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先进高性能车用工程塑料 助力未来出行

来源:雅式橡塑网 日期 :2024-04-25 作者 :黄家奇
版权声明: 本文由“雅式橡塑网(AdsaleCPRJ.com)”原创/编辑首发,未经许可,禁止转载与摘选。对任何侵权行为,本司将依法追究法律责任。

中国汽车工业协会最新发布的产销数据显示,2023全年中国汽车产销量分别完成3016.1万辆和3009.4万辆,同比分别增长11.6%和12%,再创历史新高。这一成绩标志着中国汽车产业再度迎来全新里程碑,中国已成为名副其实的汽车产销大国。


工程塑料,尤其是高性能工程塑料,因其具有良好的机械性能、综合力学性能,同时具备耐热性、耐酸、寿命长、可靠性高等特点而越来越多用于汽车工业。随着汽车轻量化技术的不断发展,工程塑料在汽车各零部件上的应用愈加广泛。


发动机舱及燃油管路零件应用

 

耐超高温尼龙PA/PA66是发动机舱零件重要的材料应用之一。总部位于美国得克萨斯州休斯顿的奥升德是全球领先的四大PA66 供货商之一,公司旗下Starflam X-Protect阻燃聚酰胺,能承受超高温和直接火焰,可以耐直接1,100℃高温的火焰达到15分钟;它的极端耐火耐温性更好,使用在新能源车和超高电压的电气部件上,能够提供更好的保护性能。


生物基尼龙材料逐渐在燃油管路零件应用中崭露头角,其中基于戊二胺的PA56材料干态数据与PA66十分接近。PA56-G30的熔点介于PA66-G30和PA6-G30之间,三者依次为255.6℃、263.3℃和220.0℃。


PA56 酰胺基团密度较高,分子内氢键密度低,因此吸水率最高,导致PA56-G30的湿态拉伸强度下降和湿态冲击强度上升最明显。PA56-G30和PA66-G30、PA6-G30一样,显示出优异的长期热氧老化性能,性能保持率均≥90%。


由于高吸水率的影响,PA56-G30 的耐水解( 醇解) 性能最差,拉伸强度和弯曲模量保持率仅有6.3% 和28.4%。PA56-G30显示出较好的耐油性能,能够与PA6-G30和PA66-G30 的耐油性能相媲美。


生物基尼龙56 (PA56) 是由生物基戊二胺和石油基己二酸聚合而成的一种新型生物基聚酰胺,目前主要由上海凯赛生物技术有限公司研发生产。生物基戊二胺是通过淀粉微生物发酵而得,降低了生产成本,缓解了石油资源紧缺的压力,是一种未来竞争潜力很高的尼龙材料。


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凯赛生物基于自产生物基戊二胺及不同二元酸缩聚生产的生物基聚酰胺系列产品,可广泛应用于汽车、电子电气、工业及消费品等领域。


 

新能源汽车三电零件应用

 

随着新能源汽车的高速发展,防火阻燃、热失控要求日益加严。材料的电绝缘性能主要按CTI指数、体积电阻率、介电强度进行评价。


Syensqo(由原索尔维集团拆分后成立)旗下全新耐高温、阻燃牌号聚合物Xydar LCP G-330HH,其在400℃的高温下暴露30分钟后仍能保持良好的电绝缘性。Xydar LCP为本征阻燃然聚合物,不含卤素等添加剂。此外,它还具有良好的流动性,有助于电池设计师开发出比现有电池模块绝缘材料(如聚碳酸酯或气凝胶)更薄的部件。


据了解,目前商用能量密度较高的高镍三元锂电池,一旦发生热失控事故可能伴随着剧烈的喷射、燃烧等现象,最高温度达1200℃,并释放出有毒有害气体。因此,化工企业开发出性能优良的阻燃绝热材料对于提高新能汽车的安全性至关重要。


LG化学将其超级阻燃材料技术与LX Hausys公司的连续纤维热塑性塑料(CFT)制造技术相结合。LX Hausys通过将热塑性塑料以胶带形式层迭到材料上的工艺提高了性能,而特殊阻燃CFT质地坚固,受力时变形很小,它可以用于电动汽车电池组的顶部和底部包盖。


两家公司期望这种新材料能够有效地延迟在电动汽车电池火灾发生时火焰的蔓延,从而为驾驶员撤离和灭火提供足够的时间。


依靠上述技术,LG化学与LX Hausys联合开发出一种创新材料,这种材料可延迟电池的热失控,并能在1500℃的火焰中持续超过20分钟。这种材料被称为“特殊阻燃连续纤维热塑性塑料”,其特点是比现有的热塑性材料能够更长时间地抵御强烈的火焰和高压。


LG化学将1.6mm的特殊阻燃连续纤维热塑性塑料CFT暴露于超过1500℃的温度和高压力下,该材料并没有融化,其耐受强火焰和高压的时间是现有热塑性塑料的14倍以上,这将是工业中的最高级别的阻燃性能,具有里程碑意义。


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LG化学与LX Hausys联合开发的创新材料,比现有的热塑性材料能够更长时间地抵御强烈的火焰和高压。


在新能源汽车电池PACK包壳体方面,沙特基础工业公司(SABIC)推出了新型挤出级阻燃聚合物解决方案,为传统金属板材提供了有利的替代品。该材料有助于汽车行业实现其电气化目标,并推动全球在电动汽车电池的应用。


由SABIC专有材料制成的挤出级材料,为传统的金属、模压和注塑成型提供了替代方案,使客户能够以更高效率和更具成本效益的方式制造复杂的热塑性结构部件。这些业内首创的挤出级材料进一步丰富了SABIC的材料种类,并扩展了其旨在加速汽车市场电气化的BLUEHERO解决方案生态系统。


新型挤出级材料包括两种突破性树脂材料:PP化合物H1090和STAMAX 30YH611,均由SABIC独家开发,用于电动汽车电池组的上盖、外壳和模块隔板。


这些挤出级材料具有适合挤出成型的熔体强度和低熔体流变性,这两项关键特性使材料具有足够的柔韧性,以便制造商生产符合预期设计规格的组件而不会发生断裂。


这种熔体强度工艺提升了设计自由度,同时提供结构性能和强度。除了阻燃特性以外,树脂材料在一定温度范围内还具有领先的钢度、强度和抗冲击性。这些材料可在全球范围内供应,而且加工性能极佳。

 

感知质量零件应用

 

随着汽车感知质量要求逐渐提升,装饰外观要求更复杂、更具新颖性,例如IML/IMD/INS膜片类应用逐步增加,各类面喷涂材料作为低成本装饰方案被广泛应用。


三菱化学和本田旨在通过开发一种可用于车门、发动机罩、前翼子板和其他汽车车身零件的新型PMMA树脂来改变现状。


该化合物由丙烯酸树脂和橡胶颗粒组成,以提高汽车车身所需的抗冲击性。丙烯酸树脂是高度透明的,可以调色成各种颜色,使制造商能够通过添加着色剂来实现有光泽的表面,它还有助于减少涂装过程中产生的碳排放。


东莞市碧升新材料有限公司专业研发生产高硬度、免喷涂、耐划痕塑料,材料铅笔硬度可以达到1-3H等级。高硬度PC是兼具了普通PC和PMMA各自优点的材料,有效的解决了塑料产品表面容易出现划痕的行业难题,属于创新性新材料。


高硬度、免喷涂产品可以直接抵抗指甲刮擦测试,替代喷UV油漆、硬化和IML等工艺。 在环保方面,去除了喷涂工序,可降低30%以上总体生产成本,提高了产品的美感和附加值。


该款材料的特点是:高透明,透光92%以上;免喷涂、高硬度、耐划痕,铅笔硬度2H以上,耐划痕性能好,解决了普通PMMA产品表面容易划伤的行业难题;高耐化学性能,提高了PMMA的耐化学腐蚀性能(耐水、耐油、耐酸、耐碱、耐醇类),完全解决了普通PMMA产品在酒精消毒时的变白、开裂问题,75%和99.7%乙醇(酒精)测试合格,而普通PMMA只能承受8%的酒精;高流动性能,材料在保持高硬度的同时,流动性能提高3-5倍以上,材料流动性高,基本没有气纹,很容易调机生产,解决了普通PMMA材料流动性低难调气纹的行业难题,并可降低20%以上生产损耗;可以生产更长、更厚的复杂产品,产品附加值更高;高冲击性能,材料在保持高硬度的同时,冲击性能提高1-2倍。


国外化工头部企业巴斯夫推出了一款全新的Ultramid Deep Gloss高光免喷涂聚酰胺牌号,实现高光泽度汽车内饰表面效果,并首次应用于丰田新普锐斯(Toyota Prius)的车内装饰部件。


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巴斯夫推出的全新高光免喷涂聚酰胺牌号,可实现高光泽度汽车内饰表面效果。


该产品的推出可以在加工中用免喷涂的技术实现高质量表面的要求,如出色的耐刮性和耐紫外性,相比传统喷涂更具可持续性。


新牌号的高熔体流动性还提高了汽车零部件的生产效率和成品率,在制造过程中流动更加快速、简易,预先着色的塑料树脂被直接注塑加工成型,还原表面更复杂的设计和各种细节,这有助于缩短生产时间,并降低能源消耗和成本。


在拥有可持续性和高熔体流动性的同时,优化牌号的产品保持了优质的表面光洁度和耐化学性、耐刮擦性、抗紫外线性和耐磨性,特别是在有消毒要求的情况下对高浓度乙醇有良好的耐受性。新牌号的高熔体流动性还有助于还原出更复杂和细致的设计。

 

高性能工程塑料未来发展趋势

 

随着汽车轻量化、智能化和感知质量的提升,工程塑料所具有的功能性将会继续向更高性能方向发展,并呈现出多样化趋势。


未来的高性能工程塑料将不断发展出更高强度和刚度的产品,在轻量化替代传统的金属材料应用场景方面,汽车高性能工程塑料会得到更加广泛的应用,这将进一步提升汽车的安全性能和碰撞能力。


随着新能源电动汽车的普及,汽车高性能工程塑料需要具备更高的耐温性能,用以应对电池组和电动机等高温服役环境。因此,开发具有更高耐温特性的塑料材料将成为一个重要的趋势。


随着智能汽车的迅速发展,汽车零部件需要具备更多的传感和检测功能。未来的汽车高性能工程塑料将会与传感器和电子器件等技术进行更紧密的整合,实现更多的智能化功能。


环保和可持续性发展已成为汽车行业的重要关注点。未来的汽车高性能工程塑料需更注重可再生和生物降解等方面的特性。开发更环保的高性能塑料材料,并实现可循环利用,将是未来的重要发展方向之一。


总之,汽车高性能工程塑料的未来将继续朝着轻量化、高强度和刚度、耐温性能、智能化和可持续发展等方向发展。这将为汽车制造商提供更多的创新和选择,推动整个汽车行业向更安全、更环保的方向发展。


作者:国家轻量化材料成形技术及装备创新中心高级工程师 黄家奇

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