汽车轻量化发动车用改性塑料需求,汽车行业已经成为改性塑料需求增速最快的领域。改性塑料下游最大的应用领域是家电和汽车,在汽车轻量化的发动下汽车行业已经成为改性塑料需求增速最快的领域 ，预计未来几年海内车用改性塑料需求年平均增速将在15%以上。
一、改性塑料简介
1、改性塑料的分类
改性塑料是指通过加入合适的改性剂 ，经由共混、填充、增强、共聚、交联等物理、化学要领对通用塑料和工程塑料举行改性 ，以提高其韧性、强度、拉伸性、抗攻击性、阻燃性等性能而获得的树脂/塑 料。
因此改性塑料工业链的上游是PE、PP、PVC 等合成树脂 ，通过物理或者化学要领举行改性获得改性塑料树脂 ，再经由挤出、注塑、压延等工艺获得改性塑料制品 ，由于其性能优异 ，改性塑料制品普遍应用于家电、汽车、修建等行业。
改性塑料工业链
凭证改性后的功效 ，改性塑料包括阻燃树脂类、增强增韧树脂类、塑料合金类、功效色母类等种类 ，各个种类按着差别的材质又可以细分下去 ，并且由于各自的性能差别 ，应用领域也各有差别。
改性塑料的分类
改性塑料分类及用途
2、改性手艺
改性手艺包括共混、填充、增强等物理要领和共聚、交联等化学要领 ， 物理要领是现在最主要的改性要领 ，共混、填充等需要选用合适的改性剂、填料才华抵达特定的改性目的。
（1）改性剂
改性剂或者也叫助剂可以分为加工助剂和功效助剂。
加工助剂是用于改善塑料的加工流变性以及成型性能的助剂 ，主要包括： 润滑剂——改善基材的流动性；热稳固剂、抗氧化剂——改善基材的热稳固性；疏散剂——改善基材的疏散性；相容剂、偶联剂——改善基材的兼容性； 架桥剂、增粘剂——改善基材的熔融强度。
功效助剂主要用于改善基材的物理、化学特征 ，包括：填充剂、晶核剂——改善基材的刚性、强度；抗冲改性剂——改善基材的攻击性；阻燃剂— —改善基材的阻燃性 ，改性后的质料在受到火源攻击时 ，能有用的阻止、延缓或终止火焰的撒播；安定剂——改善基材的耐候性；导电涂料填料、抗静电剂——改善基材的导电性 ，抗静电剂可减轻塑料在加工和使用历程中的静电积累 ，降低质料外貌电阻率；可塑剂——改善基材的软硬度；发泡剂—— 改变基材的密度；色料——改变基材的透明性、颜色。
一些改性剂的用途
（2）改性要领
对树脂举行改性的要领可以分为物理要领和化学要领 ，包括填充、共混、增强、共聚、交联等等 ，现在主流的改性手艺是以填充、共混、增强等为主的物理改性手艺。
填充是将矿物、改性剂等填充物与塑料共混 ，使塑料的缩短率、硬度、强度等性能获得改善；共混是掺入一种或多种其他树脂、改性剂或矿物质 ， 以改善原有性能；增强是将玻璃纤维等与塑料共混以增强塑料的机械强度。
改性手艺
用于填充、共混、增强的改性配方一旦确定 ，对下游的生产装备的详细操作要求不高。这一手艺特点决议了改性塑料生产的要害工序在于改性配方的设计 ，从现在的情形来看 ，通用型大品种改性塑料的原始配方基本处于市场果真的状态 ，而高性能专业型改性塑料的配方则掌握在各细分领域内的领先企业手中。
3、应用领域
改性塑料在阻燃性、强度、抗攻击性、韧性等方面的性能都优于通用塑料 ，下游应用领域普遍 ，主要应用于家电、汽车、修建、办公装备、机械等领域 ，其中家电、汽车是其最大的两个应用领域 ，2015 年海内改性塑料消耗量已经靠近1000 万吨 ，随着科技前进和工业升级其下游应用还在一直拓展。
汽车领域改性塑料
汽车行业已经成为改性塑料需求增速最快的领域。据市场咨询机构Marketsand Markets 预计 ，2018 年全球车用塑料市值有望由2012 年的216.16 亿美元增至461.12 亿美元 ，消耗量预计将由2012 年的710 万吨增至2018 年的1130万吨 ，2013～2018 年时代需求复合年增添率将达13.4%（中国知网：《2018 年全球车用塑料市值将突破460 亿美元》、《2018 年全球车用塑料需求将达1130 万t》）。这主要归因于：一是全球汽车产量增速稳固；二是汽车轻量化使得单车改性塑料用量增大。
海内车用改性塑料增添速率远远高于全球平均。海内汽车产量增速在已往多年中都远远高于全球汽车产量增速 ，海内单车塑料用量要远远低于西欧等蓬勃国家 ，生长空间重大 ，特殊是中国已经是全球最大的新能源汽车市场 ， 新能源汽车越发需要轻量化手艺的支持 ，因此海内车用改性塑料需求增速将高于全球平均水平 ，成为改性塑料下游增添最快的领域 ，据亚化咨询预计 ， 未来5 年内海内汽车改性塑料行业年复合增添率将凌驾26%。
二、汽车轻量化与车用改性塑料需求
汽车轻量化是未来汽车行业生长偏向 ，特殊是关于新能源汽车而言 ，重量的减轻直接意味着续航里程的增添。有研究显示 ，燃油汽车整车重量减轻10% ，燃油效率可提高6~8% ，重量每镌汰100kg ，汽车百公里油耗可降低0.3~0.6L ，百公里CO2排放量可镌汰约5g（《汽车轻量化设计的手艺蹊径剖析》）；对纯电动汽车而言 ，整车重量降低10kg ，续驶里程可以增添2.5km （《汽车轻量化手艺的应用现状及主要途径剖析》）。
1、汽车轻量化手艺
汽车轻量化作为一个系统化的工程 ，并不是简朴地针对某个零件的单独减重 ，局部重量的转变在很洪流平上会影响汽车的其他部位 ，因此汽车轻量化是指在汽车制造历程中集设计、制造、质料手艺等一起的系统性工程。
在对汽车举行轻量化设计时 ，需要团结思量三个方面的因素：车身结构清静、刚度剖析、轻量化系数。（《汽车轻量化手艺的应用现状及主要途径剖析》）
（1）车身结构清静
汽车车身和内外饰轻量化的条件是汽车清静性、车身刚度、疲劳耐久性、操控稳固性和振动恬静性等知足要求。车身结构清静的目的在于�；こ的诔嗽钡那寰� ，属于汽车的被动清静领域 ，车身结构的清静性能将直接影响到汽车是否能知足正面碰撞、侧面碰撞、后面碰撞、翻腾和低速碰撞等这些被动清静要求。
现在各国汽车被动清静规则有：欧洲规则系统(ECE/EEC)和美国联邦无邪车规则系统(FMVSS)。我国强制性汽车被动清静标准(GB)主要是参考欧洲规则系统。
（2）刚度剖析
车身整体刚度指的是车身受到外界施加的载荷和在施加载荷之后白车身爆发的变形量之间的关系。车身刚度反应了怎样在知足车身装配和使用要求的条件下来控制车身结构各个部位的变形量 ，以是若是车身刚度设计不对理 ，就会造成车身振动频率的降低 ，从而导致整车的乘坐恬静性、使用寿命和碰撞清静性、NVH 性能等达不到设计的要求。现代车身的设计都是尽可能降低车身质量的条件下 ，最洪流平的提高汽车车身刚度。
（3）轻量化系数
车身轻量化系数L（Light Weight Index）是现在被汽车行业接受度较大的一个评价车型轻量化的指标。轻量化系数L 值越小 ，体现车身轻量化做得越好。车身轻量化系数的盘算公式如图11 所示 ，其中L为轻量化系数、CT为带有挡风玻璃的车身静态扭转刚度、m 为不带四门两盖的白车身骨架质量、A 为车身四轮间投影面积。
由轻量化系数L 的盘算公式可以知道 ，要减小车身轻量化系数 ，可以通过提高刚度或降低白车身的质量来实现。现在汽车轻量化手艺主要分为3 个方面：结构优化设计、轻量化质料应用和接纳先进制造工艺。其中 ，接纳轻量化的替换性子料是业内普遍认同且远景最为可观的轻量化手艺。现在接纳的轻量化质料主要有高强度钢、铝镁合金、改性塑料和复合质料。
低强度钢材指的是强度小于201MPa 的钢材 ，而高强度钢材主要指的是强度在201MPa－550MPa 之间的钢材 ，超强度钢材指的是强度大于550MPa 的钢材。在汽车制造事情中 ，钢质料是使用较多的质料 ，也是汽车结构主要组成部分 ，在强度相同的情形下 ，接纳高强度钢材能够有用的减轻汽车制造所使用钢板的厚度 ，能够从基础上减轻汽车自身的重量 ，这样可以有用减小轻量化系数L。
相关于钢而言 ，铝合金的比重仅为其30%为2.68g/cm3。当弯曲刚度相等时 ，减重潜能为49%；当弯曲强度相等时 ，其减重潜力为38%。目今其主要的应用形式有以下几种：汽车悬架支架、车轮等结构件所用的铝合金锻件；车身壳体、发念头缸盖等模具铸造件；车身结构等铝合金基拉拉伸件； 车厢、笼罩件、盖板等轧制板材；壳体、强度较高的小型铸造件。
镁的比重比铝合金的比重更小 ，仅为钢的1/4为1.74g/cm3 ，其轻量化应用潜力重大。目今汽车零件制造关于镁合金的使用已经很是普遍 ，仪表盘骨架、座椅骨架等60 余种零件都是由镁合金制造而成。
改性塑料和复合质料相比金属质料具有更低的密度和更高的比强度 ，现在常见的改性塑料和复合质料主要有改性PP、改性PVC、改性PE、纤维复合质料、金属基复合质料、热塑性树脂复合质料等。改性塑料早期主要应用于汽车的内外装饰 ，随着纤维增强塑料的应用 ，现在已经应用到了汽车的结构件上 ，特殊是碳纤维复合质料手艺的生长 ，使得基于改性塑料和复合质料的汽车轻量化整体解决计划成为可能。
2、新能源汽车的轻量化新要求
近年来新能源汽车生长迅速 ，据高工锂电（GGII）统计2016年全球新能源乘用车的销量抵达了72.6万辆 ，并且包括荷兰、德国、法国和英国等在内的多个国家都给出了禁售燃油汽车的时间表 ，新能源汽车的生长已经势不可挡 ，从现在的手艺来看 ，未来几年电动汽车将是新能源汽车的主要形式。
禁售燃油汽车时间表
电动汽车的充电时间长而续航里程又缺乏燃油车一直是其被人诟病的短板。充电时间的是非由锂离子电池的充放电原理所决议 ，在不改变电池充放电原理的条件下改善空间有限 ，但提高续航里程却是可以起劲的偏向 ，较量简朴的要领是通过搭载更多的电池来提高续航里程 ，但更多的电池不但意味着充电时间更长 ，也意味着汽车的重量会更重 ，做功效率会更低 ，也就是消耗1Kwh电量汽车行驶的距离会镌汰。若是要在搭载电量稳固的条件下提高续航里程 ，就必需要通过提高效率来实现。
要使每消耗1Kwh电量电动汽车行驶更远的距离 ，最主要的要领就是减轻汽车的重量 ，有研究批注纯电动汽车整车重量降低10kg ，续驶里程可以增添2.5km ，若是通过轻量化手艺能将主要减轻500kg ，在搭载同样电量的情形下 ，续航里程将可以提升125km ，因此电动汽车对轻量化手艺的盼愿是很是迫切的。
电动汽车轻量化手艺
电动汽车与燃油汽车最大的差别在于电动汽车很大一部分重量泉源于电池 ，而电池的重量除非找到了能量密度更高的质料或者改变现在的锂离子电池系统 ，不然很难降下来 ，因此减轻车身、内饰、底盘等的重量是其轻量化较量可行的计划。
某纯电动汽车各部分重量（kg）
内饰重量的减轻可以通过多运用改性塑料来抵达 ，车身和底盘重量的减轻除了上面所说的使用高强度钢、铝镁合金外 ，有研究者甚至提出了全塑车身的看法 ，提出了集成化超轻新能源汽车的看法 ，超轻新能源汽车主要由驱动电池单位、行驶系统、转向系统、铝制车身框架、复合质料车身、塑化地板等组成 ，车身整备质量能降低到850kg（包括电池） ，其全塑车身设计是新能源汽车轻量化设计的主要组成部分 ，与古板的汽车车身设计相比 ，全塑车身的设计是一个一体化、�？榛⒄迨降纳杓扑夹� ，同时实现功效与零部件的高度集成 ，从而镌汰零部件的数目 ，降低生产本钱。
3、车用改性塑料
改性塑料在汽车工业的作用和职位越来越显着 ，现在聚丙烯（PP）、丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物（ABS）、聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、增强型聚氨酯（PRT）和聚氯乙烯（PVC）等塑料都在汽车上获得了普遍的应用。在所有的车用塑料中 ，聚丙烯所占份额最高达37% ，其次是聚氨酯 ，占比17.3% ，ABS树脂占12.3% ，复合质料占11.5% ，高密度聚乙烯占10.8% ，聚碳酸酯占6.8% ，聚甲基丙烯酸甲酯占4.4%。
车用改性塑料主要品种
改性塑料在汽车部位上的应用涵盖内外饰件、功效和结构件 ，随着纤维增强手艺的生长 ，特殊是碳纤维复合质料的生长 ，甚至车身、底盘等都可以完全用改性塑料和复合质料制造。
（1）改性塑料在汽车内外饰件上的应用
仪表板
现在仪表板主要有硬质仪表板和软质仪表板两种形式 ，软质仪表板一样平常被较量高等的汽车接纳 ，而大客车、货车等车型则基本接纳硬质仪表板。仪表板一样平常用改性PP质料制作 ，改性PP中主要是以橡胶类的增韧剂和无机填充质料为主；仪表板表皮质料以PVC/ABS为主 ，PVC在耐攻击和耐热性上较量弱 ，ABS机械性能和成型加工能力较量好 ，并且与PVC能够举行团结 ，将两者举行组合可以形成互补。
门内板
现在较量常用的制造门内板的改性塑料是ABS、PP ，用它们制作成骨架 ，并且外貌带有一层缓冲层 ，缓冲层接纳PP发泡、TPU、针织涤纶等。在通用、雪佛兰的一些车型中 ，骨架、面板都接纳玻璃纤维增强不饱和聚酯片状模塑料（SMC）质料 ，在有的汽车中也会接纳自然纤维和PP热压制作而成 ，这种手段能够有用减轻车门的重量 ，降低本钱 ，隔音性能获得显着提高。
车身笼罩件与底盘
改性塑料制作车身笼罩件 ，与金属笼罩件相比 ，车身越发平滑、尺寸越发准确 ，并且质量、噪声、振动等条件上可以越发优化 ，以是改性塑料在车顶盖、发念头罩、行李舱盖等方面获得普遍应用。福特公司使用SMC制作前方护板、顶盖版、发念头罩；戴勒姆克莱斯勒公司的新型smart车型中 ，接纳了XenoyPC/PBT制作车体面板。
在汽车底盘中 ，由于需要遭受的负荷较大 ，因此塑料化保存较大的难题。现在主要是在传动悬挂系统、转向制动系统的耐磨运动件方面应用改性塑料 ，例如改性PBT、改性POM等质料。
（2）改性塑料在功效件、结构件上的应用
包管杠
汽车包管杠是使用改性子料的主要部件之一 ，现在市场上大部分的包管杠都是接纳塑料制品制作而成 ，包管杠的面板是PP、PC/ABS、PC/PBT等质料 ，骨架是木料或者金属等质料 ，中心部分是PP发泡质料等。这类质料从环保角度看倒运于接纳 ，经由一直立异在制作包管杠面板时可以接纳TPO、骨架可以用玻纤增强PP质料、中心部分可以使用发泡PP ，使用相同属性的材质制作包管杠 ，在举行接纳前只要举行清洁和干燥处置惩罚就可以。
燃油箱
在制作燃油箱方面 ，改性塑料也施展着主要的作用 ，可以凭证一定比例混淆树脂、粘合剂、PA等质料 ，然后吹塑成型。别的 ，还可以使用超高分子量高密度聚乙烯、共聚PA、EVOH树脂等质料制作燃料箱。
发念头进气岐管
汽车中的进气岐管在制作上保存一定难度 ，主要是由于进气歧管的形状较量重大 ，现在改性塑料在发念头进气岐管的制造上大多是使用AIM工艺举行制作 ，在克莱斯勒、凯迪拉克的一些型号的发念头中 ，进气歧管就应用了玻纤增强PA。
汽车发念头中在运行中温度会一直升高 ，以是发念头周边的零部件必需在遭受220摄氏度高温的同时还能坚持超高的强度 ，若是是在较量严寒的天气下还要有遭受低温的性能 ，因此一样平常接纳PA66质料来确保塑料化零件的性能。
离合器执行系统
离合器由于经常在高温情形下事情并且又受到压力润滑油剂的影响 ，古板制造工艺中使用金属质料 ，可是在一直的试验中 ，改性塑料制作离合器执行系统优势越发显着 ，在制造离合器执行系统时使用50％长纤维增强玄色尼龙LFRT原质料 ，稳固性更高 ，并且节约本钱。
（3）纤维增强塑料在汽车中的应用
纤维增强塑料是树脂和增强纤维复合而成的质料 ，汽车工业主要使用玻璃纤维增强热塑性塑料 ，它具有密度小、易成型、设计无邪雅观、耐侵蚀、耐攻击、抗振、隔热隔电、易于涂装、强度高、本钱低的特点。
现在玻璃纤维增强不饱和聚酯片状模塑料（SMC）制造的前翼子板、发念头罩、尾板等在汽车车身上已普遍应用；以玻璃纤维（毡）为增强质料的玻璃纤维毡增强热塑性复合质料（GMT）已在座椅骨架、包管杠、电池托架、仪表板、地板、护板、发念头罩盖、脚踏板、后背门等部件上获得起源运用。
（4）碳纤维复合质料在汽车中的应用
碳纤维(CarbonFiber)是一种纤维状的碳质料 ，其直径一样平常在几个微米 ，含碳量通常在90%以上。碳纤维具有相当优异的物理性能 ，其要害力学指标是拉伸强度、拉伸模量 ，拉伸强度是指质料在拉伸断裂前可遭受的最大应力 ，拉伸模量是指质料拉伸时受到的应力与形变的比值 ，模量值越高 ，体现碳纤维的刚度越好 ，理论上碳纤维的拉伸强度可以抵达180GPa ，拉伸模量更是在1000GPa左右。
除了有优异的物理性能外 ，碳纤维还具有优异的化学性能 ，好比耐侵蚀、耐高温、导电和导热性能优异等 ，因此碳纤维与种种基体质料经由复合工艺后制成的碳纤维复合质料最先在航空航天和军事领域获得了普遍的应用。
碳纤维复合质料相关于金属质料不但力学指标优异许多 ，并且密度要小许多 ，有利于减轻制品的重量 ，这在航空航天等对重量异常敏感的领域很是主要。近年来随着碳纤维复合质料成型手艺的生长和本钱的降低 ，在汽车轻量化上的应用越来越多 ，甚至可以用来制作汽车车身 ，它的泛起使得基于改性塑料和复合质料的整车轻量化解决计划的实现成为可能。
碳纤维复合质料与其他质料的物理性能比照
（5）汽车轻量化解决计划
综上所述 ，随着纤维增强塑料手艺的生长 ，特殊是碳纤维复合质料手艺的生长 ，基于改性塑料和复合质料的汽车整体轻量化解决计划成为可能。现在的主要障碍是碳纤维价钱还过高 ，用于汽车工业的大丝束碳纤维现在价钱在15美元/公斤以上 ，只有当价钱降到10美元/公斤或以下时 ，售价30万人民币左右的中级车才可能大规模使用。
4、车用改性塑料市场剖析
（1）全球车用改性塑料市场
现在改性塑料使用量最高的是德系车单车 ，其改性塑料的使用率抵达了22%为300-360千克 ，西欧国家的平均水平也抵达了16%为210-260千克 ，我国乘用车单车的改性塑料使用率只有8%为100-130千克。
2016年西欧共生产了2186万辆乘用车 ，而中国生产了乘用车2424万辆 ，由此盘算的全球乘用车单车改性塑料加权平均用量为152-191千克 ，取中心值为171千克。2016年全球乘用车产量为7210万辆 ，需要的改性塑料为1233万吨 ，按着单价1.8万/吨来盘算 ，2016年全球车用改性塑料市场空间为2219亿人民币。
凭证展望到2020年全球乘用车产量将抵达8148万辆左右 ，以及思量汽车轻量化趋势下单车消耗改性塑料量的增添 ，假设到2020年全球单车改性塑料用量增添至200千克 ，这一市场空间将靠近3000亿人民币 ，2017-2020年年平均增速为7%左右。全球车用改性塑料市场的主要加入者都是大型化工企业 ，好比巴斯夫、普立万（PolyOne）、陶氏杜邦、科思创（Covestro）等。
（2）中国车用改性塑料市场
现在中国有上千家企业从事改性塑料生产的企业 ，但规模以上企业(产能凌驾3000吨)只有70余家 ，从产能上看 ，海内企业占有73%左右 ，外洋或合资企业占比约为27% ，但从市场占有率情形来看 ，海内企业市场占有率仅为30% ，而外洋企业市场占有率高达70%。现在已经在海内设立改性塑料生产基地的外洋大企业有SABIC公司、杜邦公司、SOLVAY公司、陶氏公司、德国BASF公司、LANXESS、BAYER、Celanese公司、日本旭化成公司、宝理塑料公司 ，韩国三星公司、LG公司、锦湖公司 ，荷兰DSM公司等。
进一步详细到车用改性塑料领域 ，按着2016年海内乘用车产量2424万辆以及单车改性塑料用量115千克来盘算 ，海内车用改性塑料需求量为278万吨 ，市场空间在400亿以上（按着每吨1.5万元盘算）。可是相比全球40%的改性塑料用于汽车行业 ，中国仅10%左右 ，别的海内乘用车增速远大于全球乘用车增速 ，凭证盖世汽车研究院的展望 ，到2020年中国乘用车生产量将抵达2865万辆（2017年增速6.95%、2018年增速5.15%、2019年增速3.01%、2020年增速4.75%）左右 ，海内车用改性塑料生长潜力重大。
另一方面 ，2016年10月中国汽车工程学会宣布的《节能与新能源汽车手艺蹊径图》指出 ，到2020年、2025年、2030年 ，整车质量需比2015年划分减重10%、20%、35%。别的中国也是全球最大的新能源汽车市场 ，2016年新能源乘用车销量占到全球的43.7% ，未来几年将以每年40%左右的速率增添 ，到2020年产量将抵达200万辆 ，新能源汽车对轻量化手艺的依赖更大 ，因此海内单车改性塑料用量将会泛起大幅增添。
守旧测算纵然到2020年海内乘用车单车改性塑料用量只抵达150kg ，市场空间也将靠近650亿人民币 ，2017-2020年的年平均增速将抵达11%左右；若是到2020年单车用量抵达现在全球平均值170kg ，市场空间将凌驾700亿元 ，2017-2020年的年平均增速将抵达15%左右；若是到2020年单车用量追上全球平均值200kg ，市场空间将凌驾850亿元 ，2017-2020年的年平均增速将靠近20%。