全球
14.3%的温室气体来自汽车工业。这是拜耳材料科技汽车业务部门给出的数据。作为能源消耗大户的汽车,在全球低碳经济的大潮中面临着挑战。各大汽车制造商都在提高燃油效率,实现低油耗、低排放等动力性能上大做文章。而随着高分子材料技术的进步,塑料、纤维增强塑料、玻璃钢复合材料等,在汽车中的采用和扩大应用,加速了汽车轻量化。据了解,目前欧美等发达国家汽车用塑料平均每辆用量在
150千克左右,占汽车总重的
10%~15%,预计
2020年平均用量将达到
500千克
/辆以上。汽车自身每减轻
1%,可节油
1%;汽车运动部件每减轻
1%,可节油
2%。另据有关信息显示,汽车每减轻
125千克重量,
1升汽油可多跑
1千米路程,按全美行驶汽车总量估算,一年节约汽油折合原油
300万吨。由欧洲塑料制造商协会发布的一项研究也表明,按照
15年的使用寿命,与使用传统的金属、玻璃部件的汽车相比,一辆行驶总里程为
15万千米的汽车,如果总重量由
75%塑料替代,就可节省大约
1000升的燃料,塑料已成为汽车轻量化,实现节能减排目标的最佳解决方案。
塑料、纤维增强塑料和玻璃钢复合材料在汽车上的应用按功能主要分为内饰件、外装件和功能结构件三大类。保险杠等外装件,可以减轻汽车重量,达到节能的目的;仪表板、座椅、头枕等内饰件,对安全、环保、舒适性能的要求较高,可采用吸收冲击能量和振动能量的弹性体和发泡塑料,以减轻碰撞时对人体的伤害,提高汽车的安全系数;燃油箱、发动机和底盘上的零件等功能结构件,可采用工程塑料、纤维增强塑料和玻璃钢复合材料,以减重降本、简化工艺。目前国外汽车内饰件已基本实现塑料化,汽车结构件、外装件的发展重点已经向纤维增强塑料和玻璃钢复合材料转移。
汽车工业的低碳,对材料本身的绿色化进程也提出更高的要求。据中国汽车工业协会透露,我国每年约有400万辆汽车报废,这些报废的汽车就要占据500~600平方千米的土地,相当于一个浦东的面积。而全球汽车报废每年5000万~6000万辆。早在2000年9月,欧盟议会和理事会就颁布了报废汽车技术指令,规定2006年1月1日起,每年每辆报废汽车其平均重量至少有85%能够被再利用,其中材料的回收率至少为80%;2015年1月1日起,这两项指标将分别提升至95%和85%。日本从2005年1月1日起正式实施《汽车循环利用法》,要求汽车厂商必须负责对报废车的制冷剂全氯氟烃、气囊和汽车其他废料进行回收,每辆回收车上被再利用的零部件重量超过该车总重量的大约75%。欧盟的报废汽车技术指令促使各整车生产企业和材料的供应商陆续开始实行可持续设计。许多塑料材料的供应商在为汽车提供轻量化解决方案的同时,更加强调从材料的全生命周期来进行评价,尽可能使用可回收利用的材料生产零部件,并更加注重材料中铅,镉、汞、六价铬等重金属的含量。中国在汽车产品可回收利用率和禁用物质管理方面也开始起步,2008年开始立项,相关标准正在报批通过,将推动整个汽车产业向节能型产业发展。
当代汽车推进新能源,对轻量化的要求远远高于传统汽车。这是国内外企业对新能源汽车轻量化的共识。电动车/混合动力车的动力系统与传统汽车的区别很大,仅动力系统就可能额外增加200千克的重量。由于电池技术等还未能做到同步发展,行驶里程短成为了电动汽车发展的瓶颈。在同样动力“不足”的情况下,质量较轻的汽车无疑能行驶得更远。轻量化对新能源汽车至关重要,高性能材料的发展甚至可以直接推动新能源汽车的发展。据了解,电动汽车电源系统对绝缘性的要求很高,热管理系统则对耐化学性、抗水解性的要求比较苛刻。下一代电池组能否在降低重量和成本的同时提高性能,直接关系到电动汽车能否获得质的“飞跃”。
本着低碳、绿色、新能源目标,塑料、工程塑料、热塑性增强塑料是当今汽车工业的核心市场,而玻纤增强PP塑料(GMT、LFTD)是热塑料增强塑料中发展最快的新材料。2001年全球产量为15万吨,2006年达到了70万吨,6年增长于4.6倍。需用增强玻纤量达到20多万吨,而且这个数字还在快速增长。玻纤增强PP塑料80%用于汽车工业,其汽车零部件包括仪表板、发动机罩、蓄电池托架、座椅骨架、桥车前端模块,仪表板骨架、保险杠、行李架、备胎盘、前围、挡泥板、风扇叶片、发动机底盘、车顶棚等。新款奔驰轿车使用量达30千克,福特公司15个车种和韩国现代9个部件采用PP增强塑料,欧美、日本汽车行业应用十分普遍。我国目前汽车用PP增强塑料(GMT、LFT-D)量在7000多吨左右,其中韩华(中国)公司的产量达到6000吨。目前,具有规模化生产企业集中在上海,如引进德国迪芬巴赫全套技术的上海耀华大众公司和自主创新技术的上海华昌聚合物公司。成熟的材料和成熟的市场,将会很快推进PP增强塑料在国内汽车行业的大量采用,PP用玻纤将会以50%的比例增长。据中国工程塑料工业协会提供信息,我国目前增强塑料用玻纤量在18万吨左右。
玻璃钢复合材料在国内汽车采用已有数十年的历史,如保险杠、发动机罩、车灯、后举门、车顶等,主要是结构件。当前,传统玻璃钢汽车结构件与当前汽车轻量化的要求相比,显得滞后。玻璃钢复合材料在与塑料相比,只有在低密底、高强度、高模量、耐疲劳、阻燃等几个方面下功夫,才能冲刺当代轻量化汽车领域。此外,玻璃钢复合材料的回收应加快环保的解决方案,才能跟进汽车的绿色环保步伐。据悉,亚什兰公司在美国本土已开发了低质高强SMC片材用于轿车,这是一个趋势。江阴协诺公司将欧洲成熟的汽车SMC结构件技术转移到中国,集中力量开发保险杠、车顶、后举门用于国内汽车行业。
2010年,我国汽车总量将达到1700万辆。另据有关信息透露,我国车用塑料量(指塑料、工程塑料、增强塑料、玻璃钢复合材料)平均不足100千克。如按90千克估算,我国2010年车用塑料量将到达150多万吨。其中,工程塑料、玻纤增强塑料将占有80%,其市场走势路线应该是工程塑料→纤维增强塑料→玻璃钢复合材料,纵观汽车工业发展,轻量化为我们开辟了巨大的舞台。