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材料|這個汽車工業(yè)的新晉寵兒,你了解多少?



新型工程塑料越來越多地應用在汽車工業(yè)中。在眾多工程塑料中,熱塑性彈性體是最為適用于汽車輕量化的材料之一,近年來被更多的汽車制造商為采用。



熱塑性彈性體(TPE)已經(jīng)成為廣泛替代傳統(tǒng)橡膠和部分塑料的極具發(fā)展前景的新型材料。目前已經(jīng)發(fā)展到十幾個品種。常見的主要有苯乙烯類(TPS)、聚烯烴類(TPO)、聚氨酯類(TPU)、聚酯類(TPEE)、聚酰胺類(TPAE)等。全球消費穩(wěn)增,中國需求強勁。

▼熱塑性彈性體的發(fā)展回顧

全球市場表現(xiàn)

數(shù)據(jù)顯示,2016年全球TPE市場需求約為570萬噸,消費結構中TPS約占48%、TPO占29%、TPU占14%、TPEE占6.5%、其他TPE占9%。據(jù)預計,未來幾年全球TPE市場將以年均5.2%的速度增長,到2019年達到670萬噸,市值有望突破240億美元。

對于亞洲、非洲等發(fā)展中國家集中的地區(qū),TPE人均消費遠低于世界平均水平,未來這些地區(qū)TPE需求將以高于世界平均水平的速度增長。目前亞太地區(qū)對熱塑性彈性體產(chǎn)品的需求占總需求的45%,預計到2019年該地區(qū)需求量將占到全球總量的50%。

中國TPE消費量約占全球總消費量的33%,是全球TPE需求增長最快的國家之一,尤以汽車為中心應用市場將保持年均15%左右的高速增長,未來幾年中國TPE需求依然強勁,預計消費年均增速將在8%左右,高于世界平均水平。

聚烯烴類熱塑性彈性體

POE 作為改性劑,既可以改性橡膠,也可以改性塑料。

由于POE 的加工溫度較低,因而與非極性橡膠,特別是EPR、EPDM、NR、SBR 及BR 等的混合較為容易。

POE 的最大應用還是在塑料制品上。用POE 改性PP,對其缺口沖擊強度提高很大;將馬來酸酐接枝POE 后的彈性體用來改性PA6,可使材料的吸濕性減小、沖擊強度大幅提高。

TPO主要包括乙烯-α-烯烴共聚熱塑性彈性體(POE)和動態(tài)硫化熱塑性彈性體(TPV)。迄今為止,中國仍未能商業(yè)化生產(chǎn)POE,產(chǎn)品均需進口。

得益于研院所和高校長期的研究,國產(chǎn)POE技術已取得了階段性進展。2015年11月,由浙江大學、中石化北京化工研究院研發(fā)的“1000噸/年POE生產(chǎn)技術工藝設計包”通過了鑒定,該技術有望在幾年內獲得商業(yè)化應用。

目前國內企業(yè),如道恩、北化新橡科技等已躋身于全球TPV行業(yè)前列。TPV的主要應用領域為汽車行業(yè),隨著汽車輕量化和綠色環(huán)保趨勢日益凸顯,TPV將得到更為廣泛的應用,或將成為增長最快的TPE品種之一。

茂金屬聚烯烴彈性體乙烯


聚烯烴類熱塑性彈性體(TPO)主要包括嵌段共聚物、接枝共聚物和共混物3種類型,其中采用茂金屬催化劑合成的聚烯烴熱塑性彈性體乙烯—辛烯共聚物(POE)和動態(tài)硫化法制備的熱塑性動態(tài)硫化膠是兩種主要的聚烯烴類熱塑性彈性體。

茂金屬聚烯烴彈性體乙烯—辛烯共聚物茂金屬催化劑與一般傳統(tǒng)的Ziegler-Natta 催化劑相比,具有理想的單一活性中心,因而能精密控制相對分子質量分布、共聚單體含量及其在主鏈上的分布和結晶結構。合成的聚合物是高立構規(guī)整聚合物,相對分子質量分布很窄,從而能準確控制聚合物的物理機械性能和加工性能。

茂金屬催化聚烯烴類TPE最早由美國Dow化學公司采用Insite技術開發(fā)而成,并于 1994年推向市場,是近幾年發(fā)展較快的TPE品種。茂金屬催化劑具有催化活性高、單活性中心的特點,其催化制備的聚合物具有相對分子質量分布窄、聚合物結構可控等優(yōu)點,已成為繼Ziegler-Natta 催化劑之后的新一代烯烴聚合催化劑。

▼商業(yè)化茂金屬催化劑聚烯烴彈性體品種

動態(tài)硫化法制備的熱塑性動態(tài)硫化膠


TPV 是熱塑性彈性體(TPE)的一種特殊類型,與具有彈性的嵌段共聚物不同,而是由彈性體—熱塑性聚合物共混物的協(xié)同作用生成,具有比簡單共混物更好的性質。

制備熱塑性硫化橡膠的關鍵技術是動態(tài)硫化技術,這一技術的進步之一是采用低成本的現(xiàn)有加工方法,通過將現(xiàn)有的聚合物進行共混來制備新產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的、資金投入強度高的生產(chǎn)新材料的工藝相比,該工藝還能滿足對大型聚合裝置的環(huán)保要求。TPV 技術的另一些優(yōu)于作為熱塑性彈性體來源的嵌段共聚物的地方是:上限使用溫度高、耐烴類介質和壓縮永久變形小。

業(yè)內成功實踐

茂金屬催化聚烯烴類TPE發(fā)展十分迅速,目前,世界上已成功開發(fā)出多種茂金屬催化聚烯烴類TPE產(chǎn)品,主要有Montell公司的Adflex(反應器型改性聚丙烯)、UCC公司的Flexomers(乙烯-丁烯共聚物)、Exxon Mobil公司的Exact(茂金屬乙烯-辛烯共聚物)、Du Pont-Dow公司的Engage(茂金屬系乙烯-辛烯共聚物)等。國內茂金屬催化聚烯烴彈性體制備目前還沒有大規(guī)模生產(chǎn)報道,研究主要集中在增韌改性共混領域。

TPO成汽車工業(yè)新寵兒


聚烯烴熱塑性彈性體是一種高性能聚烯烴產(chǎn)品,其在高溫下可以像熱塑性塑料一樣加工,而在常溫下又呈現(xiàn)橡膠彈性,并且價格低、密度小、彎曲彈性模量高、低溫抗沖擊性能好、流動性好、易加工、可重復使用,這些特性又使其在汽車內外飾領域大有可為。據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示,使用TPO可以使車重減輕20%~25%,被認為是汽車輕量化的理想材料,未來開發(fā)和應用值得業(yè)內期待。

熱塑性聚烯烴在新車型中應用的典型案例,是尼桑2014款Rogue車型率先采用熱塑性聚烯烴作原料生產(chǎn)汽車后備箱蓋,結果獲得美國塑料工程師協(xié)會頒發(fā)的“2014汽車創(chuàng)新大獎”。據(jù)悉,該汽車后備箱蓋采用熱塑性聚烯烴PP樹脂打造。噴漆A類外門板由里安德巴塞爾工業(yè)(LyondellBasell)具有極高熔體流動性、高剛度、高沖擊性能、礦物填料填充熱塑性聚烯烴(TPO)牌號制造(據(jù)說是北美首次在外部提升式門中使用這種材料)。這一罩蓋不僅質量輕(凈重是等體積傳統(tǒng)復合材料的70%),在性能方面也有很大的改良。

陶氏化學公司也推出了適用于汽車內飾及外飾零件的熱塑性聚烯烴(TPO)材料的新牌號—ENGAGEXLT聚烯烴彈性體,能為復合材料生產(chǎn)商、模制品生產(chǎn)商、汽車生產(chǎn)商以及消費者帶來多種性能優(yōu)勢。

▼陶氏將聚烯烴彈性體應用于汽車輕量化


北歐化工與博祿公司在他們最新一批研發(fā)成功的新型工程塑料當中,DaplenTMEE058AI和FibremodTMWE380HP是最成功的代表。DaplenTMEE189HP抗沖擊力強,還具有優(yōu)異的防紫外線和耐刮擦性,非常適合應用于汽車工業(yè)。而作為DaplenTMEE189HP的改良版,熱塑性聚烯烴 DaplenEE058AI采用tigerstripe-free專利技術生產(chǎn),避免了傳統(tǒng)聚烯烴在使用后會出現(xiàn)斑點條紋,影響產(chǎn)品外觀的問題。FibremodWE380HP則是一種新型PP復合材料,在以PP為原料的基礎上融入了10%的礦物填料及20%的玻璃增強型纖維,具有高耐熱性能,良好的尺寸穩(wěn)定性,還可進行多次深加工,可廣泛應用于汽車機構性部件。

龍樸君:目前汽車行業(yè)愈加追求輕量化、高性能屬性的材料,通過減少汽車的整體重量,達到節(jié)省燃油目的,從而促進企業(yè)銷售的增長。汽車輕量化已然成為汽車行業(yè)重要發(fā)展趨勢之一,而在此趨勢的推動下,眾多輕量化材料的需求正迎來強勁增長。

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