车用改性塑料引领新能源车轻量化革命！
财富
2024-12-02 17:31
上海
塑料在汽车工业中的应用始于20世纪50年代。1千克塑料可以替代2~3千克钢等更重的材料，汽车自重每下降10%，油耗可以降低6%~8%，因此增加塑料在汽车中的用量可以降低整车成本、重量，达到节能目的。20世纪70年代以来，塑料占汽车自重的比例不断提高。随着近年来国内新能源汽车大力发展，目前国内整车塑料用量大致为120~200千克/辆，占整车重量10%~15%。改性塑料已普遍应用于汽车的内外装饰，如仪表板总成、座椅系统附件、门板、立柱护板等内饰件，以及保险杠、散热格栅、车灯、轮罩等外饰件制造，在汽车工业中的作用和地位愈加明显。从汽车用改性塑料占比来看，目前低密度、高性能、易回收的改性聚丙烯（PP）在汽车用改性塑料中应用最广，占比为46%；改性聚酰胺（PA），占比为8%；其他细分产品的占比相对较小。从市场规模看，2019~2023年改性PP的年均复合增长率为11.72%，主要下游应用领域为家电和汽车。汽车轻量化已成为汽车制造的主要方向，聚丙烯材料以性价比高、密度小、耐热性能优异、耐化学药品腐蚀、易成型加工和回收利用等特性，在汽车上得到了广泛应用。在乘用车中，聚丙烯汽车零部件主要品种有：保险杠、仪表板、门内饰板、空调器零部件、蓄电池外壳、冷却风扇、方向盘等，其中前五种占全车聚丙烯用量的一半以上。近年来，更有把汽车内饰和外饰材料统一为聚丙烯系列材料的趋势。除少量部件采用纯聚丙烯树脂加工外，大部分部件采用改性聚丙烯材料进行加工。车用改性塑料中最常用的均聚聚丙烯有普通拉丝料、纤维料、高结晶、高刚薄壁注塑料等。(1)30熔指10抗冲 高熔指抗冲共聚聚丙烯产品典型的指标为熔指30左右，弯曲强度1100以上，冲击强度9~10。这类产品是汽车改性塑料中用量最大的产品，国内经过多年的产品开发和推广，已逐渐形成一批稳定产品，如中科炼化EP548R产品自2021年底面世以来，通过与车用改性塑料客户的不断磨合，已成为华南区内的典型高熔指抗冲牌号，每个月在车用改性塑料中的应用量为3000~4000吨；广州石化K7227、茂名石化K7726H也已开发多年，产品有一批稳定受众；其他企业也纷纷瞄准高熔指抗冲共聚聚丙烯产品开发，未来竞争将越来越激烈。(2)30熔指50抗冲 在高熔指抗冲聚丙烯中，冲击强度大于40的产品目前较少，原因是生产难度较大，因冲击强度高，需提高产品的橡胶含量，橡胶含量的提高导致了粉料发黏情况严重，容易在装置中发生堵塞。随着近年来新能源汽车高速发展，汽车保险杠、前备厢等部件订单增多，车用改性企业对生产效率高且冲击性能优越的30熔指50抗冲聚丙烯需求也相应增加。之前，燕山石化、茂名石化和国外某企业在该产品上呈现三足鼎立的竞争格局。随着广州石化、中韩石化等企业产品开发投放，原料国产化进程加快。三高聚丙烯指的是高熔指，熔指高于30，可以提高生产效率，保证产品顺利成型和良好外观；高强度，抗拉强度大于等于1800兆帕，适用薄壁化设计，维持产品刚度，并减少材料用量；高冲击，适用于薄壁化设计，可确保产品通过侧撞等实验。三高聚丙烯产品的工程化设计难点在于三个高指标同时实现。目前，国内三高聚丙烯年总需求量约15万吨，其中60熔指附近的产品需求量最大，约占60%，年需求量约9万吨，而30熔指和100熔指附近的需求量分别约6万吨。国内企业中，镇海炼化、茂名石化等均开发了35熔指的高熔指产品，产品性能接近同类标杆产品BX3800。镇海炼化生产的M60RHC是目前国内三高聚丙烯开发最成熟的产品。2018年以前，三高聚丙烯产品以进口为主，约占总需求的70%。经过国内炼化企业的产品开发推广后，目前进口依存度降为20%。车用改性塑料的发展趋势集中在提升材料的环保性能、机械性能、电磁性能和轻量化能力。随着技术不断进步和市场需求日益增长，车用改性塑料行业将继续推动新材料和新技术的开发，以满足汽车工业未来发展需求。随着消费者对健康和环保日益关注，汽车内饰材料的环保性能成为主机厂关注的焦点。低气味和低散发特性的改性塑料需求日益增长，以满足严格的环保标准和提升乘客的舒适度。PP气味控制：针对特定标准开发低气味级别的聚丙烯材料。高雾化性能：提升材料的雾化性能至≥90%，以确保材料在高温环境中的稳定性。环保助剂：使用低气味抗氧剂和加工助剂，减少材料加工和使用过程中的有害气体释放。汽车轻量化需求推动了对改性聚丙烯材料性能的更高要求，特别是流动性、刚性和韧性。均聚聚丙烯性能提升：开发具有高熔体流动速率、高拉伸强度和高模量的均聚聚丙烯，以满足复杂部件的成型需求。共聚聚丙烯性能优化：提高共聚聚丙烯的熔体流动速率和冲击强度，以适应更严格的汽车部件性能要求。在环保政策的推动下，水性漆喷涂成为汽车涂装的新趋势，对车用改性塑料的兼容性提出了新要求。水性漆兼容弹性体：研发适合水性漆喷涂的弹性体，提高涂层的附着力和外观质量。水性漆亲和力助剂：使用与水性漆相容的助剂，增强涂层的性能和耐用性。汽车电子化和智能化的发展，对改性塑料的电磁性能提出了新的要求。低介电常数改性聚丙烯：开发具有超低介电常数的改性聚丙烯，以满足汽车电子设备对信号传输性能的需求。电磁屏蔽改性聚丙烯：提供优异的电磁屏蔽性能，保护汽车内部电子设备免受外部电磁干扰。新能源汽车的工作温度变化对改性塑料的耐热性和机械性提出了更高要求。高抗疲劳蠕变树脂：开发能够在宽温度范围内保持高抗疲劳和低蠕变性能的树脂，以适应新能源汽车的运行环境。增强填料：使用高性能增强填料，提高改性塑料的机械强度和耐热性能。汽车要在各种环境中行驶，因此车用改性塑料的环境适应性是应用的关键。耐候性提升：通过添加耐候性助剂，如紫外线吸收剂和光稳定剂，提高改性塑料的耐候性，保证材料在长时间日晒雨淋下的性能稳定。耐化学腐蚀性：针对特定化学介质，如汽油、清洁剂等，开发具有优良耐化学腐蚀性的改性塑料，以满足汽车部件的特殊要求。轻量化是汽车行业节能减排重要途径，特殊填充材料和弹性体在其中扮演着关键角色。增刚和降低线性热膨胀系（CLTE）填充材料：利用具有优异增刚和降低CLTE效果的填充材料，提高部件的尺寸稳定性和机械性能。高流动性增韧弹性体：开发具有更强流动性和增韧效果的弹性体，以实现复杂部件的高效成型和性能提升。国内化工企业未来一方面要专注于研发具有更高性能的聚丙烯车用改性基料，如高强度、高韧性、耐高温、耐化学品等特性，以满足汽车、电子、家电等行业的高端应用需求，降低下游改性塑料企业配方投入的成本。另一方面要从客户需求出发定制产品，从产业链源头提供更加精准的材料解决方案，通过实地调研，深入了解客户对材料性能和应用场景等方面的特定要求，并初步探讨技术创新方向；同步建立精细化的产品开发流程，剖析目标产品的宏观表征和微观结构，精确调控装置生产配方和参数，确保产品不仅在宏观上展现出卓越的物理性能，而且在微观层面上也符合客户要求，全面实现客户对产品的定制目标。为全面提升车用改性塑料的源头产品优势，以高效响应客户对产品的高精尖指标要求、提高客户满意度，化工企业应鼓励不同部门之间沟通、协作，打破部门壁垒，形成共同的目标和愿景。通过跨部门团队合作，促进知识共享和创新思维碰撞，确保产品和服务的一致性和高质量，提升品牌形象。塑料因其可塑性强、质量轻、回收再利用率高等特性，在汽车工业中应用非常广泛。汽车塑料回收将形成一个巨大的市场，在原料端，一是提高车用改性塑料的可循环性及绿色性，通过提高材料的回收利用率，助力下游研发易于回收的改性塑料配方，通过设计可拆卸的产品和使用易分离的材料，提高塑料制品的回收率；二是开发生物基或生物降解等环保产品，开发基于生物基原料的改性塑料，如聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）等，这些材料来源于可再生资源，具有更好的生物可降解性。改性塑料是通过物理或化学方法对通用塑料和工程塑料进行改性，以提高其阻燃性、强度、抗冲击性和韧性等的塑料制品。车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。目前改性聚丙烯是车用改性塑料应用最广的细分类别，占比达到46%。近年来，我国改性塑料市场经历了一系列挑战和调整。2019年，国内环保政策收紧、废塑料进口禁令实施等因素，导致原材料成本显著上升。加之下游家电和汽车市场增速放缓，导致改性塑料市场规模增速下降。2020年，疫情对传统改性塑料的需求造成了显著影响。2021~2024年，随着疫情逐渐受控和经济活动恢复，改性塑料市场逐步复苏，市场规模和产量均有所提升，技术创新和新产品开发成为企业发展的主要驱动力，特别是在新能源汽车和家电领域，改性塑料的应用需求持续增长，推动了行业技术进步和市场扩张。近年来，汽车用改性塑料单车用量保持增长。2014年平均单车使用改性塑料为123千克，2023年增至200千克。我国新能源汽车产量在未来将有较大幅度提升，在汽车轻量化的推动下，我国平均单车改性塑料需求量将继续增长。我国是全球最大的汽车市场，也是全球最大的新能源汽车市场。2023年我国新能源汽车渗透率达31.6%，产销量分别达958.7万辆和949.5万辆，比上年分别增长35.8%和37.9%。我国汽车工业经历了初创、发展壮大、转型升级、高速发展等阶段，2011年至今进入新能源化阶段，当前，智能化和网联化正在重塑汽车生态。汽车新能源化带来零件的变化。如内外饰方面，要求智能化、高亮多彩、低碳环保、轻量化、一体化、舒适化、人性化、科技感；结构件方面，要求以塑代钢、薄壁化、低密度、良外观、低散发、可粘接；热管理系统方面，要求高耐热、集成化；电池系统方面，要求大容量、高电压、大电流。金发科技介绍，该公司自2000年进入汽车材料市场，到2023年车用材料销量达96.7万吨，国内第一、全球第二。该公司认为，车用聚烯烃材料的发展方向是轻量节能、绿色环保、体验升级、光电智能。以轻量化为例。汽车前后普通保险杠重约10千克，薄壁保险杠（平均壁厚2毫米，比普通保险杠薄1毫米）可减重30%，可缩短成型周期、提高制造效率、降低碳排放，技术难点是需要同时实现高熔指、高强度、高抗冲且成本最优化。汽车行李箱储物盒、门板、门把手、底护板、尾门板、副仪表板盖板、立柱、座椅饰条等部件，采用微发泡材料，可实现不同程度减重。采用可吹塑耐候SGFPP（短玻纤增强聚丙烯）材料也可实现轻量化，技术优势是安装工艺简单、机械性能优异、模具成本低。门框饰条是汽车车门内侧面板饰条，传统使用尼龙增强材料，德系汽车主机厂对该零件进行轻量化、烯烃化，使用软触感玻纤增强材料替代，后续有使用PCR（消费后回收塑料）环保化趋势。汽车行业是碳排放大户。通过使用环保可回收材料、生物基材料，以及烯烃化和过程低碳，可助力汽车厂商实现“双碳”目标。体验升级方面，为了提升驾驶员的安全性和舒适性、体现汽车内饰件的高级感，可使用超低光泽材料。此外，造车新势力带动了汽车新一轮的感官设计，内外饰件在色彩及颜色效果上的创新开发越来越多，已成为发展大势，需要用到良感官效果材料、夜光效果聚烯烃材料等。光电智能方面，需要用到透光聚烯烃材料。新能源汽车格栅去除后，前脸可实现更多新设计，如灯光设计效果，目前采用PC（聚碳酸酯）喷涂后镭雕实现，存在性能过剩、成本过高、密度大、耐候性较差等问题，可通过开发透光PP（聚丙烯）来替代，材料要求光扩散性好、透光率高、可注塑、低收缩、高韧性、优异耐候性。光电智能方面还要用到电磁屏蔽/吸波材料。汽车主动安全性能的提升需要用到毫米波角雷达，信号防干扰性对于毫米波角雷达判断的准确性至关重要，要求雷达支架有良好的吸波性。·高CTI（相对漏电起痕指数）：超高电气性能（CTI>800伏）工程塑料·储氢：注塑级挤出级储氢罐材料／高洁净氢能汽车工程塑料·低散发：低气味、低VOC（挥发性有机物）内饰材料烯烃化：高强度烯烃材料（SGF短玻璃纤维材料/LFT长纤维增强热塑性材料）声明：本图文内容来源于公开资料或者互联网，转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享，若您发现图文内容（包含文字、图片、表格等）等对您的知识产权或者其他合法权益造成侵犯，请及时与我们取得联系 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