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車用改性塑料:賦能新能源車輕量化

來源:中國石化報(bào) 時(shí)間:2024-11-27 08:47

編者按:

今年以來,中國石化化工銷售公司合成材料條線踐行以客戶為中心理念,加強(qiáng)行業(yè)洞察研究,組織梳理擬定了7個(gè)一級(jí)行業(yè)和52個(gè)二級(jí)行業(yè)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),并開展二級(jí)行業(yè)分區(qū)域市場調(diào)研工作,完成多篇行業(yè)洞察報(bào)告,取得了階段性行業(yè)深耕成果。本版精選部分行業(yè)洞察報(bào)告分享,敬請關(guān)注。

本版文字除署名外由 中國石化化工銷售有限公司華南分公司 朱潔瑩 提供

改性塑料在汽車工業(yè)中的作用和地位愈加明顯

塑料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用始于20世紀(jì)50年代。1千克塑料可以替代2~3千克鋼等更重的材料,汽車自重每下降10%,油耗可以降低6%~8%,因此增加塑料在汽車中的用量可以降低整車成本、重量,達(dá)到節(jié)能目的。20世紀(jì)70年代以來,塑料占汽車自重的比例不斷提高。隨著近年來國內(nèi)新能源汽車大力發(fā)展,目前國內(nèi)整車塑料用量大致為120~200千克/輛,占整車重量10%~15%。

改性塑料已普遍應(yīng)用于汽車的內(nèi)外裝飾,如儀表板總成、座椅系統(tǒng)附件、門板、立柱護(hù)板等內(nèi)飾件,以及保險(xiǎn)杠、散熱格柵、車燈、輪罩等外飾件制造,在汽車工業(yè)中的作用和地位愈加明顯。

從汽車用改性塑料占比來看,目前低密度、高性能、易回收的改性聚丙烯(PP)在汽車用改性塑料中應(yīng)用最廣,占比為46%;改性聚酰胺(PA),占比為8%;其他細(xì)分產(chǎn)品的占比相對(duì)較小。

從市場規(guī)模看,2019~2023年改性PP的年均復(fù)合增長率為11.72%,主要下游應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)榧译姾推?。汽車輕量化已成為汽車制造的主要方向,聚丙烯材料以性價(jià)比高、密度小、耐熱性能優(yōu)異、耐化學(xué)藥品腐蝕、易成型加工和回收利用等特性,在汽車上得到了廣泛應(yīng)用。在乘用車中,聚丙烯汽車零部件主要品種有:保險(xiǎn)杠、儀表板、門內(nèi)飾板、空調(diào)器零部件、蓄電池外殼、冷卻風(fēng)扇、方向盤等,其中前五種占全車聚丙烯用量的一半以上。近年來,更有把汽車內(nèi)飾和外飾材料統(tǒng)一為聚丙烯系列材料的趨勢。除少量部件采用純聚丙烯樹脂加工外,大部分部件采用改性聚丙烯材料進(jìn)行加工。

國內(nèi)主要車用改性塑料市場情況分析

1.均聚聚丙烯

車用改性塑料中最常用的均聚聚丙烯有普通拉絲料、纖維料、高結(jié)晶、高剛薄壁注塑料等。

2.高熔指抗沖共聚聚丙烯

(1)30熔指10抗沖 高熔指抗沖共聚聚丙烯產(chǎn)品典型的指標(biāo)為熔指30左右,彎曲強(qiáng)度1100以上,沖擊強(qiáng)度9~10。這類產(chǎn)品是汽車改性塑料中用量最大的產(chǎn)品,國內(nèi)經(jīng)過多年的產(chǎn)品開發(fā)和推廣,已逐漸形成一批穩(wěn)定產(chǎn)品,如中科煉化EP548R產(chǎn)品自2021年底面世以來,通過與車用改性塑料客戶的不斷磨合,已成為華南區(qū)內(nèi)的典型高熔指抗沖牌號(hào),每個(gè)月在車用改性塑料中的應(yīng)用量為3000~4000噸;廣州石化K7227、茂名石化K7726H也已開發(fā)多年,產(chǎn)品有一批穩(wěn)定受眾;其他企業(yè)也紛紛瞄準(zhǔn)高熔指抗沖共聚聚丙烯產(chǎn)品開發(fā),未來競爭將越來越激烈。

(2)30熔指50抗沖 在高熔指抗沖聚丙烯中,沖擊強(qiáng)度大于40的產(chǎn)品目前較少,原因是生產(chǎn)難度較大,因沖擊強(qiáng)度高,需提高產(chǎn)品的橡膠含量,橡膠含量的提高導(dǎo)致了粉料發(fā)黏情況嚴(yán)重,容易在裝置中發(fā)生堵塞。

隨著近年來新能源汽車高速發(fā)展,汽車保險(xiǎn)杠、前備廂等部件訂單增多,車用改性企業(yè)對(duì)生產(chǎn)效率高且沖擊性能優(yōu)越的30熔指50抗沖聚丙烯需求也相應(yīng)增加。之前,燕山石化、茂名石化和國外某企業(yè)在該產(chǎn)品上呈現(xiàn)三足鼎立的競爭格局。隨著廣州石化、中韓石化等企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)投放,原料國產(chǎn)化進(jìn)程加快。

3.三高聚丙烯產(chǎn)品

三高聚丙烯指的是高熔指,熔指高于30,可以提高生產(chǎn)效率,保證產(chǎn)品順利成型和良好外觀;高強(qiáng)度,抗拉強(qiáng)度大于等于1800兆帕,適用薄壁化設(shè)計(jì),維持產(chǎn)品剛度,并減少材料用量;高沖擊,適用于薄壁化設(shè)計(jì),可確保產(chǎn)品通過側(cè)撞等實(shí)驗(yàn)。三高聚丙烯產(chǎn)品的工程化設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于三個(gè)高指標(biāo)同時(shí)實(shí)現(xiàn)。

目前,國內(nèi)三高聚丙烯年總需求量約15萬噸,其中60熔指附近的產(chǎn)品需求量最大,約占60%,年需求量約9萬噸,而30熔指和100熔指附近的需求量分別約6萬噸。

國內(nèi)企業(yè)中,鎮(zhèn)海煉化、茂名石化等均開發(fā)了35熔指的高熔指產(chǎn)品,產(chǎn)品性能接近同類標(biāo)桿產(chǎn)品BX3800。鎮(zhèn)海煉化生產(chǎn)的M60RHC是目前國內(nèi)三高聚丙烯開發(fā)最成熟的產(chǎn)品。

2018年以前,三高聚丙烯產(chǎn)品以進(jìn)口為主,約占總需求的70%。經(jīng)過國內(nèi)煉化企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)推廣后,目前進(jìn)口依存度降為20%。

車用改性塑料行業(yè)將持續(xù)開發(fā)新材料新技術(shù)

車用改性塑料的發(fā)展趨勢集中在提升材料的環(huán)保性能、機(jī)械性能、電磁性能和輕量化能力。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步和市場需求日益增長,車用改性塑料行業(yè)將繼續(xù)推動(dòng)新材料和新技術(shù)的開發(fā),以滿足汽車工業(yè)未來發(fā)展需求。

低氣味/低散發(fā)原料

隨著消費(fèi)者對(duì)健康和環(huán)保日益關(guān)注,汽車內(nèi)飾材料的環(huán)保性能成為主機(jī)廠關(guān)注的焦點(diǎn)。低氣味和低散發(fā)特性的改性塑料需求日益增長,以滿足嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和提升乘客的舒適度。

PP氣味控制:針對(duì)特定標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)低氣味級(jí)別的聚丙烯材料。

高霧化性能:提升材料的霧化性能至≥90%,以確保材料在高溫環(huán)境中的穩(wěn)定性。

環(huán)保助劑:使用低氣味抗氧劑和加工助劑,減少材料加工和使用過程中的有害氣體釋放。

高剛/高韌聚丙烯

汽車輕量化需求推動(dòng)了對(duì)改性聚丙烯材料性能的更高要求,特別是流動(dòng)性、剛性和韌性。

均聚聚丙烯性能提升:開發(fā)具有高熔體流動(dòng)速率、高拉伸強(qiáng)度和高模量的均聚聚丙烯,以滿足復(fù)雜部件的成型需求。

共聚聚丙烯性能優(yōu)化:提高共聚聚丙烯的熔體流動(dòng)速率和沖擊強(qiáng)度,以適應(yīng)更嚴(yán)格的汽車部件性能要求。

滿足水性漆噴涂要求的原材料

在環(huán)保政策的推動(dòng)下,水性漆噴涂成為汽車涂裝的新趨勢,對(duì)車用改性塑料的兼容性提出了新要求。

水性漆兼容彈性體:研發(fā)適合水性漆噴涂的彈性體,提高涂層的附著力和外觀質(zhì)量。

水性漆親和力助劑:使用與水性漆相容的助劑,增強(qiáng)涂層的性能和耐用性。

電磁調(diào)控相關(guān)技術(shù)用原料

汽車電子化和智能化的發(fā)展,對(duì)改性塑料的電磁性能提出了新的要求。

低介電常數(shù)改性聚丙烯:開發(fā)具有超低介電常數(shù)的改性聚丙烯,以滿足汽車電子設(shè)備對(duì)信號(hào)傳輸性能的需求。

電磁屏蔽改性聚丙烯:提供優(yōu)異的電磁屏蔽性能,保護(hù)汽車內(nèi)部電子設(shè)備免受外部電磁干擾。

抗疲勞/蠕變性能優(yōu)異原材料

新能源汽車的工作溫度變化對(duì)改性塑料的耐熱性和機(jī)械性提出了更高要求。

高抗疲勞蠕變樹脂:開發(fā)能夠在寬溫度范圍內(nèi)保持高抗疲勞和低蠕變性能的樹脂,以適應(yīng)新能源汽車的運(yùn)行環(huán)境。

增強(qiáng)填料:使用高性能增強(qiáng)填料,提高改性塑料的機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性能。

環(huán)境適應(yīng)性增強(qiáng)的原材料

汽車要在各種環(huán)境中行駛,因此車用改性塑料的環(huán)境適應(yīng)性是應(yīng)用的關(guān)鍵。

耐候性提升:通過添加耐候性助劑,如紫外線吸收劑和光穩(wěn)定劑,提高改性塑料的耐候性,保證材料在長時(shí)間日曬雨淋下的性能穩(wěn)定。

耐化學(xué)腐蝕性:針對(duì)特定化學(xué)介質(zhì),如汽油、清潔劑等,開發(fā)具有優(yōu)良耐化學(xué)腐蝕性的改性塑料,以滿足汽車部件的特殊要求。

特殊填充材料或彈性體助力輕量化

輕量化是汽車行業(yè)節(jié)能減排重要途徑,特殊填充材料和彈性體在其中扮演著關(guān)鍵角色。

增剛和降低線性熱膨脹系(CLTE)填充材料:利用具有優(yōu)異增剛和降低CLTE效果的填充材料,提高部件的尺寸穩(wěn)定性和機(jī)械性能。

高流動(dòng)性增韌彈性體:開發(fā)具有更強(qiáng)流動(dòng)性和增韌效果的彈性體,以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜部件的高效成型和性能提升。

對(duì)國內(nèi)化工企業(yè)發(fā)展車用改性塑料的建議

注重高端產(chǎn)品開發(fā)及定制解決方案

國內(nèi)化工企業(yè)未來一方面要專注于研發(fā)具有更高性能的聚丙烯車用改性基料,如高強(qiáng)度、高韌性、耐高溫、耐化學(xué)品等特性,以滿足汽車、電子、家電等行業(yè)的高端應(yīng)用需求,降低下游改性塑料企業(yè)配方投入的成本。另一方面要從客戶需求出發(fā)定制產(chǎn)品,從產(chǎn)業(yè)鏈源頭提供更加精準(zhǔn)的材料解決方案,通過實(shí)地調(diào)研,深入了解客戶對(duì)材料性能和應(yīng)用場景等方面的特定要求,并初步探討技術(shù)創(chuàng)新方向;同步建立精細(xì)化的產(chǎn)品開發(fā)流程,剖析目標(biāo)產(chǎn)品的宏觀表征和微觀結(jié)構(gòu),精確調(diào)控裝置生產(chǎn)配方和參數(shù),確保產(chǎn)品不僅在宏觀上展現(xiàn)出卓越的物理性能,而且在微觀層面上也符合客戶要求,全面實(shí)現(xiàn)客戶對(duì)產(chǎn)品的定制目標(biāo)。

發(fā)揮產(chǎn)銷研用一體化優(yōu)勢

為全面提升車用改性塑料的源頭產(chǎn)品優(yōu)勢,以高效響應(yīng)客戶對(duì)產(chǎn)品的高精尖指標(biāo)要求、提高客戶滿意度,化工企業(yè)應(yīng)鼓勵(lì)不同部門之間溝通、協(xié)作,打破部門壁壘,形成共同的目標(biāo)和愿景。通過跨部門團(tuán)隊(duì)合作,促進(jìn)知識(shí)共享和創(chuàng)新思維碰撞,確保產(chǎn)品和服務(wù)的一致性和高質(zhì)量,提升品牌形象。

全力開發(fā)環(huán)保材料

塑料因其可塑性強(qiáng)、質(zhì)量輕、回收再利用率高等特性,在汽車工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。汽車塑料回收將形成一個(gè)巨大的市場,在原料端,一是提高車用改性塑料的可循環(huán)性及綠色性,通過提高材料的回收利用率,助力下游研發(fā)易于回收的改性塑料配方,通過設(shè)計(jì)可拆卸的產(chǎn)品和使用易分離的材料,提高塑料制品的回收率;二是開發(fā)生物基或生物降解等環(huán)保產(chǎn)品,開發(fā)基于生物基原料的改性塑料,如聚乳酸(PLA)、聚羥基脂肪酸酯(PHA)等,這些材料來源于可再生資源,具有更好的生物可降解性。

產(chǎn)品名片

·什么是改性塑料?

改性塑料是通過物理或化學(xué)方法對(duì)通用塑料和工程塑料進(jìn)行改性,以提高其阻燃性、強(qiáng)度、抗沖擊性和韌性等的塑料制品。

·車用改性塑料主要包括哪些?

車用改性塑料主要包括改性聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等。目前改性聚丙烯是車用改性塑料應(yīng)用最廣的細(xì)分類別,占比達(dá)到46%。

·我國改性塑料市場形勢如何?

近年來,我國改性塑料市場經(jīng)歷了一系列挑戰(zhàn)和調(diào)整。2019年,國內(nèi)環(huán)保政策收緊、廢塑料進(jìn)口禁令實(shí)施等因素,導(dǎo)致原材料成本顯著上升。加之下游家電和汽車市場增速放緩,導(dǎo)致改性塑料市場規(guī)模增速下降。2020年,疫情對(duì)傳統(tǒng)改性塑料的需求造成了顯著影響。2021~2024年,隨著疫情逐漸受控和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)恢復(fù),改性塑料市場逐步復(fù)蘇,市場規(guī)模和產(chǎn)量均有所提升,技術(shù)創(chuàng)新和新產(chǎn)品開發(fā)成為企業(yè)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力,特別是在新能源汽車和家電領(lǐng)域,改性塑料的應(yīng)用需求持續(xù)增長,推動(dòng)了行業(yè)技術(shù)進(jìn)步和市場擴(kuò)張。

近年來,汽車用改性塑料單車用量保持增長。2014年平均單車使用改性塑料為123千克,2023年增至200千克。我國新能源汽車產(chǎn)量在未來將有較大幅度提升,在汽車輕量化的推動(dòng)下,我國平均單車改性塑料需求量將繼續(xù)增長。

新能源趨勢下車用聚烯烴發(fā)展新方向

□本報(bào)記者 程 強(qiáng)

我國是全球最大的汽車市場,也是全球最大的新能源汽車市場。2023年我國新能源汽車滲透率達(dá)31.6%,產(chǎn)銷量分別達(dá)958.7萬輛和949.5萬輛,比上年分別增長35.8%和37.9%。

我國汽車工業(yè)經(jīng)歷了初創(chuàng)、發(fā)展壯大、轉(zhuǎn)型升級(jí)、高速發(fā)展等階段,2011年至今進(jìn)入新能源化階段,當(dāng)前,智能化和網(wǎng)聯(lián)化正在重塑汽車生態(tài)。

汽車新能源化帶來零件的變化。如內(nèi)外飾方面,要求智能化、高亮多彩、低碳環(huán)保、輕量化、一體化、舒適化、人性化、科技感;結(jié)構(gòu)件方面,要求以塑代鋼、薄壁化、低密度、良外觀、低散發(fā)、可粘接;熱管理系統(tǒng)方面,要求高耐熱、集成化;電池系統(tǒng)方面,要求大容量、高電壓、大電流。

金發(fā)科技介紹,該公司自2000年進(jìn)入汽車材料市場,到2023年車用材料銷量達(dá)96.7萬噸,國內(nèi)第一、全球第二。該公司認(rèn)為,車用聚烯烴材料的發(fā)展方向是輕量節(jié)能、綠色環(huán)保、體驗(yàn)升級(jí)、光電智能。

以輕量化為例。汽車前后普通保險(xiǎn)杠重約10千克,薄壁保險(xiǎn)杠(平均壁厚2毫米,比普通保險(xiǎn)杠薄1毫米)可減重30%,可縮短成型周期、提高制造效率、降低碳排放,技術(shù)難點(diǎn)是需要同時(shí)實(shí)現(xiàn)高熔指、高強(qiáng)度、高抗沖且成本最優(yōu)化。

汽車行李箱儲(chǔ)物盒、門板、門把手、底護(hù)板、尾門板、副儀表板蓋板、立柱、座椅飾條等部件,采用微發(fā)泡材料,可實(shí)現(xiàn)不同程度減重。

采用可吹塑耐候SGFPP(短玻纖增強(qiáng)聚丙烯)材料也可實(shí)現(xiàn)輕量化,技術(shù)優(yōu)勢是安裝工藝簡單、機(jī)械性能優(yōu)異、模具成本低。

門框飾條是汽車車門內(nèi)側(cè)面板飾條,傳統(tǒng)使用尼龍?jiān)鰪?qiáng)材料,德系汽車主機(jī)廠對(duì)該零件進(jìn)行輕量化、烯烴化,使用軟觸感玻纖增強(qiáng)材料替代,后續(xù)有使用PCR(消費(fèi)后回收塑料)環(huán)保化趨勢。

汽車行業(yè)是碳排放大戶。通過使用環(huán)??苫厥詹牧稀⑸锘牧?,以及烯烴化和過程低碳,可助力汽車廠商實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

體驗(yàn)升級(jí)方面,為了提升駕駛員的安全性和舒適性、體現(xiàn)汽車內(nèi)飾件的高級(jí)感,可使用超低光澤材料。此外,造車新勢力帶動(dòng)了汽車新一輪的感官設(shè)計(jì),內(nèi)外飾件在色彩及顏色效果上的創(chuàng)新開發(fā)越來越多,已成為發(fā)展大勢,需要用到良感官效果材料、夜光效果聚烯烴材料等。

光電智能方面,需要用到透光聚烯烴材料。新能源汽車格柵去除后,前臉可實(shí)現(xiàn)更多新設(shè)計(jì),如燈光設(shè)計(jì)效果,目前采用PC(聚碳酸酯)噴涂后鐳雕實(shí)現(xiàn),存在性能過剩、成本過高、密度大、耐候性較差等問題,可通過開發(fā)透光PP(聚丙烯)來替代,材料要求光擴(kuò)散性好、透光率高、可注塑、低收縮、高韌性、優(yōu)異耐候性。

光電智能方面還要用到電磁屏蔽/吸波材料。汽車主動(dòng)安全性能的提升需要用到毫米波角雷達(dá),信號(hào)防干擾性對(duì)于毫米波角雷達(dá)判斷的準(zhǔn)確性至關(guān)重要,要求雷達(dá)支架有良好的吸波性。

汽車行業(yè)趨勢

新能源

·阻燃:低析出、低模垢、低腐蝕阻燃塑料

·高CTI(相對(duì)漏電起痕指數(shù)):超高電氣性能(CTI>800伏)工程塑料

·儲(chǔ)氫:注塑級(jí)擠出級(jí)儲(chǔ)氫罐材料/高潔凈氫能汽車工程塑料

智能化

·透光:高透光PP材料

·透波:低介電損耗材料

·電磁屏蔽:高電磁屏蔽材料

·優(yōu)良觸感:軟觸感、陶瓷觸感材料

低碳

·PCR(消費(fèi)后回收塑料):高性能PCR塑料

·生物基:生物基可再生塑料,植物纖維增強(qiáng)塑料

·高節(jié)拍:高流動(dòng)快速結(jié)晶材料

環(huán)保

·低散發(fā):低氣味、低VOC(揮發(fā)性有機(jī)物)內(nèi)飾材料

·免噴涂:免噴涂內(nèi)外飾材/高光黑材料/耐刮擦材料

·防輻射:電磁屏蔽材料

·良感官:內(nèi)飾低光澤/良觸感

·防霉抗菌:長效抗菌材料

輕量化

以塑代鋼:高性能工程塑料

烯烴化:高強(qiáng)度烯烴材料(SGF短玻璃纖維材料/LFT長纖維增強(qiáng)熱塑性材料)

微發(fā)泡:物理/化學(xué)發(fā)泡塑料

三高產(chǎn)品:高流動(dòng)、高剛性、高剛性塑料

( 責(zé)任編輯:王瑩 )