汽車輕量化帶動車用改性塑料需求,汽車行業(yè)已經(jīng)成為改性塑料需求增速最快的領域。改性塑料下游最大的應用領域是家電和汽車,在汽車輕量化的帶動下汽車行業(yè)已經(jīng)成為改性塑料需求增速最快的領域，預計未來幾年國內(nèi)車用改性塑料需求年平均增速將在15%以上。
一、改性塑料簡介
1、改性塑料的分類
改性塑料是指通過加入合適的改性劑，經(jīng)過共混、填充、增強、共聚、交聯(lián)等物理、化學方法對通用塑料和工程塑料進行改性，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 等合成樹脂，通過物理或者化學方法進行改性得到改性塑料樹脂，再經(jīng)過擠出、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、建筑等行業(yè)。
改性塑料產(chǎn)業(yè)鏈
根據(jù)改性后的功能，改性塑料包括阻燃樹脂類、增強增韌樹脂類、塑料合金類、功能色母類等種類，各個種類按著不同的材質(zhì)又可以細分下去，并且由于各自的性能差異，應用領域也各有不同。
改性塑料的分類
改性塑料分類及用途
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——改善基材的流動性;熱穩(wěn)定劑、抗氧化劑——改善基材的熱穩(wěn)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，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
對樹脂進行改性的方法可以分為物理方法和化學方法，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，從目前的情況來看，通用型大品種改性塑料的原始配方基本處于市場公開的狀態(tài)，而高性能專業(yè)型改性塑料的配方則掌握在各細分領域內(nèi)的領先企業(yè)手中。
3、應用領域
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，下游應用領域廣泛，主要應用于家電、汽車、建筑、辦公設備、機械等領域，其中家電、汽車是其最大的兩個應用領域，2015 年國內(nèi)改性塑料消費量已經(jīng)接近1000 萬噸，隨著科技進步和產(chǎn)業(yè)升級其下游應用還在不斷拓展。
汽車領域改性塑料
汽車行業(yè)已經(jīng)成為改性塑料需求增速最快的領域。據(jù)市場咨詢機構(gòu)Marketsand Markets 預計，2018 年全球車用塑料市值有望由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 萬噸增至2018 年的1130萬噸，2013～2018 年期間需求復合年增長率將達13.4% 車身結(jié)構(gòu)安全
汽車車身和內(nèi)外飾輕量化的前提是汽車安全性、車身剛度、疲勞耐久性、操控穩(wěn)定性和振動舒適性等滿足要求。車身結(jié)構(gòu)安全的目的在于保護車內(nèi)乘員的安全，屬于汽車的被動安全范疇，車身結(jié)構(gòu)的安全性能將直接影響到汽車是否能滿足正面碰撞、側(cè)面碰撞、后面碰撞、翻滾和低速碰撞等這些被動安全要求。
目前各國汽車被動安全法規(guī)有：歐洲法規(guī)體系剛度分析
車身整體剛度指的是車身受到外界施加的載荷和在施加載荷之后白車身產(chǎn)生的變形量之間的關(guān)系。車身剛度反映了如何在滿足車身裝配和使用要求的前提下來控制車身結(jié)構(gòu)各個部位的變形量，所以如果車身剛度設計不合理，就會造成車身振動頻率的降低，從而導致整車的乘坐舒適性、使用壽命和碰撞安全性、NVH 性能等達不到設計的要求?，F(xiàn)代車身的設計都是盡可能降低車身質(zhì)量的前提下，最大程度的提高汽車車身剛度。
輕量化系數(shù)
車身輕量化系數(shù)L
內(nèi)飾重量的減輕可以通過多運用改性塑料來達到，車身和底盤重量的減輕除了上面所說的利用高強度鋼、鋁鎂合金外，有研究者甚至提出了全塑車身的概念，提出了集成化超輕新能源汽車的概念，超輕新能源汽車主要由驅(qū)動電池單元、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、鋁制車身框架、復合材料車身、塑化地板等組成，車身整備質(zhì)量能降低到850kg改性塑料在汽車內(nèi)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采用，而大客車、貨車等車型則基本采用硬質(zhì)儀表板。儀表板一般用改性PP材料制作，改性PP中主要是以橡膠類的增韌劑和無機填充材料為主;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能夠進行結(jié)合，將兩者進行組合可以形成互補。
門內(nèi)板
目前比較常用的制造門內(nèi)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(jié)構(gòu)件上的應用
保險杠
汽車保險杠是使用改性材料的主要部件之一，目前市場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。這類材料從環(huán)保角度看不利于回收，經(jīng)過不斷創(chuàng)新在制作保險杠面板時可以采用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，在進行回收前只要進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)揮著重要的作用，可以根據(jù)一定比例混合樹脂、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樹脂等材料制作燃料箱。
發(fā)動機進氣岐管
汽車中的進氣岐管在制作上存在一定難度，主要是因為進氣歧管的形狀比較復雜，目前改性塑料在發(fā)動機進氣岐管的制造上大多是使用AIM工藝進行制作，在克萊斯勒、凱迪拉克的一些型號的發(fā)動機中，進氣歧管就應用了玻纖增強PA。
汽車發(fā)動機中在運行中溫度會不斷升高，所以發(fā)動機周邊的零部件必須在承受220攝氏度高溫的同時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材料來確保塑料化零件的性能。
離合器執(zhí)行系統(tǒng)
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(tǒng)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(zhí)行系統(tǒng)優(yōu)勢更加明顯，在制造離合器執(zhí)行系統(tǒng)時利用50%長纖維增強黑色尼龍LFRT原材料，穩(wěn)定性更高，并且節(jié)約成本。
纖維增強塑料在汽車中的應用
纖維增強塑料是樹脂和增強纖維復合而成的材料，汽車工業(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、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。
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中的應用
碳纖維汽車輕量化解決方案
綜上所述，隨著纖維增強塑料技術(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格還過高，用于汽車工業(yè)的大絲束碳纖維目前價格在15美元/公斤以上，只有當價格降到10美元/公斤或以下時，售價30萬人民幣左右的中級車才可能大規(guī)模使用。
4、車用改性塑料市場分析
全球車用改性塑料市場
目前改性塑料使用量最高的是德系車單車，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，我國乘用車單車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2186萬輛乘用車，而中國生產(chǎn)了乘用車2424萬輛，由此計算的全球乘用車單車改性塑料加權(quán)平均用量為152-191千克，取中間值為171千克。2016年全球乘用車產(chǎn)量為7210萬輛，需要的改性塑料為1233萬噸，按著單價1.8萬/噸來計算，2016年全球車用改性塑料市場空間為2219億人民幣。
根據(jù)預測到2020年全球乘用車產(chǎn)量將達到8148萬輛左右，以及考慮汽車輕量化趨勢下單車消耗改性塑料量的增加，假設到2020年全球單車改性塑料用量增加至200千克，這一市場空間將接近3000億人民幣，2017-2020年年平均增速為7%左右。全球車用改性塑料市場的主要參與者都是大型化工企業(yè)，比如巴斯夫、普立萬中國車用改性塑料市場
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(guī)模以上企業(yè)只有70余家，從產(chǎn)能上看，國內(nèi)企業(yè)占據(jù)73%左右，國外或合資企業(yè)占比約為27%，但從市場占有率情況來看，國內(nèi)企業(yè)市場占有率僅為30%，而國外企業(yè)市場占有率高達70%。目前已經(jīng)在國內(nèi)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BASF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。
進一步具體到車用改性塑料領域，按著2016年國內(nèi)乘用車產(chǎn)量2424萬輛以及單車改性塑料用量115千克來計算，國內(nèi)車用改性塑料需求量為278萬噸，市場空間在400億以上。但是相比全球40%的改性塑料用于汽車行業(yè)，中國僅10%左右，此外國內(nèi)乘用車增速遠大于全球乘用車增速，根據(jù)蓋世汽車研究院的預測，到2020年中國乘用車生產(chǎn)量將達到2865萬輛左右，國內(nèi)車用改性塑料發(fā)展?jié)摿薮蟆?/span>
另一方面，2016年10月中國汽車工程學會發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》指出，到2020年、2025年、2030年，整車質(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市場，2016年新能源乘用車銷量占到全球的43.7%，未來幾年將以每年40%左右的速度增長，到2020年產(chǎn)量將達到200萬輛，新能源汽車對輕量化技術(shù)的依賴更大，因此國內(nèi)單車改性塑料用量將會出現(xiàn)大幅增長。
保守測算即使到2020年國內(nèi)乘用車單車改性塑料用量只達到150kg，市場空間也將接近650億人民幣，2017-2020年的年平均增速將達到11%左右;如果到2020年單車用量達到現(xiàn)在全球平均值170kg，市場空間將超過700億元，2017-2020年的年平均增速將達到15%左右;如果到2020年單車用量追上全球平均值200kg，市場空間將超過850億元，2017-2020年的年平均增速將接近20%。
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