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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，已經形成了新能源、輕量化、智能化、車聯(lián)網四大發(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)網因需要投入大量的電子電器產品，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構中，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年國內乘用車塑料消耗量為403萬噸
雖然國內汽車產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。但因為未能打入關鍵結構件、功能件和安全件使用領域，如果單純通過發(fā)展已經趨于瓶頸的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。根據電池組的設計原理，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

根據經濟合作與發(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域。

近年來，全球大型汽車生產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品的應用，如今在北美市場，福特汽車已經在汽車上使用了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”。數據顯示，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，現在廢舊輪胎已經近4億條了。
設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，最大特點是可實現生物降解和輕量化。
但即便概念產品很吸引人，根據公布的數據看，全球塑料產量約為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，推動其在汽車領域的應用。
總結
在汽車生產中，100kg的塑料可以替代200~300kg的其他材料，從而實現節(jié)油0.5L/百公里。目前，中國各類型汽車使用塑料已經達到了每輛130~160kg，轎車上塑料用量已經達到了整車自重的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，提高領軍力會是我們需要思考的。

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