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聚合物基复合材料:进军汽车市场需过的三道坎

发布时间:2015-12-22 12:05:00   来源:塑料新材网   浏览数:1777

在人均国民收入、道路、限行等多种因素的制约下,我国汽车行业步入缓慢增长的阶段,“十三五”时期甚至可能出现增长停滞的局面。但汽车市场仍然是材料行业最重要的市场之一,这是一个年消费量4000万吨级别的大市场;对于聚合物来说,汽车行业的年消耗量也接近400万吨,年市值超千亿元。

最近几年,聚合物基复合材料(PMC)在汽车中应用渐广,但我国复合材料汽车零部件的发展速度却没有达到理想状态,除了材料的机械性能、加工性能、成本等直接因素外,使用习惯以及消费者审美等因素也影响着复合材料的大批量应用。

聚合物基复合材料是以有机聚合物为基体,采用适当的工艺方法,把另外一种或以上物化性能不同的材料与之复合而成的一种多相固体材料。

近日,透明度市场研究机构(Transparency Market Research ,以下简称TMR)公布一份有关新聚合物基复合材料的市场报告,该报告对全球的聚合物基复合材料市场规模、市场份额、增长等基本面进行分析,预测其从2014年到2020年的发展趋势。报告指出, 2013年全球新聚合物基复合材料产值约为74亿美元,从2014年到2020年,全球新聚合物基复合材料市场将以7.2%的年复合增长率增长,预计到2020年将达121亿美元。

一、研发应用初具规模

1.BMC(DMC)/SMC:美国市场领衔

目前BMC在汽车电器和车灯上的应用较多。BMC 用做车灯反射罩时,可改善车灯表面质量、降低车灯雾影。用于车灯的BMC材料采用PMMA树脂和马来酸树脂以及4 mm左右的玻璃纤维增强,材料的耐热性和耐磨性良好。  

SMC汽车零部件主要分为三类:第一类,结构件,如散热器托架、横梁;第二类,功能件,如油盘、隔热板等;第三类,车壳外板,目前只有美国部分车型采用了SMC车壳外板。美国SMC零部件应用最多,20世纪70年代后一直致力于零部件的开发和应用,通过价格补贴,美国快速推广了SMC材料。日本、欧洲等国家和地区则采取了小步慢走的策略,丰田、日产、铃木等各大汽车公司相继开发了SMC汽车部件。

目前我国BMC/SMC在汽车零部件领域的应用发展并不很快。据不完全统计,2010年我国用于汽车的SMC消费量约4.5万吨左右,到2014年,消费量约5万~6万吨,低于同期我国汽车产业的发展速度。

2.GMT:各种车型中成功应用

基体树脂有PP、PET、PBT、PC、PA 等,其中PP价格低廉,以PP为基体的GMT 材料产品应用最广。目前已经实现工业化的GMT-PP 制备工艺主要有两种,其中熔融浸渍法发展较快。GMT具有质量比大、在高低温环境中的抗冲击性能优良等特点,其主要用途是代替金属材料制造汽车承重框架,还可代替热固性材料生产承重功能件。相对于LFT,GMT强度更高,且可采用高纤维含量的补强材料来增强局部强度。GMT一般用于形状相对比较简单、适合模压成型的零件。

3.LFT:汽车轻量化的首选

LFT 材料中玻纤的长度一般在3 mm 以上,其应用开发目标是用作半结构和结构材料。以聚丙烯为基体的LFT复合材料具有轻质高强的优点,易于制造和实现成本优化,目前已成为汽车轻量化使用的首选聚合物基复合材料。

LFT可注射及模压成型,因此适用于成型形状复杂、多孔多筋的制品。同时LFT 可代替尼龙和聚酯等价格高、易吸湿的材料。另外,很多前端模块由GMT改为LFT,可实现更加复杂的结构,提高生产效率,LFT-D的大量使用更进一步降低了成本。据不完全统计,2013年我国在汽车领域的LFT消费量达2万吨。

4.其他

碳纤维增强复合材料是最近几年热炒的品种之一。但是目前存在价格偏高、表面处理困难和难以回收等问题,另外碳纤维增强功能件也存在与金属件连接困难等问题。从碳纤维生产角度来看,未来几年其成本降低的可能性仍然较小,碳纤维复合材料在汽车领域仍然仅限于特定的领域。  

由于玻璃纤维对人体有害,且熔融后容易粘结造成回收利用困难,因此近年天然纤维增强塑料研究较多,部分材料的性能已经与玻璃纤维增强复合材料不相上下。在线生产的天然纤维产品的工艺类似于LFT,由于可以直接挤出注塑或模压成型,塑料只经过一次加热,因此可以减少热敏感材料的热降解。

二、发展面临三大瓶颈

从过去几年的复合材料汽车零部件的发展历程上来看,我国复合材料在汽车领域的应用发展速度差强人意,低于同期的汽车产销量增速。究其原因,高成本、难回收以及设计能力弱是发展的主要障碍。

1.成本偏高

复合材料零部件的高成本不仅仅是指原材料的价格,生产工艺的复杂性也使其制造成本偏高。我国汽车市场是一个比拼价格的新兴市场,高端车型产量较低。目前国产车的低价与合资车的减配都是在降低零部件成本方面下功夫,因此高成本复合材料零部件的应用受到了明显的限制。

2.回收困难

与高成本相比,复合材料回收难问题最近几年才引起人们的重视。2015年6月,工信部颁布了《汽车产品限制使用有害物质和可回收利用率管理办法》,对汽车产品的可回收利用提出了指导性意见。在材料回收利用方面,欧、美、日等国走在前列,欧美等发达国家规定到2015年汽车报废的零部件要有95%以上可回收再利用。这对复合材料在汽车上的应用是一个很大的挑战。复合材料的回收再利用较金属及热塑性塑料难度大,粉碎、焚烧和掩埋等方法已不适应现在环保的要求。目前较科学的办法有高温裂解、溶剂萃取等,使纤维和树脂分离后回收再利用,但这些措施又进一步增加了成本。

3.设计能力弱

设计能力弱也是我国复合材料推广使用困难的原因之一。汽车零部件的结构一般都较复杂,复合材料零部件是材料、设计和加工工艺紧密结合的产物。国内零部件企业在设计与加工工艺方面常常脱节,包括计算机在设计方面的应用还处于初级阶段,积累的数据不足。

另外,从消费习惯的角度来看,复合材料制品的外观不符合中国传统的审美观念。消费电子、笔记本电脑等复合材料外壳的产品给人的感觉都是低端的印象,甚至碳纤维复合材料也是如此。在中国汽车是承载了更多内涵的产品而非单纯的代步工具,因此,企业使用塑料及复合材料都会慎之又慎。

作为全球最大的市场,任何材料供应商都无法忽略中国汽车市场所带来的诱惑,复合材料也不例外。特别是在欧洲、美国、日本已经成功应用的产品,没有理由不会在中国获得成功。绿色节能、低碳出行得到了普遍共识,汽车轻量化是不可逆转的趋势,复合材料已引起汽车制造业很大关注。相信随着技术进步,高成本、难加工、难回收等问题将会得到解决,未来复合材料在中国汽车行业中将会占据更高的市场份额。


本文根据中国化工信息中心内容综合整理

unima塑料新材网副主编Kris

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