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今年1至10月中国新能源汽车产销分别增长33.9%和37.8%。(图片:iStock)

新能源汽车携手塑料工业加快智能化、轻量化、低碳化

2023年中国汽车市场逐步回暖,新能源汽车表现尤为抢眼。在“反向合资”和“技术出海”风口下,新能源汽车需要哪些材料及工艺加速智能化、轻量化、低碳化,带来更安全、环保、舒适的体验?

根据中国汽车工业协会发布的相关数据,今年1至10月中国汽车产销同比分别增长8%和9.1%,新能源汽车则产销分别增长33.9%和37.8%,市场占有率达30.4%;新能源汽车出口99.5万辆,同比增长99.1%。

文章来源:雅式橡塑网(www.AdsaleCPRJ.com

年轻消费者对新能源汽车的关注度正在提高,相关调查研究表示,30岁以下的新能源汽车用户(90后、00后)占比最高达43%。年轻人更喜欢高颜值的新能源汽车产品。

作为新时代汽车的脸面,数字格栅正成为行业的主流,注塑工艺和新材料的进步功不可没。

宝马(BMW)iX系列的双肾格栅可谓行业代表作之一,它采用恩格尔(ENGEL)集成工艺,实现3D效果阵列。麦格纳(Magna)的数字格栅用聚碳酸酯制成Mezzo面板,实现高透亮视觉效果。现代摩比斯(Hyundai Mobis)采用先进双凸透镜薄膜,让透镜格栅照明模块看起来更加纤巧轻薄。

除了数字格栅,车企借助材料及工艺在智能车灯上玩出新花样。比亚迪仰望U8星际穿越大灯采用泰瑞(Tederic)NEO M27220注塑机实现高精度成型。理想L9前部贯穿灯采用大型多色注塑机加工制造。高合汽车最新豪华SUV前大灯面罩和激光雷达面罩采用科思创(Covestro)聚碳酸酯解决方案。万华化学的多色PMMA不仅为智能汽车尾灯添色,还无需着色喷涂,减少碳排放。

随着智能汽车的飞速发展,车身上的充电口小门更具有美感、人性化和智能化,提升用户的充电仪式感。奥迪(Audi)全电动汽车e-tron智能充电小门则采用恒申安科罗(AKRO-PLASTIC)高纤维增强AKROLOY®PA GF 60 black(6418)聚酰胺制成,威马汽车采用PPE+PA来制造充电盖板,质量轻,且安全防灾性好。劳士领(Röchling)推出生物聚合物制成自动充电小门,环保和功能都做到位了。

新能源汽车在加速迈进智能化的同时,其续航里程也在节节攀升,从500多公里提升到1200公里。而新能源汽车每减重100kg,续航里程将提升10%-11%,同时降低20%的电池成本和日常损耗成本。因此,轻量化技术能够提升动力系统工作效率,提升整车续航,逐渐成为各大整车及零部件企业创新的新方向。各车厂都各出其谋,利用新材料和先进工艺为车辆“瘦身”。

丰田(Toyota)携手巴斯夫(BASF) 和 US Farathane首次采用树脂架打造 ISO 动力学座椅,可降低20%的成本和30%的重量。佛吉亚(FORVIA)座椅背板新潮解决方案Skin Light Panel,则以单一材料聚合物(PU)通过3D雕刻制成,减重20%-30%。马瑞利(Marelli)携手科思创(Covestro),开发了新型轻质聚氨酯泡沫,让主仪表板减重40%。

除了前端、座舱模块减重,占新能源汽车整车重量20%-30%的大块头 — 电池包,也是近年来轻量化技术重点应用场景。

通用汽车(General Motors)2023款凯迪拉克(Cadillac)纯电锐歌(Lyriq)采用杜邦(DuPont)、陶氏(DOW)、利安德巴赛尔(LyondellBasell)的PA6/12, PA66, 和PP,通过挤出、注塑、发泡和自动装配,加工成热塑性BEV管材,用于电动汽车的热管理系统。该多层管材不仅具有优异的耐化学性,还实现60%的减重。

索尔维(Solvay)Ajedium™ PEEK 槽衬可将电池组重量减轻12千克(36.4磅),将电机重量减轻4千克(8.8磅)。三菱化学(Mitsubishi Chemical)联合多个合作伙伴研发电动汽车电池全复合外壳,将部件数量从5个减少至2个,最终实现电池外壳减重。万华化学的HP-RTM聚氨酯电池壳也十分给力,可以减重40%-50%。

从工艺上来讲,一体化成型、发泡等加工手法在新能源汽车的轻量化技术落地实践中发挥关键作用,如注塑机大厂恩格尔(ENGEL)的新能源汽车前端模块的一体化成型,克劳斯玛菲(KraussMaffei)的物理发泡工艺和海天国际的微发泡等。

车厂正通过高电压的模式,将新能源汽车的电压系统从 400V 升高至800V。根据焦耳定律,在高电压系统下,汽车的电机驱动效率会提升,从而增加续航里程、降低电池成本。

而电压系统高压化,这意味着电机系统的工作温度明显升高,对电机系统热管理、电池系统热管理等提出更严峻的考验 — 材料不仅需要耐高温,且需要高阻燃。

索尔维(Solvay)、杜邦(DuPont)为代表的化工大厂们陆续推出高温尼龙、PPS、PEEK、聚酰胺薄膜等能够胜任高温电驱系统的材料,助力电机高效运行。

奥迪e-tron某个电池模组采用艾曼斯(EMS-GRIVORY)的阻燃级别V0的PA66加工成独立注塑部件。沙特基础工业公司(SABIC)恩骅力(Envalior) 等公司推出相应的高阻燃聚合物,为电机、电池模块安全运行护航。其中,SABIC的新型挤出级阻燃聚合物,也适用于电池包制造。恩骅力(Envalior)的热塑性材料则可满足电池组件浸没式绝缘冷却液的工作需求。

为实现与加油一样迅速的充电体验,5-10分钟的超快充车型颇受市场青睐。根据华为MI数据表示,预计到2026年,高压快充平台车型市场空间可达580万,占新能源车整体销量50%。

宁德时代、欣旺达、国轩高科、巨湾技研等已推出超级快充电池。面对高压、高电流、大功率的电力传送,越来越多的超快充电枪正在使用全冷液超充方案,这就要求充电枪及充电线材料必须同时兼具高导热性、高强度和韧性。

如陶氏公司(DOW)的HTE5015-90U导热硅橡胶及高导热灌封/密封材料可让充电枪枪头快速散热。巴斯夫(BASF)的Elastollan®热塑性聚氨酯(TPU)1180A10WDM对快速充电桩充电电缆进行优化,让线缆更灵活且易于操作。

减碳降排正成为汽车行业高质量发展的关键词。宝马(BMW)、沃尔沃(Volvo)、大众(Volkswagen)、奔驰(Benz),以及长城、吉利等汽车企业都发布了碳中和目标与行动计划。使用环保材料如再生塑料、生物基材料、单一材料或免喷涂材料,已成为车企实现碳减排的重要措施之一。

再生塑料方面,宝马集团(BMW)和大众汽车(Volkswagen)在逐步增加新车中再生塑料的比例。本田汽车(Honda)携手东丽(Toray) 探索化学回收尼龙6在汽车领域的应用潜力。麦格纳(Magna)发布单一材质,且100%可回收材料,适用于汽车座椅泡沫垫和装饰件。

相比于传统的石油基材料,生物基材料具有降低原料成本等优势,近年来也颇受车企青睐。起亚(KIA)EV3、EV4等概念车采用天然纤维、菌丝体降低碳足迹。极星(Polestar)携手劳士领(Röchling)即将推出首款生物基材质热管理冷却水壶。

免喷涂材料也成为车企减少碳排放的有效途径之一。如丰田汽车(Toyota)内饰采用巴斯夫(BASF)的免喷涂聚酰胺。本田(Honda)携手三菱化学(Mitsubishi Chemical)开发可用于车身以及内饰的免喷涂着色PMMA等。

从众多例子可见,车企、零部件企业及材料企业正通过价值链合作,打造车用塑料可持续发展通路。

多家车企已明确表示,氢能源是碳中和背景下能源结构战略转型的必然选择,氢能源汽车加氢时间仅为4-5分钟,续航里程可达500公里左右。宝马(BMW) iX5氢燃料电池已在欧洲完成道路测试,现代汽车(Hyundai )氢燃料电池车NEXO全球销量最高,丰田(Toyota)氢燃料电池车CROWN SEDAN配备三个氢气罐,综合续航里程可达820km。

那么氢能源汽车又将为哪些材料带来应用增长潜力呢?氢能源汽车不可或缺的储氢罐,多采用碳纤维缠绕,如东丽(Toray) 的高强度碳纤维用于70Mpa车用高压储氢瓶,赢创(Evonik)推出用于环氧体系胺类固化剂VESTAMIN®和Ancamine®能与纤维快速的浸润,可让储氢罐减重70%。

内胆则需要阻氢性能强、防止氢气外泄的聚合物,阿科玛(Arkema)RILSAN PA11可用于生产高压储氢气瓶内胆,可耐低温性,抗高压氢气起泡,具备优良氢气阻隔性和加工工艺。

越来越多的车企在“全面电动”的背景下丰富产品矩阵,以满足中国市场豪华出行需求。如2023年进博会的汽车展区,15家海外车企重点都展示新能源汽车,奔驰(Benz)、捷豹路虎(Jaguar Land Rover)、保时捷(Porsche)等更是推出售价百万级以上的高端电动汽车。大众 (Volkswagen)入股小鹏汽车,玛莎拉蒂(Maserati)母公司Stellantis入股零跑,外资车企用行动再次重申对中国汽车市场的重视。

放眼全球,欧盟将2035年停售燃油车。《区域全面经济伙伴关系协定》(RCEP)已正式落地生效,中国出口的汽车及零部件可享受零关税待遇。这些地方处处是商机。以奇瑞、长城、比亚迪为代表的中国车企们,在“出海”的过程,提升了中国汽车品牌的海外影响力。

可以说,车企在“反向合资”和“技术出海”中寻找突破重围的出口,作为助力新能源汽车智能化、电动化和低碳化的材料和成型工艺,也将迎来新的挑战与机遇,你准备好了吗?

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