或降低性能的前提下提高效率。不管是工业制造商尝试缩短生产停机时间,还是航空航天供应商尝试延长组件生命周期,抑或是汽车制造商尝试提高燃油效率,都需要创新。创新通常需要应对日益严苛的工作条件,其中包括高温、腐蚀性化学品或极压。
以汽车行业为例。美国环境保护署已设定 2025 年企业平均燃油标准达到 54.5 mpg 这一目标,比 2017 年的标准提高了 49%,为符合提高的燃油经济标准,汽车行业将缩减发动机尺寸。相比之下,欧盟法规的要求更高,该法规提出 2021 年达到每 100 km 5.6 升(或 57 mpg)这一目标。发动机尺寸缩减,引擎盖下的温度就会显著升高,此温度已从 21 世纪初的 120°C (248 °F) 攀升至现在的近 200°C (392°F)¹。汽车制造商将如何在不降低性能的前提下应对此温度变化问题? 他们已向化工业寻求帮助,旨在找到高性能的材料和组件,比如 Krytox™ 高性能润滑剂。
特别对于几乎完全依赖内燃技术(该技术可追溯到大约 150 年前)的行业而言,仅在几年间提出的上述标准是巨大的飞跃。虽然电动车和混合动力车可帮助该行业满足此标准的要求,但据一份报告预测,到 2025 年有电机的汽车仅占 25%²。
不过,部分得益于化工业的鼎力相助,汽车制造商才能找到新途径,借助传统内燃技术来达到这些宏大的效率目标。例如,科慕提供了 Krytox™,该系列合成润滑剂可持续使用数年、数十年,且适用于许多应用。除了在极有限的情况下以外,此润滑剂是完全惰性的化学品,因此现已成为许多行业的重要组分,其中包括航空航天、汽车、食品加工、燃油、发电等行业。
为满足提高的燃油里程要求,汽车行业将常见的四缸发动机精简为三缸发动机,现在甚至有一位欧洲汽车制造商推出了双缸汽车。为让这些小发动机达到大发动机的性能,制造商增加了涡轮增压器。其实,一位美国汽车制造商声称,其 1.0 升的涡轮增压三缸发动机的动力实际比其以前 1.6 升的四缸发动机高。³
但要让涡轮增压器运行也不简单。涡轮增压器以高达 300,000 rpm 的转速旋转时,才能在狭小的空间内提供较高的能量和热量。就增加的热量和极高的涡轮转速而言,大家可以想象到涡轮机很快就会烧坏。如果不使用适合的工业润滑油,这种情况就会发生。
值得庆幸的是,Krytox™ 润滑剂即使在日益严苛的环境下也能发挥出色的作用。在这样的环境下,高热可能会使传统润滑油分解或燃烧,而 Krytox™ 产品则可以丝毫不受影响地发挥作用。只要在指定温度范围(根据等级,润滑剂工作温度范围在 -70°C (-94°F) 至 399°C (750°F) 之间)内使用,Krytox™ 润滑剂就不会在纯镍容器中降解或分解。与碳氢化合物不同,此润滑油不可燃,因此不会燃烧或碳化。
随着汽车发动机的内部环境变得更为严苛,汽车内部的环境已变得更引人注目。使用先进的发动机管理系统,发动机可更安静地运行,而且电机也可更为安静。但这提出了新的挑战,因为驾驶员和乘客会听到以前被发动机噪音掩盖的吱吱声和嘎吱声。
科慕注意到了汽车行业所面临的这一与众不同的新挑战。“你可以使用传统润滑脂来消除机械噪音,”科慕业务发展经理 Rob French 说。“但在路上行驶 20,000 英里,那种吱吱声可能又会出现,因为润滑脂干了或者是已渗透到周围的塑料中。”
不过,科慕又想到了解决方法。“Krytox™ 产品解决了这个问题,因为此产品不会干涸,不会降解,而会在汽车的使用寿命内一直留在其部件上,”French 说。“使用一次就会让人满意。”
正是这些属性使 Krytox™ 润滑剂能够在更艰难的环境中发挥作用:航空航天环境。此工业润滑油经精心设计,能够适应极限温度、变压、辐射、真空等环境,可用于飞机、卫星和航天器。
从反复的温度和变压循环到高强度机械应力和长久的维护周期,先进的航空领域需应对许多苛刻的条件。Krytox™ 润滑剂在帮助恶劣气候条件下运行的 UAV 组件延长使用寿命,或帮助飞机燃油泵和直升机液压泵齿条保持长久润滑效果时,才彰显出自己的实力。
在离开地球大气层后,环境会变得更极端。例如,要找到适合太空服的润滑油特别困难。虽然太空服内部有压力,但在太空真空环境下需面对外部的零压力环境。而且当宇航员从阳光处移到背光处时,太空服外层可能会承受数百度的温度变化。由于 Krytox™ 润滑剂可在如此大的温度范围内保持其润滑性(不会像传统润滑油一样渗出接合点),因此能够帮助太空服在这种最不利的环境下正常发挥作用。
火箭发动机需应对更不利的条件。当火箭从温暖有气压的地表飞向寒冷真空的太空时,一直处于不可思议的震动状态,因此火箭发动机必须提供巨大的能量。Krytox™ 再次提供支持,润滑火箭发动机的多个活动部件,包括提供燃油和氧气的涡轮机和泵。
实际上,每批 Krytox™ 润滑剂都是针对特定应用进行定制的。它可以制成润滑油或润滑脂,具有 20 种基础的变体。不过,科慕工程师还可与客户共同合作,针对特定使用和广泛的行业(如食品生产和空间卫星工程)来调整润滑油(脂)的特性。配方经过调整,可提供抗腐蚀性和导电性等特性;制备好的配方可用于寒冷的太空,也可用于极热的涡轮增压器。
虽然技术可能会发展,但来年的挑战依然是无法预测的,更别说预测 2030 年会发生什么。因此科慕每天都会与客户讨论,寻找各种方法预见问题并定制解决方案。
¹来源:http://pages.chemours.com/rs/509-VCL-038/images/Whitepaper_Auto_101_2017edits.pdf
²来源:http://www.goldmansachs.com/our-thinking/technology-driving-innovation/cars-2025/
³来源:https://www.economist.com/news/science-and-technology/21679767-internal-combustion-engines-are-getting-smaller-more-economical-and-cleanerall