车用塑料大盘点!轻量化非金属材料究竟有哪些?
作为关键的轻量化非金属材料,近年来在汽车上的用量快速攀升,并呈现出“以塑代钢”的趋势。改性塑料在汽车上分别涵盖聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)等三种改性多样、应用丰富的典型车用塑料。
改性塑料以其较好的成本优势、完美的减重效果、优异的综合性能,成为汽车领域重要的轻量化材料。
汽车轻量化是在满足汽车使用要求和安全,以及生产成本控制的条件下,尽可能地降低汽车整备质量,从而提高汽车的动力性,降低燃料消耗,减少排气污染。汽车轻量化主要包括轻量化材料、先进工艺、结构优化三个方面,其中轻量化材料的应用是实现汽车减重最直接的途径。
背景发展
据中国汽车工业协会近日公布的数据,2022 年我国汽车产销分别完成2 702.1万辆和2 686.4万辆(同比分别增长3.4%和2.1%),连续14年稳居全球第一。
汽车工业的迅猛发展,为经济注入了强大活力,极大地改善了人民的生活水平,如果处理不好也让能源和环境问题日益严峻。研究表明,汽车轻量化是节能减排的有效途径,燃油车整备质量每降低10%,油耗可下降6%~8%,排放能减少4%;而电动车整备质量每降低10 kg,续航里程可增加2.5 km。
典型车用塑料
聚丙烯(PP)车用性
PP被认为是最轻的塑料,密度仅有0.89~0.91 g/cm3,且具有良好综合性能及价格优势,是非常理想的汽车轻量化材料。PP 适用于共聚、交联、填充、增强等多种改性方法灵活,品种丰富,是车用塑料中用量最大、频次最高、发展最快的品种。以中级轿车为例,PP类材料的选用频次高达30%,其用量占整车塑料用量的50%以上。
用改性PP制造的汽车零部件超过60余种,其中保险杠、仪表板、车门内板、空调器件等用量较多,合计用量超过车用PP总量的60%。
聚酰胺(PA)
PA具有良好的力学性能、耐热性、耐磨性、耐化学药品性和自润滑性,且有一定的阻燃性,易于加工成型,广泛应用于汽车、电器、特种设备等领域。根据结构中二元胺和二元酸或氨基酸含有碳原子数的不同,可制得几十种 PA,如PA6,PA66,PA11,PA12 等。其中 PA6 和 PA66 是车用 PA 的主要品种,全球超过一半的PA6和PA66用于汽车领域。
丙烯腈-丁二烯-
苯乙烯塑料(ABS)
ABS 价格适中,广泛应用于机械、汽车、电子电器等领域。2021 年,全球 ABS 产能超过 1 200 万 t,而我国产能为456万t,但国内ABS消费量达580万t,而汽车、摩托车、电动车的消费总量占14%左右。
其他塑料的车用及改性
在全球“限塑令”及我国《关于进一步加强塑料污染治理的意见》《“十四五”塑料污染治理行动方案》等多项塑料污染治理政策的实施下,改性聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二酯(PBS)、聚羟基烷酸酯(PHA)等生物可降解塑料有望成为车用塑料的新宠。
改性聚乳酸(PLA)
PLA的原料为乳酸,是生物基降解塑料的典型代表,其主要由玉米淀粉等生物质资源合成,常以纤维增强改性的形式用于汽车领域。
聚丁二酸丁二酯(PBS)
丰田的RAUM轿车曾采用洋麻纤维复合PLA制作备胎盖板,PP/PLA改性材料制作门板、侧围饰板等。日本东丽公司生产的环保型 PLA 纤维材料曾用于丰田雷克萨斯HS250H油电混合轿车的车身和车内地板覆盖物,这种材料也被用于车内顶棚和车门装饰。
上汽集团与同济大学合作开发出天然纤维PLA复合材料,用于上汽自主品牌汽车的内饰;PBS价格相对较低,也是国内外生物降解塑料研发与应用的重要品种,市场前景良好。全球领先汽车零部件公司佛吉亚和三菱化学合作,开发出一种天然纤维PBS聚合物,用于车门镶板饰条、结构仪表板和控制台嵌件等;
聚羟基烷酸酯(PHA)
PHA是一大家族材料,我国对它的研究开始较早,并得到了科技部、国家自然基金委等重大项目支持,经过多年的研究,技术已处于世界领先水平。PHA目前主要以纺织品的形式用于汽车脚垫、座套等,未来有望在低VOC、抗静电、阻燃及力学性能提升等方面进行改性,以进一步推广在汽车领域的应用。
轻量化不仅是实现汽车节能减排的有效方法,还是提升国家汽车产业自主创新能力的重要途径。改性塑料以其较好的成本优势、完美的减重效果、优异的综合性能,成为汽车不可或缺的轻量化材料。
“三高一低”的PP,高流动性、高耐热、无卤阻燃PA在汽车上广泛应用。抗菌、防静电、低噪音车用ABS已有大量成果涌现。PUR,PC,PE,POM的改性及特殊用途也在汽车上充分展现,生物可降解塑料的车用时代即将到来。
在我国《“十四五”原材料工业发展规划》、《塑料加工业“十四五”科技创新指导意见》等政策的进一步加持下,改性塑料必将在汽车领域迸发出更为强大的生命力。
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