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高性能塑料和生物基塑料成焦點，車用塑料邁入新時代

2019-5-21 15:48:02

汽車工業(yè)發(fā)展至今，已經(jīng)形成了新能源、輕量化、智能化、車聯(lián)網(wǎng)四大發(fā)展方向。
新能源、輕量化直接促進塑料件在汽車上的應用，比如內(nèi)外飾中的塑料保險杠、擋泥板、車輪罩等配件的使用已成為常態(tài)，新一輪的產(chǎn)品變革中，塑料前端框架、塑料尾門等也將成為重點發(fā)展對象。
不同于前兩者直接推動，智能化、車聯(lián)網(wǎng)因需要投入大量的電子電器產(chǎn)品，會通過間接的方式推動塑料的使用，比如新能源動力電池結(jié)構(gòu)中，支架、框架和端板通常會選擇有阻燃性的PPE、PC/ABS合金及阻燃增強PA材料。

單就乘用車單車塑料消耗145kg計算，2018年國內(nèi)乘用車塑料消耗量為403萬噸
雖然國內(nèi)汽車產(chǎn)量在過去的一年有所下滑(2780.9萬輛)，但中國仍是全球最大的汽車市場。與發(fā)達國家相比，中國人均汽車保有量仍具有較大的發(fā)展空間，因此國內(nèi)汽車塑料件行業(yè)的發(fā)展?jié)摿σ廊缓艽蟆?/span>
而從全球市場看，多方集團也正在積極推動車用塑料的創(chuàng)新發(fā)展，比如就在去年誕生了世界首款90%重要零部件均由塑料制成的汽車。該概念車在政府創(chuàng)新技術(shù)計劃框架下研制，由東京大學科學家與汽車制造商合作完成，因使用了多種塑料，重量比普通汽車減輕40%。
總結(jié)來看，車用塑料從單一的輕量化目標逐步拓寬并豐富了發(fā)展思路，像高性能塑料、生物基可降解塑料就已然成為行業(yè)熱點。
高性能塑料
當前，PP(聚丙烯材料)及改性PP被大量應用在汽車內(nèi)飾件、外飾件及引擎罩下部件中。發(fā)達汽車工業(yè)國家單車PP材料使用量要占到整車塑料的30%，是汽車上所有塑料材料中用量最大的品種。
據(jù)發(fā)展規(guī)劃，到2020年，汽車平均塑料用量目標達到500kg/輛以上，約占整車用料的1/3以上。但因為未能打入關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件、功能件和安全件使用領(lǐng)域，如果單純通過發(fā)展已經(jīng)趨于瓶頸的PP(聚丙烯材料)及改性PP推動車用平均塑料的增長，難度可謂不小。要進一步增加車用塑料的應用率，品質(zhì)輕且機械性能強大的高性能塑料必須要發(fā)力才行。

PP在汽車零部件中的應用
但是機遇是和挑戰(zhàn)并存的。舉例來說，為了精確地在小空間中放置大量的電池單元，電池座和電池支架以及外殼組件必須具有非常強大的尺寸穩(wěn)定性及高度的機械堅固性。根據(jù)電池組的設(shè)計原理，該材料還必須具有阻燃性，此外，即使是在壁厚低至0.75mm的情況下，也要符合美國保險商試驗所的UL94可燃等級的V-0級。又或者在發(fā)動機輕量化上，目前的小型化渦輪增壓發(fā)動機能夠產(chǎn)生非常高的溫度，這使得采用塑料對發(fā)動機零部件進行金屬置換非常具有挑戰(zhàn)性。

但高性能塑料的優(yōu)點也不能不考慮進來，比如對正時系統(tǒng)、油底殼和軸承座殼等發(fā)動機零部件而言，工程塑料相比于金屬可減少摩擦，有利于提升燃燒效率。在過去的一年，不少企業(yè)抓住了潮流方向，并展示了自家的高性能塑料應用案例。
生物基可降解塑料

根據(jù)經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(OECD)發(fā)布的報告顯示，自2015年以來，全球塑料垃圾的產(chǎn)生量持續(xù)增加，每年超過3億噸流入環(huán)境中, 預測到2050年將達到約120億噸。
正因此，車用塑料除了考慮擴寬汽車零部件的覆蓋率外，還必須考慮“綠色、環(huán)保、可再生、易降解”的問題。解決這個問題的關(guān)鍵就在生物基可降解塑料，這種材料具有可降解、原材料來源廣泛、氣味小、VOCs(揮發(fā)性有機化合物)含量低等優(yōu)點。在“中國制造2025”中，生物基可降解塑料就被納入新材料前沿研究領(lǐng)域。

近年來，全球大型汽車生產(chǎn)廠以及材料供應商紛紛加大對生物基可降解塑料的研發(fā)投入，比如福特汽車(FORD)在2008年就開始研究此類產(chǎn)品的應用，如今在北美市場，福特汽車已經(jīng)在汽車上使用了8種可持續(xù)發(fā)展材料，包括大豆泡沫、蓖麻油、麥秸、洋麻纖維、纖維素、木材、椰子纖維以及稻殼。
供應商方面，米其林(MICHELIN)推出的Visionary Concept概念輪胎正是瞄準了廢棄輪胎所引發(fā)的“黑色污染”。數(shù)據(jù)顯示，2015年僅中國廢舊輪胎就高達3.3億條，且每年以8%~10%的速度遞增，現(xiàn)在廢舊輪胎已經(jīng)近4億條了。
設(shè)計極具先鋒性的不僅是米其林一家，比如在去年，荷蘭埃因霍溫理工大學(Eindhoven University of Technology)生物汽車團隊發(fā)布出了一款可降解汽車Lina，這款車除車輪和懸架系統(tǒng)，均使用由亞麻和甜菜制成的生物基復合材料，最大特點是可實現(xiàn)生物降解和輕量化。
但即便概念產(chǎn)品很吸引人，根據(jù)公布的數(shù)據(jù)看，全球塑料產(chǎn)量約為3.35億噸，其中生物基塑料僅占到了1%，這與其成本高、耐熱性差、降解性不可控等缺陷有直接關(guān)系。
生物基可降解塑料未來在汽車行業(yè)的發(fā)展方向，一是開發(fā)達到汽車行業(yè)應用性能要求生物基復合材料，推廣應用并擴大市場規(guī)模;二是開發(fā)低成本、高性能的生物基材;三是采用生物基纖維或無機長纖維對生物基可降解塑料進行改性，進一步改善生物基塑料的綜合性能，推動其在汽車領(lǐng)域的應用。
總結(jié)
在汽車生產(chǎn)中，100kg的塑料可以替代200~300kg的其他材料，從而實現(xiàn)節(jié)油0.5L/百公里。目前，中國各類型汽車使用塑料已經(jīng)達到了每輛130~160kg，轎車上塑料用量已經(jīng)達到了整車自重的10%左右，與世界先進水平(9%-12%)相當。而在下一階段，如何抓住發(fā)展潮流，提高領(lǐng)軍力會是我們需要思考的。

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