在汽车轻量化发展的新趋势下,以材料替代为主的轻量化解决方案备受行业关注。发泡材料具有质轻、隔热、隔音、减震、价格低廉等优点,广泛应用于仪表板、顶棚内饰、车门内饰板等汽车内饰件中。近年来,随着发泡工艺技术的提升,微发泡材料在汽车轻量化领域大放异彩,受到汽车制造商的青睐。
将于2022年12月7-9日在深圳举办的FOAM EXPO China国际发泡技术(深圳)展览会将聚集从化工原材料、发泡制品、发泡和切割设备、发泡剂、回收设备和技术、以及胶粘剂和密封剂等发泡技术提供商、制造商和服务商,与来自发泡应用领域并对发泡产品有采购需求的业者提供直面交流、学习探讨和行业解决方案等机会。在发泡材料汽车应用领域的生产和加工企业,已有包括常州万凯塑胶有限公司和旭化成( Asahi Kasei )中国等将参与FOAM EXPO China,其产品涉及内饰件、座椅、扶手、头枕、门内板、仪表盘、方向盘、保险杠等等,必将受到汽车零部件制造商的追捧。
车用发泡材料市场一般按类型(聚氨酯(PU)泡沫、聚烯烃(PO)泡沫、其他)、应用(座椅、门板、保险杠系统、其他)、最终用途(汽车、轻型商用车、重型商用车)分类。根据Market Research Future(MRFR)的综合研究报告, 2021-2028年车用发泡材料的复合年增长率为10.23%。2021年市场价值为386.1亿美元,2028年为802.7亿美元。
轻量化一直是汽车发展趋势的重要方向,也是新能源汽车解决续航里程的一大因素,以塑代钢已经在汽车的轻量化上取得了重要进展。当前,全球汽车产业正处于变革时代,在人口老龄化、环保化、智能化、自动化、消费者购车观念和需求巨变的新时代背景下,加之全球疫情影响,汽车轻量化已成为一项关键基础技术。当电动化、智能化等新趋势愈演愈烈,有机发泡材料有望以前所未有的速度被应用在汽车中,扮演着越来越重要的角色。
尤其是新能源汽车作为汽车产业的发展方向,正迎来爆发式增长。中汽协数据显示,2021年,我国新能源汽车产销分别达到354.5万辆和352.1万辆,同比增长均为1.6倍,市场占有率提升至13.4%,高于上年8个百分点。新能源汽车尤其是纯电动汽车,其续航里程一直是消费者的关注焦点,也是各生产厂商争夺市场的卖点。也正因如此,相关厂商对汽车轻量化技术非常重视。
相关研究发现,纯电动汽车整车重量降低10kg,续驶里程可以增加2.5km。如果自车身重量增加10%,电动汽车单次充电续航里程将减少8%。不仅如此,续航里程一旦降低,进而会影响到消费者的智能化及舒适性体验。不过,汽车轻量化是一项复杂的系统工程,要在保证汽车整体性能(强度、安全)前提下,尽可能减轻各零部件的重量,在提高动力性、兼顾成本、减耗排污的同时,满足耐撞安全性、NVH等性能。轻量化材料、制造工艺创新和结构设计优化成为汽车轻量化的实现途径。随着非金属材料轻质化、金属零件塑料化、零件集成化成为汽车轻量化的必然要求。车用发泡材料突出了独特的物理性能和更高的机械强度,市场对电动汽车的需求增加,也拉动了市场对车用发泡材料的需求。
车用发泡材料提供缓冲和声音管理,通常用于挡风玻璃、仪表板、门板和顶篷。这些泡沫由混合在一起形成塑料泡沫的固体和气相组成。
常见车用发泡材料主要有PU泡沫、EPP泡沫、PE泡沫、EPDM泡沫、CR泡沫等类型。
PU(聚氨酯)泡沫材料分为软质聚氨酯泡沫、硬质聚氨酯泡沫、半硬质聚氨酯泡沫以及自结皮聚氨酯泡沫四大类,具有质量轻、隔热、回弹性好、舒适性好、低温性能好、耐用、安全、吸振性好等特点,在汽车领域广泛应用。
软质聚氨酯泡沫具有韧性好、压缩永久变形小、回弹快等特点。一般用于汽车隔音垫、顶棚内衬、地毯背衬、坐垫、靠背、头枕等。近年来,采用多头挤出模具或MDI冷模塑工艺形成的双硬度或多硬度泡沫作为汽车坐垫材料更好地提升了坐垫舒适性,备受青睐。
半硬质聚氨酯泡沫具有较高的压缩负荷、突出的减振性能,非常适合制造汽车仪表板、扶手、门柱等部件的防护垫层材料。其中,半硬质聚氨酯泡沫+表皮的仪表板替代传统硬质PP仪表板具有更好的安全性和舒适性,较受欢迎。
硬质聚氨酯泡沫具有隔热性能出色、强度高、阻燃性好、尺寸稳定、耐化学药品等性能,用作发动机罩以及豪华客车和冷藏车车厢的保温材料。
自结皮聚氨酯泡沫又称整皮模塑泡沫塑料,依靠发泡组分在发泡成形时,一次性形成表材与泡沫芯材,具有较好的物理机械性能。广泛用于方向盘、扶手、头枕、门把手等。
EPP(聚丙烯)泡沫材料是以聚丙烯树脂为基体,经发泡而形成的泡沫材料。除具有高耐热性、高冲击能吸收能力、良好的回弹性和热成型性外,还有可以回收再生的优点。广泛应用于保险杠、底护板、遮阳板等汽车内外饰部件。
交联PE(聚乙烯)泡沫材料具有较好的柔韧保温性、隔热性,机械强度高,吸水率低,耐化学性及耐候性高,缓冲性能优越。在汽车内顶饰、行李箱、地垫、侧围板、隔热垫、密封条、门内护板、车门防水帘、遮阳板等部位均有所应用。
EPDM发泡材料也称EPDM泡棉,是以三元乙丙橡胶为基体的发泡材料。具有优异的耐候性、耐腐蚀性、耐热性、隔热性、隔音及密封等特性。EPDM发泡材料主要作为填充、密封材料用于车门板、仪表台、顶棚、天窗等部位。
CR发泡材料是以氯丁橡胶为基体形成的发泡材料,具有优秀的抗氧化性,不易燃,耐酸碱,耐老化。但其耐寒性差,绝缘性不好,且应用成本相对较高。一般多采用CR与EPDM橡胶混炼,生产发泡产品。
在汽车轻量化材料中,微孔发泡材料是行业竞相研究的主要课题之一。微发泡是近年来备受关注的一种物理发泡方式,其以CO2、N2等惰性气体作为发泡剂制出泡孔直径为微米级,泡孔密度为109~1015个/cm3的泡沫塑料。微发泡塑料可在满足制件强度要求的基础上达到轻量化的效果,在汽车领域的应用也越来越多。如汽车内饰、外饰和电子电器等方面。相比于传统注塑材料,微孔发泡材料更轻、更节能、成本更低。微孔发泡材料和未发泡材料相比,材料比重下降可达35%,制品重量下降甚至可达45%。制品总体成本降低可达10%以上。另外,还可有效减少潜在的有害物质的散发,如VOC,雾化等。
旭化成开发的聚酰胺泡沫塑料,可以在标准聚苯乙烯模塑设备上以蒸汽模塑工艺加工而成,具有聚酰胺典型的耐热、耐化学和耐油性能,同时具有出色的刚性或降噪效果,成为汽车应用中的极具前景的替代品,也能用在电动车辆电池的绝缘体、管道、垫片或其他轻质部件上。而且聚酰胺泡沫塑料还具有隔音功能,在汽车各个零件都有使用的潜力。特别是用在发动机罩里,有助于减轻重量和降低噪音。同时,这种材料也有助于增强车内舒适性,可以用于车顶、座椅和地板结构中。
科思创与瑞士公司利用CO2生产泡沫塑料,可用于汽车内饰。现在汽车行业所用的泡沫,可以部分使用CO2作为多元醇原料,代替原油等化石原料。在最终泡沫产品中,可持续性成分的份额超过了13%。
此外, OBoNature泡沫的VOC(挥发性有机化合物)和FOG(非挥发性碳氢化合物)值,远低于目前相关限值标准。这些泡沫材料已通过FMVSS 302阻燃性能测试。而且,这种材料层压性能优良,适合快速加工,可用于电动和混合动力汽车中的耐用轻型部件,并提供良好的水解稳定性。目前,FoamPartner的OBoNature系列泡沫产品包括三种版本,均针对特定的汽车内饰应用,在全球范围内提供。
国内企业方面IXPE 材料、IXPP 材料等新一代绿色泡沫材料在防水密封、隔音降噪、缓冲减震方面较传统塑料而言表现优异,生产工艺绿色环保,广泛应用在消费电子、家用电器、建筑地垫、汽车等传统领域,以及航空航天、新能源电池、智能穿戴、通讯行业等新兴领域。
在汽车领域,祥源新材目前的IXPE及IXPP产品主要用在汽车风道、汽车面板防水膜等汽车内饰件上,以及新能源汽车锂电池软包装防护材料。润阳科技公司特种系列IXPE产品作为隔音、阻燃、隔热、减震材料,应用于汽车引擎、车门、顶棚与后备箱及中控台内饰等处。
从地区看,车用发泡材料中增长最快的市场是亚太地区。发展中经济体,尤其是中国、印度和东南亚的电动汽车生产和销售不断扩大,预计未来几年将大幅增加对车用发泡材料的需求。中国政府对电动汽车制造商和购买者的激励和补贴增加了对汽车泡沫的需求,以实现到2025年电动汽车约3500万辆的目标。而致力于聚集中国发泡产业链并推动产业升级和重塑的展会平台—FOAM EXPO China国际发泡技术(深圳)展览会必将为实现这一目标和汽车的轻量化、低碳化和智能化贡献自身力量,并为行业的发展进一步提供契机。
在中东和非洲地区,阿联酋和沙特阿拉伯的零售和旅游业预计将显著增长,从而增加了对用于产品运输的轻型和重型商用卡车的需求。在拉丁美洲,汽车和零部件的主要生产国和出口国是巴西和墨西哥。该地区的经济稳定和日益现代化的发展推动了汽车行业的发展,从而推动了地区市场的增长。为提高燃油效率而加大对各种汽车材料的研发力度,正在推动北美车用发泡材料市场的发展。值得一提的是,FOAM EXPO品牌的发起地正始于5年前的北美,FOAM EXPO North America现已经成为全球领先的工业发泡行业展览和会议。第五届北美国际发泡技术展览会(FOAM EXPO North America)也将于2022年6月28-30日在美国密歇根州举办。