汽車(chē)輕量化帶動(dòng)車(chē)用改性塑料需求,汽車(chē)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用領(lǐng)域是家電和汽車(chē),在汽車(chē)輕量化的帶動(dòng)下汽車(chē)行業(yè)已經(jīng)成為改性塑料需求增速最快的領(lǐng)域，預計未來(lái)幾年國內車(chē)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(lèi)
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、共聚、交聯(lián)等物理、化學(xué)方法對通用塑料和工程塑料進(jìn)行改性，以提高其韌性、強度、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用于家電、汽車(chē)、建筑等行業(yè)。
改性塑料產(chǎn)業(yè)鏈
根據改性后的功能，改性塑料包括阻燃樹(shù)脂類(lèi)、增強增韌樹(shù)脂類(lèi)、塑料合金類(lèi)、功能色母類(lèi)等種類(lèi)，各個(gè)種類(lèi)按著(zhù)不同的材質(zhì)又可以細分下去，并且由于各自的性能差異，應用領(lǐng)域也各有不同。
改性塑料的分類(lèi)
改性塑料分類(lèi)及用途
2、改性技術(shù)
改性技術(shù)包括共混、填充、增強等物理方法和共聚、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： 潤滑劑——改善基材的流動(dòng)性;熱穩定劑、抗氧化劑——改善基材的熱穩定性;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;導電涂料填料、抗靜電劑——改善基材的導電性，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、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;增強是將玻璃纖維等與塑料共混以增強塑料的機械強度。
改性技術(shù)
用于填充、共混、增強的改性配方一旦確定，對下游的生產(chǎn)設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計，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(zhuān)業(yè)型改性塑料的配方則掌握在各細分領(lǐng)域內的領(lǐng)先企業(yè)手中。
3、應用領(lǐng)域
改性塑料在阻燃性、強度、抗沖擊性、韌性等方面的性能都優(yōu)于通用塑料，下游應用領(lǐng)域廣泛，主要應用于家電、汽車(chē)、建筑、辦公設備、機械等領(lǐng)域，其中家電、汽車(chē)是其最大的兩個(gè)應用領(lǐng)域，2015 年國內改性塑料消費量已經(jīng)接近1000 萬(wàn)噸，隨著(zhù)科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級其下游應用還在不斷拓展。
汽車(chē)領(lǐng)域改性塑料
汽車(chē)行業(yè)已經(jīng)成為改性塑料需求增速最快的領(lǐng)域。據市場(chǎng)咨詢(xún)機構Marketsand Markets 預計，2018 年全球車(chē)用塑料市值有望由2012 年的216.16 億美元增至461.12 億美元，消費量預計將由2012 年的710 萬(wàn)噸增至2018 年的1130萬(wàn)噸，2013～2018 年期間需求復合年增長(cháng)率將達13.4% 車(chē)身結構安全
汽車(chē)車(chē)身和內外飾輕量化的前提是汽車(chē)安全性、車(chē)身剛度、疲勞耐久性、操控穩定性和振動(dòng)舒適性等滿(mǎn)足要求。車(chē)身結構安全的目的在于保護車(chē)內乘員的安全，屬于汽車(chē)的被動(dòng)安全范疇，車(chē)身結構的安全性能將直接影響到汽車(chē)是否能滿(mǎn)足正面碰撞、側面碰撞、后面碰撞、翻滾和低速碰撞等這些被動(dòng)安全要求。
目前各國汽車(chē)被動(dòng)安全法規有：歐洲法規體系剛度分析
車(chē)身整體剛度指的是車(chē)身受到外界施加的載荷和在施加載荷之后白車(chē)身產(chǎn)生的變形量之間的關(guān)系。車(chē)身剛度反映了如何在滿(mǎn)足車(chē)身裝配和使用要求的前提下來(lái)控制車(chē)身結構各個(gè)部位的變形量，所以如果車(chē)身剛度設計不合理，就會(huì )造成車(chē)身振動(dòng)頻率的降低，從而導致整車(chē)的乘坐舒適性、使用壽命和碰撞安全性、NVH 性能等達不到設計的要求?，F代車(chē)身的設計都是盡可能降低車(chē)身質(zhì)量的前提下，最大程度的提高汽車(chē)車(chē)身剛度。
輕量化系數
車(chē)身輕量化系數L
內飾重量的減輕可以通過(guò)多運用改性塑料來(lái)達到，車(chē)身和底盤(pán)重量的減輕除了上面所說(shuō)的利用高強度鋼、鋁鎂合金外，有研究者甚至提出了全塑車(chē)身的概念，提出了集成化超輕新能源汽車(chē)的概念，超輕新能源汽車(chē)主要由驅動(dòng)電池單元、行駛系統、轉向系統、鋁制車(chē)身框架、復合材料車(chē)身、塑化地板等組成，車(chē)身整備質(zhì)量能降低到850kg改性塑料在汽車(chē)內外飾件上的應用
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(chē)采用，而大客車(chē)、貨車(chē)等車(chē)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(lèi)的增韌劑和無(wú)機填充材料為主;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機械性能和成型加工能力比較好，并且與PVC能夠進(jìn)行結合，將兩者進(jìn)行組合可以形成互補。
門(mén)內板
目前比較常用的制造門(mén)內板的改性塑料是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(chē)型中，骨架、面板都采用玻璃纖維增強不飽和聚酯片狀模塑料改性塑料在功能件、結構件上的應用
保險杠
汽車(chē)保險杠是使用改性材料的主要部件之一，目前市場(chǎng)上大部分的保險杠都是采用塑料制品制作而成，保險杠的面板是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(lèi)材料從環(huán)保角度看不利于回收，經(jīng)過(guò)不斷創(chuàng )新在制作保險杠面板時(shí)可以采用TPO、骨架可以用玻纖增強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(zhù)重要的作用，可以根據一定比例混合樹(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)機進(jìn)氣岐管
汽車(chē)中的進(jìn)氣岐管在制作上存在一定難度，主要是因為進(jìn)氣歧管的形狀比較復雜，目前改性塑料在發(fā)動(dòng)機進(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的發(fā)動(dòng)機中，進(jìn)氣歧管就應用了玻纖增強PA。
汽車(chē)發(fā)動(dòng)機中在運行中溫度會(huì )不斷升高，所以發(fā)動(dòng)機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。
離合器執行系統
離合器因為經(jīng)常在高溫環(huán)境下工作并且又受到壓力潤滑油劑的影響，傳統制造工藝中使用金屬材料，但是在不斷的試驗中，改性塑料制作離合器執行系統優(yōu)勢更加明顯，在制造離合器執行系統時(shí)利用50%長(cháng)纖維增強黑色尼龍LFRT原材料，穩定性更高，并且節約成本。
纖維增強塑料在汽車(chē)中的應用
纖維增強塑料是樹(shù)脂和增強纖維復合而成的材料，汽車(chē)工業(yè)主要使用玻璃纖維增強熱塑性塑料，它具有密度小、易成型、設計靈活美觀(guān)、耐腐蝕、耐沖擊、抗振、隔熱隔電、易于涂裝、強度高、成本低的特點(diǎn)。
目前玻璃纖維增強不飽和聚酯片狀模塑料碳纖維復合材料在汽車(chē)中的應用
碳纖維汽車(chē)輕量化解決方案
綜上所述，隨著(zhù)纖維增強塑料技術(shù)的發(fā)展，特別是碳纖維復合材料技術(shù)的發(fā)展，基于改性塑料和復合材料的汽車(chē)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(chē)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)人民幣左右的中級車(chē)才可能大規模使用。
4、車(chē)用改性塑料市場(chǎng)分析
全球車(chē)用改性塑料市場(chǎng)
目前改性塑料使用量最高的是德系車(chē)單車(chē)，其改性塑料的使用率達到了22%為300-360千克，歐美國家的平均水平也達到了16%為210-260千克，我國乘用車(chē)單車(chē)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(chē)，而中國生產(chǎn)了乘用車(chē)2424萬(wàn)輛，由此計算的全球乘用車(chē)單車(chē)改性塑料加權平均用量為152-191千克，取中間值為171千克。2016年全球乘用車(chē)產(chǎn)量為7210萬(wàn)輛，需要的改性塑料為1233萬(wàn)噸，按著(zhù)單價(jià)1.8萬(wàn)/噸來(lái)計算，2016年全球車(chē)用改性塑料市場(chǎng)空間為2219億人民幣。
根據預測到2020年全球乘用車(chē)產(chǎn)量將達到8148萬(wàn)輛左右，以及考慮汽車(chē)輕量化趨勢下單車(chē)消耗改性塑料量的增加，假設到2020年全球單車(chē)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(chē)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)中國車(chē)用改性塑料市場(chǎng)
目前中國有上千家企業(yè)從事改性塑料生產(chǎn)的企業(yè)，但規模以上企業(yè)只有70余家，從產(chǎn)能上看，國內企業(yè)占據73%左右，國外或合資企業(yè)占比約為27%，但從市場(chǎng)占有率情況來(lái)看，國內企業(yè)市場(chǎng)占有率僅為30%，而國外企業(yè)市場(chǎng)占有率高達70%。目前已經(jīng)在國內設立改性塑料生產(chǎn)基地的國外大企業(yè)有SABIC公司、杜邦公司、SOLVAY公司、陶氏公司、德國B(niǎo)ASF公司、LANXESS、BAYER、Celanese公司、日本旭化成公司、寶理塑料公司，韓國三星公司、LG公司、錦湖公司，荷蘭DSM公司等。
進(jìn)一步具體到車(chē)用改性塑料領(lǐng)域，按著(zhù)2016年國內乘用車(chē)產(chǎn)量2424萬(wàn)輛以及單車(chē)改性塑料用量115千克來(lái)計算，國內車(chē)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(chē)行業(yè)，中國僅10%左右，此外國內乘用車(chē)增速遠大于全球乘用車(chē)增速，根據蓋世汽車(chē)研究院的預測，到2020年中國乘用車(chē)生產(chǎn)量將達到2865萬(wàn)輛左右，國內車(chē)用改性塑料發(fā)展潛力巨大。
另一方面，2016年10月中國汽車(chē)工程學(xué)會(huì )發(fā)布的《節能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線(xiàn)圖》指出，到2020年、2025年、2030年，整車(chē)質(zhì)量需比2015年分別減重10%、20%、35%。此外中國也是全球最大的新能源汽車(chē)市場(chǎng)，2016年新能源乘用車(chē)銷(xiāo)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(cháng)，到2020年產(chǎn)量將達到200萬(wàn)輛，新能源汽車(chē)對輕量化技術(shù)的依賴(lài)更大，因此國內單車(chē)改性塑料用量將會(huì )出現大幅增長(cháng)。
保守測算即使到2020年國內乘用車(chē)單車(chē)改性塑料用量只達到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到11%左右;如果到2020年單車(chē)用量達到現在全球平均值170kg，市場(chǎng)空間將超過(guò)700億元，2017-2020年的年平均增速將達到15%左右;如果到2020年單車(chē)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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