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技術(shù)沉淀:“雙碳”背景下塑料在汽車中應(yīng)用與發(fā)展趨勢

發(fā)布時(shí)間:2024.03.12

“碳達(dá)峰、碳中和”的“雙碳目標(biāo)”已經(jīng)成為政府和各行業(yè)里的高頻詞匯。中國的“雙碳”目標(biāo)是力爭2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰,2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。加快降低碳排放步伐,有利于引導(dǎo)綠色技術(shù)創(chuàng)新,提高產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)的全球競爭力。

汽車行業(yè)是僅次于電力和工業(yè)的碳排放大頭,人與環(huán)境是汽車行業(yè)重要資源,汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展要求減少生產(chǎn)、產(chǎn)品和服務(wù)在整個(gè)生命周期內(nèi)的碳足跡來履行環(huán)境責(zé)任。

當(dāng)前,隨著汽車保有量逐年增加,能源消耗與尾氣排放問題越來越突出。隨著“雙碳”目標(biāo)日益臨近。汽車行業(yè)正從生產(chǎn)減碳、使用減碳、回收減碳和供應(yīng)鏈減碳四個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)。塑料具有輕質(zhì)、環(huán)保、易于成型加工的特性,因此增加塑料在汽車中的使用量是汽車減重的關(guān)鍵,也是提高能源利用效率最有效措施之一。

隨著“雙碳”目標(biāo)的日益臨近,汽車用塑料主要有以下發(fā)展趨勢:

1.綠色加工方式

綠色電力是使用可再生能源,如太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)等資源發(fā)的電,由于發(fā)電過程中二氧化碳排放接近于零,產(chǎn)品在注塑、加工過程中使用綠色電力在碳核算中可直接減掉加工過程碳排放,實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn),來履行企業(yè)的社會(huì)責(zé)任,提高產(chǎn)品在市場中的競爭力。

為了使塑料制品外觀美化,塑料制品表面會(huì)采用噴漆或者電鍍的方式實(shí)現(xiàn),噴漆、電鍍會(huì)有大量有機(jī)物揮發(fā)和有毒有害物質(zhì)的排放。采用免噴涂材料和技術(shù)可直接利用注塑生產(chǎn)出類似噴涂效果的材料,不僅減少能源消耗,還能降低有害氣體、重金屬泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。目前免噴涂PMMA/ASA、ABS、PC等材料可做成高黑高亮的鋼琴黑、珠光色、類似電鍍的金屬質(zhì)感的外觀等。免噴涂產(chǎn)品用于汽車格柵、保險(xiǎn)杠、內(nèi)飾裝飾件等產(chǎn)品中。

2.部件產(chǎn)品輕量化

汽車輕量化對汽車能源消耗、降低排放、改善性能、汽車產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展都具有重要意義。塑料具有密度低易加工的特點(diǎn),“以塑代鋼”是實(shí)現(xiàn)輕量化的重要手段之一。碳纖維和玻璃纖維可以大幅度提高塑料材料的性能,可以通過RTM、LFT-D、CFRTP+注塑成型等加工工藝生產(chǎn)汽車用部件,纖維增強(qiáng)材料具有重量輕強(qiáng)度高的特點(diǎn),是金屬替代理想材料。德國朗盛推出的Tepex材料,采用連續(xù)玻璃纖維或碳纖維增強(qiáng)熱塑PP、PA等材料,材料比強(qiáng)度可達(dá)到鋼材的性能,該材料具有較高的抗穿透性和較強(qiáng)的能量吸收能力,目前在汽車底板、電池外殼上及汽車外部結(jié)構(gòu)件上均有應(yīng)用。

通過物理超臨界流體發(fā)泡或者化學(xué)發(fā)泡的方式實(shí)現(xiàn)塑料發(fā)泡,其泡孔尺寸從小于一微米到幾十微米,這種多孔塑料材料叫微發(fā)泡材料。比一般泡沫塑料毫米級的泡孔、微發(fā)泡聚合物的泡孔要小得多,而泡孔密度要大得多,因而稱為微發(fā)泡塑料。材料通過發(fā)泡,形成微發(fā)泡夾層,從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品減重,且不影響產(chǎn)品性能,該技術(shù)可降低產(chǎn)品重量,減重10-20%,還可以減少材料消耗。PP微發(fā)泡生產(chǎn)汽車內(nèi)飾產(chǎn)品已經(jīng)較為成熟,日本旭化成近年推出了改性聚苯醚發(fā)泡材料,應(yīng)用于新能源汽車電池支架作為結(jié)構(gòu)件和隔熱功能件使用。

3.耐熱阻燃材料應(yīng)用擴(kuò)大化

傳統(tǒng)燃油車除發(fā)動(dòng)機(jī)周邊用塑料需要耐高溫外,其它耐高溫阻燃應(yīng)用場景不多。目前隨著電動(dòng)汽車、氫能等新能源汽車發(fā)展, 新能源汽車銷售量越來越大,但安全問題也越來越突出。新能源汽車三電系統(tǒng)是其核心部件,由于電池、電機(jī)在工作中會(huì)產(chǎn)生較大電流,系統(tǒng)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量的熱量,普通塑料在這個(gè)環(huán)境中使用會(huì)超出其使用溫度,有起火的風(fēng)險(xiǎn)。因此耐高溫阻燃同時(shí)電阻率高的高性能工程塑料是解決這個(gè)問題的較優(yōu)方案。如阻燃PPS、PPE、PBT、高溫尼龍等產(chǎn)品因可在100℃的溫度下連續(xù)工作,所以在新能源汽車電池周邊、連接器、固定裝置等應(yīng)用較多。汽車充電樁殼體作為充電樁的對外防護(hù)部件,不僅需要滿足運(yùn)輸、安裝和使用過程中可能發(fā)生碰撞的保護(hù)要求,還要有一定機(jī)械強(qiáng)度、電氣絕緣性能和阻燃要求,同時(shí)兼顧耐候性、低溫沖擊性能。阻燃PC、PC/PBT等材料是理想的充電樁防護(hù)材料。

4.塑料的可持續(xù)發(fā)展

生物基材料:目前常見的塑料來源于煤、石油、天然氣,生物基塑料是利用可再生的植物、秸稈、微生物、動(dòng)物等為原料生產(chǎn)的塑料品種,生物主要通過吸收二氧化碳生長,可短期內(nèi)形成碳循環(huán),不會(huì)造成整體環(huán)境的碳增加,在“雙碳”目標(biāo)大背景下,生物基塑料在汽車中應(yīng)用逐步增加。PA11是一種以蓖麻油為原料生產(chǎn)的生物基塑料,具有質(zhì)量輕、耐腐蝕、不易疲勞開裂、密封性好等特點(diǎn),用來制作汽車輸油管、剎車管中,還在汽車導(dǎo)電護(hù)套中得到應(yīng)用。三菱化學(xué)利用可再生植物源的異山梨醇制成生物基工程塑料 DURABIO,材料具有非常好的性能,包括抗沖擊性、耐候性和耐熱性,已用在鈴木汽車公司車型 S-CROSS 的前格柵的生產(chǎn)制造上。

可降解材料:降解材料指材料在光、熱、微生物等環(huán)境下降解成二氧化碳和水的環(huán)境友好材料,對減少塑料污染有重要作用,從塑料行業(yè)目前的整體趨勢來看,傳統(tǒng)塑料已不能滿足當(dāng)下節(jié)能環(huán)保的發(fā)展要求,而可降解塑料正代替?zhèn)鹘y(tǒng)塑料成為新的發(fā)展方向。但可降解塑料性能較差,還不能大量替代傳統(tǒng)塑料的應(yīng)用。目前應(yīng)用較多的是聚乳酸(PLA)材料,是利用玉米作為原材料經(jīng)過加工合成的材料,具有較高的強(qiáng)度,PLA 可用于生產(chǎn)汽車地毯、地墊、室內(nèi)裝潢和保護(hù)性包裝等內(nèi)飾部件。

5.材料回收:

塑料污染對生態(tài)環(huán)境、人體健康具有危害性,在汽車工業(yè)每年使用大量塑料,如果不加控制汽車行業(yè)對環(huán)境污染、碳排放都是占有重要比例。為降低對環(huán)境造成危害,在生產(chǎn)、流通、消費(fèi)各環(huán)節(jié)和全過程貫徹落實(shí)減量化、再利用、資源化的原則,逐步構(gòu)建起“資源-產(chǎn)品-再生資源”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。在汽車部件設(shè)計(jì)時(shí)同一產(chǎn)品盡量選用同一類塑料,以利于回收利用。并在汽車行業(yè)中推動(dòng)綠色化、低碳化、循環(huán)化發(fā)展。

為推動(dòng)再生料的使用,減少對環(huán)境的影響,國際上推出塑料循環(huán)使用的GRS認(rèn)證,使用GRS認(rèn)證的材料在消費(fèi)終端可以看到認(rèn)證標(biāo)識,消費(fèi)者在選擇的時(shí)候有些會(huì)傾向選擇GRS認(rèn)證的產(chǎn)品。同樣汽車主機(jī)廠也有碳排放的約束,使用再生料是一種有效的減碳方式。在汽車外飾產(chǎn)品如擋泥板、保險(xiǎn)杠等使用可回收材料生產(chǎn)較為普遍。大型跨國企業(yè)如巴塞爾、沙比克、杜邦等等都明確要求每年使用回收塑料的量不低于銷售量的20%。相信在不久的將來隨著人們的環(huán)保理念逐漸深入,低碳產(chǎn)品會(huì)越來越多。


生產(chǎn)中心-韓琛