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行业动态 / Enterprise News

材料 | 车用塑料发展新趋势
发布日期:2018-06-08
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2016年,随着全球175个国家签署《巴黎协定》,绿色低碳开始成为影响世界经济的一项重要因素。汽车轻量化作为降低汽车碳排放、提高燃烧效率的有效措施,成为车用材料越来越重要的研发方向。


绿色、环保已成为车用材料的重要主题。实现汽车轻量化和绿色环保,除了优化结构与工艺设计外,材料成为关键因素。而塑料因为其优异表现,在汽车轻量化过程中正发挥着重要的作用。


在我国本土汽车工业迅猛发展的带动下,中国塑料产业在汽车轻量化进程中正在经历从引进到创新、从追随到引领的转变。除了目前已经广泛应用的传统汽车内外饰,高性能工程塑料、微发泡材料、免喷涂材料以及新型纤维复合材料正在成为汽车应用的主流趋势,并且日益受到汽车制造商和材料企业的关注。


我国车用塑料比重逐渐接近国外水平


据不完全统计,我国自主品牌汽车塑料使用量大致在110-140kg/辆,轿车上塑料使用量达整车自重9-10%,接近国外9-12%的水平。在车用改性塑料领域,主要集中在PP、ABS和PA等产品上。


PP改性主要通过加入增强剂和增韧剂来提高材料刚性、耐热性、低温冲击性、尺寸稳定性和降本的目的。常用的PP改性材料有玻璃纤维增强PP、滑石粉和碳酸钙增强PP等,其中玻纤增强PP材料通常用于汽车结构件和耐热零部件,如滤清器壳、冷却风扇等;矿物填充改性PP通常用于内外饰件,如保险杠、仪表板、立柱等。


ABS材料由于耐候变色性差、耐热性不足等缺陷,通常与其他材料共混后制备出新的改性产品。其中PC/ABS合金是目前商业化程度最高的聚合物合金,可用于汽车装饰条、汽车把手、汽车仪表壳、车灯等高强度、高耐热零件。


性能出众的尼龙材料备受青睐


除了PP、ABS等通用工程材料以外,以PA6、PA66、长碳链尼龙为代表的尼龙塑料,以优异的机械性能、电性能和尺寸稳定性,在汽车上的应用受到越来越多认可。特别是发动机周边更高的使用温度、更强烈的腐蚀环境,对塑料的使用提出了更为严苛的条件。而尼龙材料凭借优异的耐温性、抗化学品性和良好的机械性能,在汽车中具有非常大的应用潜力。尼龙改性材料在汽车领域的应用主要以结构件为主,对汽车的安全性至关重要,因此车用尼龙材料的要求也更为严格,它成为衡量材料生产企业技术水平的重要标志。


目前,汽车行业已成为尼龙改性材料的最大消费市场,占其市场总需求量的30%左右。以BMW328I为例,车用塑料使用量为162Kg,PA材料使用量为21.8Kg,占比达到13%。常见的车用尼龙材料以玻璃纤维/矿物增强PA6和PA66为主,可用于进气歧管、发动机气缸罩盖、散热器水室、油门脚踏板、热交换器、油底壳和后视镜支架等部件。


尼龙材料制成的汽车水室与进气歧管

车用材料4大新技术开发方向

除了上述已经广泛应用于汽车行业的改性材料以外,改性技术的进步也衍生出许多非常有潜力新方向,已经成为汽车制造企业关注的重点。


低气味材料——让车内空气更健康


2016年环保部公布《乘用车内空气质量评价指南(修订稿)》,新标准替代GB/T 27630-2011《乘用车内空气质量评价指南》,由推荐级别升级为强制级别。本次标准修订,原有八种控制物质不变(内苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛),车内空气质量污染限值具体如下:



可以看出,汽车主机厂和零部件生产企业对VOC的管控和开发工作将更加严格,对低气味材料的需求变得更为迫切。以浙江吉利汽车为例,其不仅对常用内饰件用矿物填充PP有气味的严格限制要求,对内饰件的其他部件如GF增强PP材料、耐热ABS材料、PC/ABS合金材料的气味也作出了严格限制,对材料的生产和制造工艺提出了更高的要求。


在塑料生产、成型过程中,需要加入增塑剂、阻燃剂、脱模剂等添加剂。由于添加剂中含有大量苯、甲苯等有害物质,极易残留在塑料制品中并释放出来,因此可从材料选择和加工过程两方面进行考虑。目前常用的VOC控制方法主要通过选择热稳定性更强的添加剂,并配合采用自然脱挥、真空脱挥相结合的生产处理方式,以减少有害物质在塑料制品中的残留量。


低气味材料制成的车用安全锤


免喷涂材料——让汽车更环保


为了实现内外饰件更靓丽的外观,很多装饰件都进行了油漆喷涂,以获得不同效果的金属质感。但喷涂工艺存在工序复杂、污染环境、生产成本高、制件易脱漆等缺陷,如果能在注塑过程中直接赋予制件良好的外观效果,则能起到节能减排、降低生产成本的效果。


免喷涂材料正是基于上述需求,解决了传统塑料的弊病,满足产品使用功能的同时,兼具装饰与美观的作用。相比传统改性塑料而言,免喷涂材料具有丰富的色彩、良好的表面光泽、满足多元化的美学需求、更加环保、100%回收再利用、综合使用成本低等诸多优点。


在汽车领域,免喷涂材料主要以高光和金属光泽的应用为主高光免喷涂材料主要有PMMA/ASA、PC和ASA,他们主要应用在汽车控制面板、格栅、挡泥板等部件。金属光泽效果的免喷涂材料主要以PP、ABS、PC/ABS、PMMA、PA为主,可以替代电镀塑料,用于汽车保险杠、踏板、行李支架等制件。


免喷涂材料色板与制品

LFT塑料——让汽车制造成本更低


LFT塑料是以热塑性树脂为基体,以长玻纤(主要为玻璃纤维和碳纤维)为增强材料的热塑性复合材料,具有质量轻、强度高、抗冲击韧性强、耐腐蚀、成型加工性能优、可设计与重复回收利用、绿色环保等卓越性能。目前LFT塑料主要以玻璃纤维为主,塑料基体主要是聚丙烯(占塑料基体80%以上),主要应用于汽车半结构与结构零部件制造,可以取代轻质金属和昂贵的工程塑料。


从下图中可以看出,长玻纤PP材料的力学性能与PA+GF30和PBT+GF30性能接近,可在某些领域替代PA和PBT工程塑料,实现降本。同时,由于密度更低,可实现制件的轻量化。目前,长玻纤PP材料已被部分汽车制造商用于车用脚踏板、蓄电池托盘、车门模块、前端模块和汽车尾门等部件,不仅替代了原有成本更高的铝制金属或PA材料,而且实现了制件的模块化设计,进一步降低了汽车厂商的生产制造成本。


长玻纤PP材料与工程塑料性能对比-1


长玻纤PP材料与工程塑料性能对比-2


虽然我国LFT塑料的研究时间起步于20世纪80-90年代,与国外相差并不多,但在产业化进程和应用开发进程方面却相对缓慢。LFT塑料原材料90%以上都来自欧美、日韩,国内汽车复合材料的制造与应用水平还很低。但这对于材料生产厂商来说又无疑存在巨大的发展空间,特别是我国汽车制造水平与国外厂商的差距正逐步缩小,对LFT塑料的需求也将日益显著。


微发泡注塑材料——让汽车更轻盈


微发泡技术最早由美国麻省理工学院提出,其主要原理是使用超临界流体作为发泡剂,成功研制出了微孔发泡塑料。与未发泡的塑料相比,微孔发泡注塑技术具有降低锁模力、提高产品尺寸稳定性和缩短注塑成型周期等诸多优势。微孔发泡制成品具有更长的疲劳寿命、更低的制件密度、更高的断裂韧度和更好的能量吸收能力。但微发泡注塑成型工艺生产的产品表面存在螺旋纹和银纹等缺陷,阻碍了此技术在外观产品中的推广应用,为此研究者从不同的方向进行了工艺改进。


为更好地推广改性技术在汽车领域的应用,金旸以“化学微发泡注塑PP材料”为课题,通过反复实验,最终获得了良好表面外观质量,并最终用于汽车门板内饰中。该材料采用先进的“三明治”结构,不仅外观质量优异、性能损失小,可实现5%~20%的减重效果,而且在加工阶段能缩短材料注塑周期、降低10%~30%的能耗,并可应用于填充PP体系和玻纤增强PP体系,该材料目前已广泛应用于汽车零部件。不仅如此,这款产品能同时满足低气味要求,符合汽车内饰标准,可应用薄壁产品,并且隔热隔音性能良好。


微发泡PP材料“微孔结构”

塑料以其质量轻、设计自由度大、制造成本低、性能优异而获得汽车制造商的青睐。而节能减排、提高安全性是汽车及其供应商技术创新的永恒主题。除了提高发动机工作效率以外,降低汽车自重仍是一个很好的选择。这也促进了材料开发商与汽车企业之间的良好互动。相信在这种良好的氛围下,我们也会开发出越来越多的塑料新材料,以满足人们对汽车安全、轻量化及美观、环保的消费需求。


本文转载自链塑网



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