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塑料在汽车上的应用现状及发展趋势 |
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| http://cn.newmaker.com
6/15/2009 10:07:00 PM
佳工机电网
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随着汽车向降耗减排、更安全、更环保的方向发展，也伴随着我国汽车工业自主研发、自主创新，打造自主品牌的战略需求日益迫切，致使塑料在汽车方面的应用，诸如其零部件制造业，工程塑料、改性塑料供应商，均将面临新的机遇和挑战。
我国汽车工业对塑料需求浅析
全国汽车产销量
从2002年起，我国汽车工业出现了快速增长。2002年全年生产汽车325万辆，同比增长38%；其中轿车109万辆、货车109万辆、客车106万辆，都突破100万辆大关，提前3年完成“十五”规划。2008年1-5月份，全国累计生产汽车435.5万辆，同比增长17.05%；销售汽车433.7万辆，同比增长18.9%。2008年1-5月份，上海汽车生产量为37.44万辆，同比增长12.12%；其中乘用车37.1万辆、大客车2604辆、改装车6418辆，销售量为36.5万辆，同比增长12.8%。
车用塑料的需求发展
我国汽车工业进入了一个高速增长的发展阶段，我国的汽车工业逐渐发展成为世界第四大汽车生产国和第三大汽车消费国。在汽车产业快速增长的拉动下形成了一个与汽车有关的高增长产业群，塑料产业就是这个产业群之一，作为汽车材料的重要品种，车用塑料材料产值正不断增长。汽车材料技术发展的主要方向是轻量化和环保化，减轻汽车自身重量是降低汽车排放、提高燃油效率的最有效措施之一。汽车的自身重量每减少10%，燃油的消耗可降低6-8%。目前国外汽车自身重量同过去相比已减轻了20-26%，预计未来10年内，轿车自身重量还将继续减轻20%。新型轻量化塑料材料的开发与应用将继续成为汽车材料的热点。
塑料及其复合材料是最重要的汽车轻质材料，它不仅可减轻零部件约40%的重量，而且还可以使采购成本降低40%左右，因此近年来其在汽车上的应用迅速上升。据统计，世界汽车平均每辆塑料用量在2000年就达到了105kg，约占汽车总重量的8-12%，其中塑料在轿车中的用量比在货车、客车中的用量更高，如奥迪A2型轿车，塑料件总重量已达220kg，占材料总用量的24.6%。据悉，德国每辆汽车平均使用塑料制品近300kg，占汽车总消费材料量的22%左右，是世界上采用汽车塑料零部件最多的国家。
车用塑料的用量
目前，国外发达国家和地区车用塑料已占塑料总消耗量的7-11%。虽然目前我国的车用塑料量并不很大，但未来将会有一个高速的增长。目前我国经济型轿车每辆车塑料用量为50-60kg，中型载货车塑料用量仅为40-50kg；重型货车可达80kg左右。我国中、高级轿车大部分为发达国家引进车型，汽车塑料的应用量基本与发达国家上世纪90年代水平相当，为100 -130kg/辆。据有关方面预计，到2010年，全国汽车产量724.57万辆，届时汽车用塑料将达到128.7万吨；到2015年，全国汽车产量975.76万辆，届时汽车用塑料将达到407万吨；到2020年，全国汽车产量1187.44万辆，届时汽车用塑料将达到618.6万吨。
车用塑料的主要品种
在车用塑料居前7位的塑料材料品种与所占比例大致为：聚丙烯21%、聚氨酯19.6%、聚氯乙烯12.2%、热固性复合材料10.4%、ABS 8%、尼龙7.8%、聚乙烯6%。
目前国外汽车内饰件已基本实现塑料化，而塑料在汽车中的应用正由内饰件向外装件、车身和结构件扩展，今后的重点发展方向是开发结构件、外装件用的增强塑料复合材料、高性能树脂材料，并对材料的可回收性予以高度关注。从品种上看，聚烯烃材料因密度小、性能较好且成本低，近年来有把汽车内饰和外装材料统一到聚烯烃材料的趋势，因此，其使用量有较大的增长。预计聚丙烯今后可保持8%的年增长率，聚乙烯的增长势头也比较强劲。目前我国汽车用塑料原料相对牌号少、产品性能有些还不能满足要求，相当数量仍需进口或采用改性塑料替代。
我国车用塑料目前存在的差距
与国外相比，由于国内将塑料应用于汽车饰件时间并不长，发展还不成熟，在具体应用中还存在一定问题，概括如下：
● 目前，国内塑料生产企业尚未掌握大部分高性能塑料材料的生产技术，高性能塑料原料往往靠进口，无形中增加了生产成本，从而导致性能良好的塑料制品不能及时的应用。
● 专用塑料生产企业所生产的原料，其性能和质量的稳定性参差不齐，导致塑料材料性能不稳定，再加上有些塑料制品加工企业添加剂加量及质量不同，最终导致采用塑料制品的质量存在着一定的不稳定性。
● 目前我国汽车用塑料专用料牌号较少，不能充分满足选材要求，因此整体还需要通过摸索过程来制定自己的选材标准。
塑料在汽车方面应用的现状
塑料在汽车上的应用是伴随着汽车工业的发展而发展起来的。汽车工业的强劲发展对材料提出了新的需求，特别是基于成本与轻量化的要求，工程塑料和复合材料等非金属材料正在逐渐成为汽车及零部件原材料的新宠。汽车用塑料量的多少已成为发达国家衡量汽车设计和制造水平的一个重要标志。有消息称，到2020年，发达国家汽车平均用塑料量将达到500kg/辆以上。塑料在汽车中用量最大的通用塑料品种是聚丙烯（PP）、ABS树脂、聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE）。很明显，聚烯烃材料构成了汽车主要塑料件，而且这种趋势在今后将越来越明显。下面具体介绍几种车用塑料的应用情况：
聚丙烯（PP）
PP可以用作多种汽车零部件，现在典型的实用车中，PP塑料部件占60多个。PP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，其中前五种占全车PP用量的一半以上。
聚乙烯（PE）
通过对高密度PE和低密度PE树脂的接枝改性和填充增韧改性，得到了具有良好的柔韧性、耐候性和涂装性能的系列改性PE合金材料。PE主要采用吹塑方法生产燃油箱、通水管、导流板和各类储罐等。近几年PE在汽车上的用量变化不大，但值得注意的是汽车轻量化的发展趋势促进了燃油箱的塑料化。欧洲汽车上正式采用塑料燃油箱，其主要材料为高密度聚乙烯。
ABS树脂
ABS树脂是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三个单体的共聚物，可用于制作汽车的外部或内部零件，如仪表器件、制冷和取暖系统、工具箱、扶手、散热器栅板等；它可以用于制作仪表板表皮、行李箱、杂物箱盖等。
近年来，ABS树脂在汽车上用量的增幅不是很大，这主要是由于ABS树脂和PP树脂竞争十分激烈，而ABS本身也有在耐候变色性差、易燃等方面的缺陷，因此它在汽车上主要部件如汽车仪表板、格栅等方面的应用也受到限制。
工程塑料及其合金材料
工程塑料及其合金材料具有高强度、刚性和耐热性等优势，因此作为汽车结构件应用得到快速发展。它可以缩小结构件的尺寸，同时不牺牲汽车结构件的性能和安全性，轻量化效果明显。目前应用的汽车工程塑料主要有以下几大类：
● 聚碳酸酯（PC）及其合金
具有优异的综合性能，目前世界PC/ABS合金的产量为70万吨/年，并且每年以10%的速度增长。PC/ABS合金材料可用来制作仪表板骨架、车轮罩盖、散热器格栅、车辆外板、内外装饰件等部件等。
● 热塑性聚酯（PBT、PET）及其合金
PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯）具有优良的尺寸稳定性和电绝缘性，由吸湿性引起的电性能的变化很小，精度优良。汽车应用的PBT主要有玻璃纤维增强型（玻璃纤维含量10%-50%）、玻璃微球增强型、阻燃型和低翘曲型材料。PC/PBT合金兼有PC和PBT两者的优点，主要应用于汽车保险杠、汽车反光镜/外壳、车外部把手、安全气囊、通电部件。
PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯），玻璃纤维增强PET具有高耐热性和优良的电性能，而且有优良的成型性能。汽车上的应用包括车门及反光镜架、雾灯、音响喇叭和顶棚等。
● 聚酰胺（PA）及其合金
具有很好的耐冲击强度、耐摩擦磨耗特性、耐热性、耐化学药品性、润滑性和染色性。作为汽车结构件，PA的用量不断上升，并可应用在发动机周围的苛刻环境下。
● 聚甲醛（POM）
具有优良的耐摩擦性磨耗性、长期滑动特性、成型流动性和表面美观、光泽特性，也适用于嵌件模塑。汽车底盘衬套，如转向节衬套、各种支架衬套、前后板簧衬套、制动器衬套等广泛采用聚甲醛型三层复合材料，它应用于包括车门把手、安全带机械部件、组合开关和反射镜等。
● 聚苯硫醚（PPS）
用于动力制动装置和动力导向系统的旋转式叶片、温度传感器、汽化器、进气管、汽油泵等领域，还可用于制作汽车发动机和交流电机部件、燃料泵及点燃装置部件、汽化器部件、各种传感器部件、配电盘、排气循环阀及阀门、灯光反向器和车灯夹具等。
● 热塑性弹性体（TPE）
密度小，容易回收利用，性能又介于塑料和橡胶之间，近几年来汽车制造工业中也得到迅速的发展。
塑料在汽车上应用的发展趋势
现代科技进步大大促进了塑料树脂、复合材料的发展，新材料、新工艺、新技术不断涌现，塑料在汽车上的广泛应用，又进一步促进了工程塑料、改性塑料的发展。采用现代科技手段，在提高性能、降低成本、简化工艺等方面进行改进和提高，以充分发挥塑料的特点，提高其在汽车行业中竞争力。
当前世界汽车材料技术发展的主要方向是轻量化和环保化，减轻汽车自身重量是降低汽车排放、提高燃油效率的有效措施之一，因此，塑料在汽车上的应用将继续成为汽车材料的热点。下面从应用的趋势、新科技的开发应用、塑料再生利用等方面作介绍。
应用趋势
● 产品的选材，特别是新产品的选材，注重从环境保护出发，选择塑料品种趋于集中统一，便于分类回收和整体回收，是塑料回收、再生利用的基础。
● 开发塑料功能件，进一步减轻车重，替代金属和有色金属。用玻璃纤维增强性塑料（GMT）制造支架、托架和多动能制件等。
● 采用先进的生产技术和装备，如用气体辅助注塑技术生产一次成型（带骨架）车门内板等部件，以提高产品性能、简化生产工艺、提高生产效率。
新材料的开发应用
● 热塑性弹性体（TPE）是具有硫化橡胶般的弹性，在加热熔融状态下还具有流动性，可用热塑性塑料加工方法成型的材料，具有比硫化橡胶性能优异、成型周期短等特性。据说一汽已准备在操纵杆护罩、磁带盒衬垫等零件上尝试采用TPE材料，并逐步加以推广到其它零件上。
TPE可以与硬质塑料复合注射成型，将结构复杂、多种零件组合的通气管一次注射成型，大大降低了人工费用，缩短了生产周期，降低了生产成本。
● 纳米复合材料的应用
纳米粒子的介入，不仅改善了聚合物的强度、刚性、韧性，而且还有利于提高聚合物的透光性、阻隔性、耐热性及防紫外线等。
纳米复合材料应用于汽车内、外装饰件，特点是质量轻、尺寸稳定性较高、强度更高、低温抗冲击性能更好。
● 可喷涂和免喷涂塑料
由美国通用电器公司开发的可导电PPO/PA材料使车身塑料件能与金属冲压件一起进行全在线喷涂，从而消除汽车车身非金属件与金属件的色差问题。此外，用于制造汽车车身板的PC/PBT材料与SLX膜通过膜内装饰注塑成型工艺制造塑料车身外板、前后翼子板及后举升门等，达到免喷涂的目的。
● 塑件表面增硬涂层
目前国外卡车大灯罩已开始用聚碳酸酯制作，且涂有防刮伤涂层，比玻璃镜片更亮、更抗破碎、更具有光学加工的准确性。目前已在设计时加以采用。
塑料再生利用
塑料不仅减轻了汽车重量，降低了燃油消耗和碳氢化合物的排放，还因为塑料可回收、再利用，节省了汽车制造过程中的能源消耗，这样就达到了环境保护和节能的要求，有效地解决了能源和环境当今世界两大难题。但是如何能有效地回收和再利用塑料仍需探索。国外回收利用的方法主要包括：分类回收、制取单体原材料、生产清洁燃油和用于发电等。
结束语
● 塑料复合材料在汽车中的广泛应用可大大降低汽车的成本，同时简化制造工艺（可一次成型），给汽车设计带来更大的灵活性，加速汽车的更新换代。
● 只有开发出新的、可行的塑料成型加工工艺、掌握特殊的新工艺，才能满足汽车轻量化的要求。塑料业界与汽车行业要进一步加强沟通，共同推进塑料在汽车领域的应用。
● 无论国际市场如何发展，也不管国内市场的现状如何，相信在未来几年，中国汽车市场的发展必将带动汽车相关塑料产业的飞速发展。
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