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改性塑料在新能源汽车上的应用
来源: 作者: 发布日期:2018-04-10 阅读次数:450 关注度:0 被收藏数:0 评论数: 0
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 汽车轻量化带动车用改性塑料需求,汽车行业已经成为改性塑料需求增速最快的领域。改性塑料下游最大的应用领域是家电和汽车,在汽车轻量化的带动下汽车行业已经成为改性塑料需求增速最快的领域预计未来几年国内车用改性塑料需求年平均增速将在15%以上。


改性塑料的分类

改性塑料是指通过加入合适的改性剂,经过共混、填充、增强、共聚、交联等物理、化学方法对通用塑料和工程塑料进行改性,以提高其韧性、强度、拉伸性、抗冲击性、阻燃性等性能而得到的树脂/塑料。

因此改性塑料产业链的上游是PE、PP、PVC 等合成树脂,通过物理或者化学方法进行改性得到改性塑料树脂,再经过挤出、注塑、压延等工艺得到改性塑料制品,由于其性能优异,改性塑料制品广泛应用于家电、汽车、建筑等行业。

改性塑料产业链

根据改性后的功能,改性塑料包括阻燃树脂类、增强增韧树脂类、塑料合金类、功能色母类等种类,各个种类按着不同的材质又可以细分下去,并且由于各自的性能差异,应用领域也各有不同。

改性剂

改性剂或者也叫助剂可以分为加工助剂和功能助剂。

加工助剂是用于改善塑料的加工流变性以及成型性能的助剂,主要包括: 润滑剂——改善基材的流动性;热稳定剂、抗氧化剂——改善基材的热稳定性;分散剂——改善基材的分散性;相容剂、偶联剂——改善基材的兼容性; 架桥剂、增粘剂——改善基材的熔融强度。

功能助剂主要用于改善基材的物理、化学特性,包括:填充剂、晶核剂——改善基材的刚性、强度;抗冲改性剂——改善基材的冲击性;阻燃剂— —改善基材的阻燃性,改性后的材料在受到火源攻击时,能有效的阻止、延缓或终止火焰的传播;安定剂——改善基材的耐候性;导电涂料填料、抗静电剂——改善基材的导电性,抗静电剂可减轻塑料在加工和使用过程中的静电积累,降低材料表面电阻率;可塑剂——改善基材的软硬度;发泡剂—— 改变基材的密度;色料——改变基材的透明性、颜色。

一些改性剂的用途

改性方法

对树脂进行改性的方法可以分为物理方法和化学方法,包括填充、共混、增强、共聚、交联等等,目前主流的改性技术是以填充、共混、增强等为主的物理改性技术。

填充是将矿物、改性剂等填充物与塑料共混,使塑料的收缩率、硬度、强度等性能得到改善;共混是掺入一种或多种其他树脂、改性剂或矿物质, 以改善原有性能;增强是将玻璃纤维等与塑料共混以增强塑料的机械强度。

改性技术

用于填充、共混、增强的改性配方一旦确定,对下游的生产设备的具体操作要求不高。这一技术特点决定了改性塑料生产的关键工序在于改性配方的设计,从目前的情况来看,通用型大品种改性塑料的原始配方基本处于市场公开的状态,而高性能专业型改性塑料的配方则掌握在各细分领域内的领先企业手中。

应用领域

改性塑料在阻燃性、强度、抗冲击性、韧性等方面的性能都优于通用塑料,下游应用领域广泛,主要应用于家电、汽车、建筑、办公设备、机械等领域,其中家电、汽车是其最大的两个应用领域,2015 年国内改性塑料消费量已经接近1000 万吨,随着科技进步和产业升级其下游应用还在不断拓展。

轻量化系数

车身轻量化系数L

内饰重量的减轻可以通过多运用改性塑料来达到,车身和底盘重量的减轻除了上面所说的利用高强度钢、铝镁合金外,有研究者甚至提出了全塑车身的概念,提出了集成化超轻新能源汽车的概念,超轻新能源汽车主要由驱动电池单元、行驶系统、转向系统、铝制车身框架、复合材料车身、塑化地板等组成,车身整备质量能降低到850kg改性塑料在汽车内外饰件上的应用

仪表板

目前仪表板主要有硬质仪表板和软质仪表板两种形式,软质仪表板一般被比较高档的汽车采用,而大客车、货车等车型则基本采用硬质仪表板。仪表板一般用改性PP材料制作,改性PP中主要是以橡胶类的增韧剂和无机填充材料为主;仪表板表皮材料以PVC/ABS为主,PVC在耐冲击和耐热性上比较弱,ABS机械性能和成型加工能力比较好,并且与PVC能够进行结合,将两者进行组合可以形成互补。

门内板

目前比较常用的制造门内板的改性塑料是ABS、PP,用它们制作成骨架,并且表面带有一层缓冲层,缓冲层采用PP发泡、TPU、针织涤纶等。在通用、雪佛兰的一些车型中,骨架、面板都采用玻璃纤维增强不饱和聚酯片状模塑料改性塑料在功能件、结构件上的应用

保险杠

汽车保险杠是使用改性材料的主要部件之一,目前市场上大部分的保险杠都是采用塑料制品制作而成,保险杠的面板是PP、PC/ABS、PC/PBT等材料,骨架是木材或者金属等材料,中间部分是PP发泡材料等。这类材料从环保角度看不利于回收,经过不断创新在制作保险杠面板时可以采用TPO、骨架可以用玻纤增强PP材料、中间部分可以使用发泡PP,使用相同属性的材质制作保险杠,在进行回收前只要进行清洁和干燥处理就可以。

燃油箱

在制作燃油箱方面,改性塑料也发挥着重要的作用,可以根据一定比例混合树脂、粘合剂、PA等材料,然后吹塑成型。此外,还可以利用超高分子量高密度聚乙烯、共聚PA、EVOH树脂等材料制作燃料箱。

发动机进气岐管

汽车中的进气岐管在制作上存在一定难度,主要是因为进气歧管的形状比较复杂,目前改性塑料在发动机进气岐管的制造上大多是使用AIM工艺进行制作,在克莱斯勒、凯迪拉克的一些型号的发动机中,进气歧管就应用了玻纤增强PA。

汽车发动机中在运行中温度会不断升高,所以发动机周边的零部件必须在承受220摄氏度高温的同时还能保持超高的强度,如果是在比较寒冷的天气下还要有承受低温的性能,因此一般采用PA66材料来确保塑料化零件的性能。

离合器执行系统

离合器因为经常在高温环境下工作并且又受到压力润滑油剂的影响,传统制造工艺中使用金属材料,但是在不断的试验中,改性塑料制作离合器执行系统优势更加明显,在制造离合器执行系统时利用50%长纤维增强黑色尼龙LFRT原材料,稳定性更高,并且节约成本。

纤维增强塑料是树脂和增强纤维复合而成的材料,汽车工业主要使用玻璃纤维增强热塑性塑料,它具有密度小、易成型、设计灵活美观、耐腐蚀、耐冲击、抗振、隔热隔电、易于涂装、强度高、成本低的特点。目前玻璃纤维增强不饱和聚酯片状模塑料碳纤维复合材料在汽车中的应用碳纤维汽车轻量化解决方案。

综上所述,随着纤维增强塑料技术的发展,特别是碳纤维复合材料技术的发展,基于改性塑料和复合材料的汽车整体轻量化解决方案成为可能。目前的主要障碍是碳纤维价格还过高,用于汽车工业的大丝束碳纤维目前价格在15美元/公斤以上,只有当价格降到10美元/公斤或以下时,售价30万人民币左右的中级车才可能大规模使用。

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