汽車輕量化帶動(dòng)車用改性塑料需求,汽車行業(yè)已經(jīng)成為改性塑料需求增速最快的領(lǐng)域。改性塑料下游最大的應(yīng)用領(lǐng)域是家電和汽車,在汽車輕量化的帶動(dòng)下汽車行業(yè)已經(jīng)成為改性塑料需求增速最快的領(lǐng)域，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年國(guó)內(nèi)車用改性塑料需求年平均增速將在15%以上。
一、改性塑料簡(jiǎn)介
1、改性塑料的分類
改性塑料是指通過(guò)加入合適的改性劑，經(jīng)過(guò)共混、填充、增強(qiáng)、共聚、交聯(lián)等物理、化學(xué)方法對(duì)通用塑料和工程塑料進(jìn)行改性，以提高其韌性、強(qiáng)度、拉伸性、抗沖擊性、阻燃性等性能而得到的樹(shù)脂/塑料。
因此改性塑料產(chǎn)業(yè)鏈的上游是PE、PP、PVC 等合成樹(shù)脂，通過(guò)物理或者化學(xué)方法進(jìn)行改性得到改性塑料樹(shù)脂，再經(jīng)過(guò)擠出、注塑、壓延等工藝得到改性塑料制品，由于其性能優(yōu)異，改性塑料制品廣泛應(yīng)用于家電、汽車、建筑等行業(yè)。
改性塑料產(chǎn)業(yè)鏈
根據(jù)改性后的功能，改性塑料包括阻燃樹(shù)脂類、增強(qiáng)增韌樹(shù)脂類、塑料合金類、功能色母類等種類，各個(gè)種類按著不同的材質(zhì)又可以細(xì)分下去，并且由于各自的性能差異，應(yīng)用領(lǐng)域也各有不同。
改性塑料的分類
改性塑料分類及用途
2、改性技術(shù)
改性技術(shù)包括共混、填充、增強(qiáng)等物理方法和共聚、交聯(lián)等化學(xué)方法， 物理方法是目前最重要的改性方法，共混、填充等需要選用合適的改性劑、填料才能達(dá)到特定的改性目的。
改性劑
改性劑或者也叫助劑可以分為加工助劑和功能助劑。
加工助劑是用于改善塑料的加工流變性以及成型性能的助劑，主要包括： 潤(rùn)滑劑——改善基材的流動(dòng)性;熱穩(wěn)定劑、抗氧化劑——改善基材的熱穩(wěn)定性;分散劑——改善基材的分散性;相容劑、偶聯(lián)劑——改善基材的兼容性; 架橋劑、增粘劑——改善基材的熔融強(qiáng)度。
功能助劑主要用于改善基材的物理、化學(xué)特性，包括：填充劑、晶核劑——改善基材的剛性、強(qiáng)度;抗沖改性劑——改善基材的沖擊性;阻燃劑— —改善基材的阻燃性，改性后的材料在受到火源攻擊時(shí)，能有效的阻止、延緩或終止火焰的傳播;安定劑——改善基材的耐候性;導(dǎo)電涂料填料、抗靜電劑——改善基材的導(dǎo)電性，抗靜電劑可減輕塑料在加工和使用過(guò)程中的靜電積累，降低材料表面電阻率;可塑劑——改善基材的軟硬度;發(fā)泡劑—— 改變基材的密度;色料——改變基材的透明性、顏色。
一些改性劑的用途
改性方法
對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行改性的方法可以分為物理方法和化學(xué)方法，包括填充、共混、增強(qiáng)、共聚、交聯(lián)等等，目前主流的改性技術(shù)是以填充、共混、增強(qiáng)等為主的物理改性技術(shù)。
填充是將礦物、改性劑等填充物與塑料共混，使塑料的收縮率、硬度、強(qiáng)度等性能得到改善;共混是摻入一種或多種其他樹(shù)脂、改性劑或礦物質(zhì)， 以改善原有性能;增強(qiáng)是將玻璃纖維等與塑料共混以增強(qiáng)塑料的機(jī)械強(qiáng)度。
改性技術(shù)
用于填充、共混、增強(qiáng)的改性配方一旦確定，對(duì)下游的生產(chǎn)設(shè)備的具體操作要求不高。這一技術(shù)特點(diǎn)決定了改性塑料生產(chǎn)的關(guān)鍵工序在于改性配方的設(shè)計(jì)，從目前的情況來(lái)看，通用型大品種改性塑料的原始配方基本處于市場(chǎng)公開(kāi)的狀態(tài)，而高性能專業(yè)型改性塑料的配方則掌握在各細(xì)分領(lǐng)域內(nèi)的領(lǐng)先企業(yè)手中。
3、應(yīng)用領(lǐng)域
改性塑料在阻燃性、強(qiáng)度、抗沖擊性、韌性等方面的性能都優(yōu)于通用塑料，下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，主要應(yīng)用于家電、汽車、建筑、辦公設(shè)備、機(jī)械等領(lǐng)域，其中家電、汽車是其最大的兩個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，2015 年國(guó)內(nèi)改性塑料消費(fèi)量已經(jīng)接近1000 萬(wàn)噸，隨著科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)其下游應(yīng)用還在不斷拓展。
汽車領(lǐng)域改性塑料
汽車行業(yè)已經(jīng)成為改性塑料需求增速最快的領(lǐng)域。據(jù)市場(chǎng)咨詢機(jī)構(gòu)Marketsand Markets 預(yù)計(jì)，2018 年全球車用塑料市值有望由2012 年的216.16 億美元增至461.12 億美元，消費(fèi)量預(yù)計(jì)將由2012 年的710 萬(wàn)噸增至2018 年的1130萬(wàn)噸，2013～2018 年期間需求復(fù)合年增長(zhǎng)率將達(dá)13.4% 車身結(jié)構(gòu)安全
汽車車身和內(nèi)外飾輕量化的前提是汽車安全性、車身剛度、疲勞耐久性、操控穩(wěn)定性和振動(dòng)舒適性等滿足要求。車身結(jié)構(gòu)安全的目的在于保護(hù)車內(nèi)乘員的安全，屬于汽車的被動(dòng)安全范疇，車身結(jié)構(gòu)的安全性能將直接影響到汽車是否能滿足正面碰撞、側(cè)面碰撞、后面碰撞、翻滾和低速碰撞等這些被動(dòng)安全要求。
目前各國(guó)汽車被動(dòng)安全法規(guī)有：歐洲法規(guī)體系剛度分析
車身整體剛度指的是車身受到外界施加的載荷和在施加載荷之后白車身產(chǎn)生的變形量之間的關(guān)系。車身剛度反映了如何在滿足車身裝配和使用要求的前提下來(lái)控制車身結(jié)構(gòu)各個(gè)部位的變形量，所以如果車身剛度設(shè)計(jì)不合理，就會(huì)造成車身振動(dòng)頻率的降低，從而導(dǎo)致整車的乘坐舒適性、使用壽命和碰撞安全性、NVH 性能等達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求?，F(xiàn)代車身的設(shè)計(jì)都是盡可能降低車身質(zhì)量的前提下，最大程度的提高汽車車身剛度。
輕量化系數(shù)
車身輕量化系數(shù)L
內(nèi)飾重量的減輕可以通過(guò)多運(yùn)用改性塑料來(lái)達(dá)到，車身和底盤重量的減輕除了上面所說(shuō)的利用高強(qiáng)度鋼、鋁鎂合金外，有研究者甚至提出了全塑車身的概念，提出了集成化超輕新能源汽車的概念，超輕新能源汽車主要由驅(qū)動(dòng)電池單元、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、鋁制車身框架、復(fù)合材料車身、塑化地板等組成，車身整備質(zhì)量能降低到850kg改性塑料在汽車內(nèi)外飾件上的應(yīng)用
儀表板
目前儀表板主要有硬質(zhì)儀表板和軟質(zhì)儀表板兩種形式，軟質(zhì)儀表板一般被比較高檔的汽車采用，而大客車、貨車等車型則基本采用硬質(zhì)儀表板。儀表板一般用改性PP材料制作，改性PP中主要是以橡膠類的增韌劑和無(wú)機(jī)填充材料為主;儀表板表皮材料以PVC/ABS為主，PVC在耐沖擊和耐熱性上比較弱，ABS機(jī)械性能和成型加工能力比較好，并且與PVC能夠進(jìn)行結(jié)合，將兩者進(jìn)行組合可以形成互補(bǔ)。
門內(nèi)板
目前比較常用的制造門內(nèi)板的改性塑料是ABS、PP，用它們制作成骨架，并且表面帶有一層緩沖層，緩沖層采用PP發(fā)泡、TPU、針織滌綸等。在通用、雪佛蘭的一些車型中，骨架、面板都采用玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯片狀模塑料改性塑料在功能件、結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用
保險(xiǎn)杠
汽車保險(xiǎn)杠是使用改性材料的主要部件之一，目前市場(chǎng)上大部分的保險(xiǎn)杠都是采用塑料制品制作而成，保險(xiǎn)杠的面板是PP、PC/ABS、PC/PBT等材料，骨架是木材或者金屬等材料，中間部分是PP發(fā)泡材料等。這類材料從環(huán)保角度看不利于回收，經(jīng)過(guò)不斷創(chuàng)新在制作保險(xiǎn)杠面板時(shí)可以采用TPO、骨架可以用玻纖增強(qiáng)PP材料、中間部分可以使用發(fā)泡PP，使用相同屬性的材質(zhì)制作保險(xiǎn)杠，在進(jìn)行回收前只要進(jìn)行清潔和干燥處理就可以。
燃油箱
在制作燃油箱方面，改性塑料也發(fā)揮著重要的作用，可以根據(jù)一定比例混合樹(shù)脂、粘合劑、PA等材料，然后吹塑成型。此外，還可以利用超高分子量高密度聚乙烯、共聚PA、EVOH樹(shù)脂等材料制作燃料箱。
發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣岐管
汽車中的進(jìn)氣岐管在制作上存在一定難度，主要是因?yàn)檫M(jìn)氣歧管的形狀比較復(fù)雜，目前改性塑料在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣岐管的制造上大多是使用AIM工藝進(jìn)行制作，在克萊斯勒、凱迪拉克的一些型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)中，進(jìn)氣歧管就應(yīng)用了玻纖增強(qiáng)PA。
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中在運(yùn)行中溫度會(huì)不斷升高，所以發(fā)動(dòng)機(jī)周邊的零部件必須在承受220攝氏度高溫的同時(shí)還能保持超高的強(qiáng)度，如果是在比較寒冷的天氣下還要有承受低溫的性能，因此一般采用PA66材料來(lái)確保塑料化零件的性能。
離合器執(zhí)行系統(tǒng)
離合器因?yàn)榻?jīng)常在高溫環(huán)境下工作并且又受到壓力潤(rùn)滑油劑的影響，傳統(tǒng)制造工藝中使用金屬材料，但是在不斷的試驗(yàn)中，改性塑料制作離合器執(zhí)行系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)更加明顯，在制造離合器執(zhí)行系統(tǒng)時(shí)利用50%長(zhǎng)纖維增強(qiáng)黑色尼龍LFRT原材料，穩(wěn)定性更高，并且節(jié)約成本。
纖維增強(qiáng)塑料在汽車中的應(yīng)用
纖維增強(qiáng)塑料是樹(shù)脂和增強(qiáng)纖維復(fù)合而成的材料，汽車工業(yè)主要使用玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料，它具有密度小、易成型、設(shè)計(jì)靈活美觀、耐腐蝕、耐沖擊、抗振、隔熱隔電、易于涂裝、強(qiáng)度高、成本低的特點(diǎn)。
目前玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯片狀模塑料碳纖維復(fù)合材料在汽車中的應(yīng)用
碳纖維汽車輕量化解決方案
綜上所述，隨著纖維增強(qiáng)塑料技術(shù)的發(fā)展，特別是碳纖維復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展，基于改性塑料和復(fù)合材料的汽車整體輕量化解決方案成為可能。目前的主要障礙是碳纖維價(jià)格還過(guò)高，用于汽車工業(yè)的大絲束碳纖維目前價(jià)格在15美元/公斤以上，只有當(dāng)價(jià)格降到10美元/公斤或以下時(shí)，售價(jià)30萬(wàn)人民幣左右的中級(jí)車才可能大規(guī)模使用。
4、車用改性塑料市場(chǎng)分析
全球車用改性塑料市場(chǎng)
目前改性塑料使用量最高的是德系車單車，其改性塑料的使用率達(dá)到了22%為300-360千克，歐美國(guó)家的平均水平也達(dá)到了16%為210-260千克，我國(guó)乘用車單車的改性塑料使用率只有8%為100-130千克。
2016年歐美共生產(chǎn)了2186萬(wàn)輛乘用車，而中國(guó)生產(chǎn)了乘用車2424萬(wàn)輛，由此計(jì)算的全球乘用車單車改性塑料加權(quán)平均用量為152-191千克，取中間值為171千克。2016年全球乘用車產(chǎn)量為7210萬(wàn)輛，需要的改性塑料為1233萬(wàn)噸，按著單價(jià)1.8萬(wàn)/噸來(lái)計(jì)算，2016年全球車用改性塑料市場(chǎng)空間為2219億人民幣。
根據(jù)預(yù)測(cè)到2020年全球乘用車產(chǎn)量將達(dá)到8148萬(wàn)輛左右，以及考慮汽車輕量化趨勢(shì)下單車消耗改性塑料量的增加，假設(shè)到2020年全球單車改性塑料用量增加至200千克，這一市場(chǎng)空間將接近3000億人民幣，2017-2020年年平均增速為7%左右。全球車用改性塑料市場(chǎng)的主要參與者都是大型化工企業(yè)，比如巴斯夫、普立萬(wàn)中國(guó)車用改性塑料市場(chǎng)
目前中國(guó)有上千家企業(yè)從事改性塑料生產(chǎn)的企業(yè)，但規(guī)模以上企業(yè)只有70余家，從產(chǎn)能上看，國(guó)內(nèi)企業(yè)占據(jù)73%左右，國(guó)外或合資企業(yè)占比約為27%，但從市場(chǎng)占有率情況來(lái)看，國(guó)內(nèi)企業(yè)市場(chǎng)占有率僅為30%，而國(guó)外企業(yè)市場(chǎng)占有率高達(dá)70%。目前已經(jīng)在國(guó)內(nèi)設(shè)立改性塑料生產(chǎn)基地的國(guó)外大企業(yè)有SABIC公司、杜邦公司、SOLVAY公司、陶氏公司、德國(guó)BASF公司、LANXESS、BAYER、Celanese公司、日本旭化成公司、寶理塑料公司，韓國(guó)三星公司、LG公司、錦湖公司，荷蘭DSM公司等。
進(jìn)一步具體到車用改性塑料領(lǐng)域，按著2016年國(guó)內(nèi)乘用車產(chǎn)量2424萬(wàn)輛以及單車改性塑料用量115千克來(lái)計(jì)算，國(guó)內(nèi)車用改性塑料需求量為278萬(wàn)噸，市場(chǎng)空間在400億以上。但是相比全球40%的改性塑料用于汽車行業(yè)，中國(guó)僅10%左右，此外國(guó)內(nèi)乘用車增速遠(yuǎn)大于全球乘用車增速，根據(jù)蓋世汽車研究院的預(yù)測(cè)，到2020年中國(guó)乘用車生產(chǎn)量將達(dá)到2865萬(wàn)輛左右，國(guó)內(nèi)車用改性塑料發(fā)展?jié)摿薮蟆?/span>
另一方面，2016年10月中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》指出，到2020年、2025年、2030年，整車質(zhì)量需比2015年分別減重10%、20%、35%。此外中國(guó)也是全球最大的新能源汽車市場(chǎng)，2016年新能源乘用車銷量占到全球的43.7%，未來(lái)幾年將以每年40%左右的速度增長(zhǎng)，到2020年產(chǎn)量將達(dá)到200萬(wàn)輛，新能源汽車對(duì)輕量化技術(shù)的依賴更大，因此國(guó)內(nèi)單車改性塑料用量將會(huì)出現(xiàn)大幅增長(zhǎng)。
保守測(cè)算即使到2020年國(guó)內(nèi)乘用車單車改性塑料用量只達(dá)到150kg，市場(chǎng)空間也將接近650億人民幣，2017-2020年的年平均增速將達(dá)到11%左右;如果到2020年單車用量達(dá)到現(xiàn)在全球平均值170kg，市場(chǎng)空間將超過(guò)700億元，2017-2020年的年平均增速將達(dá)到15%左右;如果到2020年單車用量追上全球平均值200kg，市場(chǎng)空間將超過(guò)850億元，2017-2020年的年平均增速將接近20%。
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