汽车打破传统价值链，材料科学面临新趋势

交通行业正在经历百余年来最重要的转型。数字技术以及共享和低碳经济的迫切需求，已经打破传统价值链——重量更轻、航程更长、更加舒适、更加安全、更加低碳成为更高目标。

面向这些趋势，材料科学和技术研发成为突破创新的关键。在CHINAPLAS 2021展会上，巴斯夫、陶氏公司、威格斯、金发科技、奥升德、朗盛、利安德巴赛尔、罗姆、兰蒂奇、埃肯有机硅、美瑞新材、会通等主流的材料供应商纷纷亮出解决方案，下面让我们一起来盘点一下。

01
轻量化的重要性日益凸显

汽车轻量化趋势提出已有数年，它是降低碳排放的一种重要途径。在传统汽车积极向新能源汽车转型之际，轻量化的重要性更加凸显。

PEEK，位于塑料金字塔塔尖的一种材料，它拥有多重优秀性能：优异的耐化学性、高强度等，但最突出的是其温度特性。目前，世界上仅有少数几家公司能够生产这种材料，威格斯就是其中之一。

CHINAPLAS 2021展会上，荣格工业传媒专访了威格斯大中华区总经理Andrew Storm。他从目前全球的六大行业趋势谈起，分享了PEEK未来的发展前景以及威格斯未来可能会有的布局。

威格斯大中华区总经理Andrew Storm

其中，汽车是Andrew Storm提到的第二大应用。这个行业大家目前最热衷的话题是燃油效率和减少CO₂排放。特别是在中国，从传统燃油车到混合动力汽车，再到电动汽车，PEEK正在积极推动从内燃机到电动驱动的转型。“现在是PEEK的好时代，与金属齿轮相比，PEEK齿轮能提高耐用性和可靠性、显著减少能源消耗和降低重量、以及将噪音、振动和声振粗糙度降低至少50%。此外，人们也非常关心电动汽车的续航能力，PEEK在这方面也有杰出表现，采用PEEK扁铜线的驱动电机，因为PEEK优异的导热和绝缘性能，可为增加续航里程提供帮助。”

“为了支持六大应用领域的技术创新，威格斯近期投资了100万美元来升级位于上海的亚洲创新与技术中心（AITC）。“这笔重大投资将有助于加快创新步伐，提升客户将设计创意落地为原型部件以进行测试和评估的能力，从而缩短产品上市时间，同时极大地优化中国和亚洲地区在先进工程设计领域从设计到批量生产的整个工作流程。”Andrew Storm说道。”

自2006年AITC在上海成立以来，这个占地2000平方米的卓越技术中心得到了蓬勃发展和壮大，长期为客户提供注塑成型、模压成型、热成型和分析服务。此次升级完成后，威格斯将配备一台用于部件原型制作的4轴CNC数控机床，并为客户提供部件与模具设计建议和工艺验证服务。同时，AITC还支持增材制造，以及3D打印工艺与材料的研发创新。

金发科技凭借全系列产品体系和安全、稳定、高效的供应链体系，在轻量化方面带来微发泡、薄壁化、以塑代钢、热塑性复合材料等四大核心突破性技术。金发科技股份有限公司车用行业总监、董事长助理王大中博士在采访中提到了“全塑车身”的设想，他表示：“虽然目前来看，一些塑料在性能上还不能完全取代金属材料，但我们正在研究利用工程塑料、复合材料等多种材料打造车身全塑化的方案。这是一个渐进的过程。”王大中表示，金发科技已经在上海建立了全球车用材料创新中心，预计在2025年之前，攻克整车模块化全塑方案；在2030年前输出全塑车身项目的DEMO。“目前，金发科技的材料在整车中的用量大约是25Kg，而未来全塑车身中的用量高达300-500Kg！如果全塑车身的整车在安全性等各方面性能都稳定，塑料在其中发挥的空间将十分广阔。”王大中言语中充满了无限的憧憬。

金发科技在CHINAPLAS 2021展示了“全塑车身”的设想

奥升德工程塑料亚太区业务负责人袁俊介绍说，CHINAPLAS 2021，奥升德推出了多项创新型材料和解决方案，包括可以有效应对严苛工作环境的泛达^® XHT耐高温系列、HiDURA^® LCPA长链聚酰胺系列，泛达^®和Starflam^®阻燃材料解决方案，以及适用于内外饰件高频接触表面和空气滤芯的Acteev™突破性抗微生物材料。这些不同的解决方案覆盖的应用领域十分广泛。

奥升德研发泛达^® XHT是为了帮助客户在使用现有产品带来的相对局限的加工条件和性能不足的情况下，扩宽加工窗口并满足客户要求以实现更高的效益。通过将独特的聚合物化学性质与多级热安定技术相结合，XHT产品突破了PA66长期耐高温性的极限，并且保持了PA66众所周知卓越的可加工性、耐用性和机械特性。这些产品非常适用于要求严苛的汽车应用，例如中冷器、集成式进气歧管、废气再循环器和谐振器。

奥升德开发HiDURA™是为了耐受极端的条件和用途。无论是用于生产太阳能电池板的连接器还是刷毛，客户都可以受益于HiDURA™长链聚酰胺 (LCPA) 在整个应用生命周期的良好性能。HiDURA™长链聚酰胺产品系列的应用领域非常广泛，包括单丝、电池密封圈、特种扎带、汽车冷却和燃油连接管以及体育用品等。

Starflam^®产品系列可以帮助客户在清洁能源、交通、智能设备等领域开拓更多的应用。

利安德巴赛尔展出了多项材料技术，以应对汽车设计领域的相应挑战

02
安全舒适、个性化需求引领材料升级

目前，汽车中经常会有一些PVC材料的应用，这种材料本身含有小分子量增塑剂，长期使用会造成析出，最终导致车内的气味难闻或车内VOC排放超标。为了帮助汽车供应商提升车内空气质量，陶氏公司在CHINAPLAS 2021展出了聚烯烃弹性体(POE)人造革解决方案，其不含增塑剂、卤素、低VOC、使用后可回收（PCR）。在加工过程中，无需使用溶剂或其它有害物质。其优异的耐低温性和耐候性，不会出现水解、黄变和析出等问题，能够广泛应用于家居、鞋材、箱包、汽车等领域。

美瑞新材在CHINAPLAS 2021展示了各种TPU材料（图片来源：美瑞新材）

目前，软、硬胶产品结合在汽车市场的潜力也非常大。随着科技进步和物质水平的提升，消费者对于舒适性的关注度日益提升，具有手感舒适、加工窗口宽、包覆效果良好的TPU材料受到生产厂家的关注。美瑞新材正在积极探索，通过TPU材料在汽车内饰、座椅把手、缓冲密封等方面为用户提供更好的解决方案。

“随着汽车行业的快速发展及众多国外企业进驻中国，会把一些新的需求对中国企业开放。这对我们来说，是一个很好的机会，我认为未来TPU材料在国内汽车市场会有一个很大的增量。”业务部经理宋鹏分享道。

他告诉我们，目前国内TPU市场容量约55万吨/年，年均增速在10%以上。“伴随国内企业持续的技术创新、国产化替代趋势及新应用领域逐步涌现，国内TPU行业迎来了巨大的发展机遇。”

罗姆新推出的宝克力^® Optical HT也得到了不少专业观众的关注。这款特种PMMA模塑料具有十分均衡的性能：光学效率达到了宝克力^® 8N 的一流水准，但热变形温度更高，接近宝克力^® Heatresist产品系列；此外，它也继承了宝克力^®家族出色的耐老化性和耐用性。宝克力^® Optical HT为汽车前大灯和灯具组件的设计师提供了更多的创意空间，可助力打造鲜明独特的外观。汽车前大灯、大功率泛光灯和路灯所使用的光学组件通常都对材料有着较高的要求。而新的产品设计趋势，例如在使用高性能LED灯的同时缩小组件尺寸，却进一步提高了对材料热性能的要求。光学性能和热性能可以说是PMMA材料难以兼容的两极。宝克力^® Optical HT在不牺牲光学性能的前提下，将热变形温度在现有标准基础上提升了15°C，最高可承受105°C的温度。宝克力^® Optical HT已由RTI rating按照UL 746B标准完成认证。此外，与宝克力家族的其他成员一样，宝克力^® Optical HT同样具备100%可回收的特性。

03
电气化势不可挡

巴斯夫亚太区特性材料交通运输事业部全球副总裁龙志强认为，电气化是从根本上解决碳排放问题的重要方向之一，电气化本身对材料需求提出了新的要求，高压电对于阻燃、电磁屏蔽，甚至都提出新的要求，不少材料供应商都在配合这个大的行业转型开发适合电气化的新材料。

相对于传统燃油车，汽车电气化的各种形式和深度，无论是强混、插电混动、纯电还是燃料电池，都离不开高压电池包、高压控制系统、逆变器、DC-DC转化器、电机等重要的功能性部件。燃料电池系统是巴斯夫关注的焦点之一。就在去年年底，总部位于美国马萨诸塞州比勒利卡的重型零排放发动机制造商纽威莱燃料电池公司，在其最新一代45kW燃料电池发动机的多种组件中采用了巴斯夫高温尼龙Ultramid^® Advanced N3HG6材料。

该发动机的多种组件，包括歧管、节温器壳、止回阀、喷射器和排气管等，都需要在不同的温度下保持性能的稳定。部分组件还需接触冷却液、空气通道和氢通道中的多种介质。基于高温尼龙PA9T的 Ultramid^® Advanced N3HG6卓越的耐热性和耐化学性、出色的机械性质和耐冲击强度、良好的尺寸稳定性和稳定的长期性能，能够满足这些组件的应用要求，还达到了燃料电池和电子部件等敏感应用的纯度要求。

在45kW燃料电池发动机的开发过程中，纽威莱所遇到的一项挑战是要寻找轻型解决方案，可以使用高性能塑料件代替多种铸铝部件和高温管，在实现高效量产的同时保持原有的性能和安全性。Ultramid^® Advanced N3HG6完美地满足了发动机部件的安全和质量要求：它不仅表现出了极佳的刚度、强度和韧度，耐磨损性能和摩擦行为也十分出色。广泛的冷却液应用试验表明，该材料能够在乙二醇、水和氢气的混合物中承受105℃的连续使用温度长达10,000至20,000小时。此外，巴斯夫这种PPA材料的燃料渗透率、渗气率和挥发物含量极低，可有效防止发动机系统被腐蚀或污染。

针对CHINAPLAS 2021展会上推出的新产品和解决方案，兰蒂奇集团高性能工程塑料业务的全球市场营销总监埃里克.斯皮尼先生（Erico Spini）评价道：“对于集团而言，在中国市场推广各相关领域的创新材料具有战略意义。以塑代钢和耐高温是集团推出的产品（包括Radilon^®、Radistrong^®、Radilon^® NeXTreme和Radilon^® HHR品牌）解决的主要问题。此外，集团正在中国进行多项针对电动交通领域的重要开发项目，包括：电池框架、IGBT 基板、电子元件基座、电池底座、高压连接器和使用自产Radiflam^®品牌材料制成的无线充电系统组件。而且这一品牌材料已用于可以延缓燃烧，具有极佳电性质和高机械抗性的解决方案”。

随着更多的传感器被布置在汽车整车的各个位置，这些电气化设备对于材料的要求比以往任何时候都更加苛刻，如材料需要符合相关法规要求(不得含有禁用物质)，低析出(不得堵塞毛细结构的油路等), 电中性(不得造成电路的短路等)。对材料低析出及电中性的要求集成化程度的不断提高，对于汽车核心零部件的电控需求必然提高。

兰蒂奇高性能工程塑料在原有尾缀为KB牌号的基础上推出了不含DPPD的新KB系列牌号以及不含DPPD且电中性的KN系列牌号，其中比较典型牌号为RADILON A RV350KB（PA66+GF35%）已在客户中得到认可及批量应用。

在过去三年中，聚酰胺66价格一路上涨，这主要是由于制造该材料的关键产品己二腈出现短缺。这促使了塑料配件制造商寻求更低成本而可靠的产品来替代聚酰胺66。本次CHINAPLAS展会，朗盛展出并介绍了其高性价比、稳定优质的聚酰胺66替代解决方案。

在杜立顿^®BKV 60 EF用于发动机悬置支架

在杜立顿^®(聚酰胺)、保根^®(聚对苯二甲酸丁二醇酯)以及Tepex^®（热塑性复合材料）品牌产品的基础上，朗盛高性能材料业务部展示了一系列新能源汽车领域的解决方案。杜力顿^®BKV45FN04凭借其高刚度和强度，成为电池结构部件生产的理想选择——例如电池框架和端板，它同时也适用于高压连接器。此外，该产品采用最新的FR和热稳定套装，除气和起霜性能好，长期热稳定性高和表面质量高。

朗盛还基于Tepex^®品牌的连续纤维增强热塑性复合材料，研发了适合大批量生产、成本效益好的零件制造工艺——例如前端安装部件、底部护板和保险杠横梁、刹车踏板，全负荷装载系统和油箱增强件。由于其功能多、性能出色，Tepex^®适应了当下新能源汽车发展的趋势：环保机动性、个性设计、安全性和耐久性，以及可持续的资源和环境保护解决方案。

此外，在2021年4月的朗盛年度新闻发布会上，朗盛宣布与全球领先的锂离子电池材料制造商广州天赐高新材料股份有限公司开展合作，进军电池化学品领域。从明年开始，朗盛将在天赐材料的授权下生产锂离子电池的电解液。通过朗盛在勒沃库森生产高性能电解液，天赐材料将成为欧洲电池厂商的本土供应商。

强劲的有机硅全球需求增长和中国区域的有机硅需求的巨大潜力正在推动着有机硅行业的蓬勃发展。有机硅广泛应用于建筑、汽车、消费品、个人护理、医疗保健、电子电力、涂料助剂等众多细分市场，同时更在一些热点的5G、新能源、微电子、人工智能等行业崭露头角。

新能源汽车（主要包括混合动力与纯电动汽车）电池电压可达600V，对应导线峰值电流可以达到300A，相比传统燃油车的12V电压，新能源汽车在高压连接方面更容易发生安全问题，比如过载、短路、自燃、电流泄露等。偏偏，新能源汽车的高压线束就像汽车的“血管”，贯穿汽车各个部位，连接所有的电子零部件，传递电力与数据。它属于安全件，具有高电压/大电流、大线径、弯曲半径小等特点。此外，连接器与线束、连接器之间需要互相穿插，如何避免连接失效也是一大困扰。基于此，新能源汽车对连接用的线束线缆、绝缘材料及连接器材料提出了更高的需求与期待。

埃肯有机硅已经注意到这些问题，并将这些要求和市场上常见的材料做配对。为了给新能源汽车的高压部件连接（从充电口，电池，控制系统到动力电机以及其它的一些高压设备）提供安全可靠的电力供应，且不对其它低压电气设备运行造成干扰。埃肯有机硅的解决方案是采用BLUESIL™ MF 8100 U HT/A系列铂金硫化体系硅橡胶制成车用绝缘防护线缆，从而能够承受高低温冲击，载流量大的优点可以满足长期大电流满负荷运行要求，而不需额外增加导体截面设计。同时由于有机硅的柔软性使电缆在小半径弯曲条件下，极大降低了应力开裂风险，给设计人员提供了更多的自由空间，且易于安装操作。

BLUESIL™ MF8100 U HT/A 系列具有优异的力学性能和长期耐热性能，杰出的抗撕裂强度给线缆的外护层提供了安全保障，避免在运输、安装、使用过程中的表面划伤和开裂。另外，埃肯有机硅铂金硫化体系硅橡胶产品，避免了常规过氧化物硫化带来的副产品，气味，后期喷霜等问题，对环境更友好，有利于改善线缆生产商的现场工作环境，同时创造更安全舒适的车内环境。通过合理的线缆结构设计加上使用埃肯有机硅硅橡胶，可以满足以下国际标准：LV112，LV216，ISO6722-1，ISO14572，QC/T 1037-2016。

硅橡胶在新能源汽车高压线束方面的应用（图片来源：埃肯有机硅）

04
塑料回收和生物降解改性材料风头正劲

巴斯夫在展位上展出的一款聚氨酯回收废料制成的汽车后备箱盖板，吸引了不少专业观众驻足、咨询。据龙志强介绍，这款盖板由格林莱特实业（苏州）有限公司和巴斯夫共同开发，以聚氨酯回收废料为原料，采用聚氨酯粘合剂 Elastan^®CC 6521 加工而成。

借助巴斯夫的粘合剂，部件加工过程中产生的边角料可用作原材料生产全新复合结构部件，如后备箱盖板。产品机械性能的调整可通过添加玻璃纤维的比例来实现。相比传统胶合板制成的行李箱盖板，这款盖板的污染物排放量和吸水率更低，同时，作为轻量化的汽车内饰部件，拥有更长的使用寿命和耐久性。

巴斯夫在展位展出了聚氨酯回收废料制成的汽车后备箱盖板

巴斯夫亚太区特性材料交通运输事业部全球副总裁龙志强解释，回收聚氨酯通过巴斯夫粘合剂生产出的最终部件不一定就是平板的形状，还可以有小的曲面。“格林莱特是我们的现有客户，由于他们在生产过程中有很多边角料产生，就找了我们的技术同事咨询边角料是否可以废物利用。这个技术也是经过了很长时间的开发，它主要的技术关键点在于加工工艺，除了要保证聚氨酯粘合剂能够把所有的东西很好地连接在一起，还要确认最终产品的低排放、低气味，这两方面是难度比较高的。”龙志强说道。

他也告诉我们，这项技术的应用前景不仅限于汽车行业，还可以用在更多其他行业。“汽车行业的要求相对来讲是比较高的，未来它还可以用在家具等行业。这次展会上展示的汽车后备箱盖板更多是示范性展品，目前巴斯夫和品牌商正在积极推动这项技术的商业化。”

在可生物降解改性材料应用领域，会通在可降解树脂（PBAT、PLA、PBS等）中加入生物质材料（淀粉、纤维素、甲壳质等），通过专有的生物质材料处理技术、相容技术制备而成。可用于一次性可生物降解餐具、商超购物袋、物流快递包装、食品包装等领域。

在汽车环保材料应用领域，会通着力于汽车轻量化、健康环保和精致美观的材料研究，研发材料系列有微发泡材料、低密度材料、天然纤维增强材料、免喷涂材料、低气味低VOC材料等绿色环保材料。

会通股份在新能源材料应用领域，通过特殊配方设计，用耐候无卤阻燃材料使新能源产品更加环保安全；通过开发轻量化材料在新能源汽车部件的应用，达到节能减排的效果，推动社会可持续性发展。

05
总结

车用塑料相关的技术开发如火如荼，除了文中提到的材料解决方案，还有很多优质供应商也都让人眼前一亮。篇幅所限，我们无法一一报道。我们坚信，高性能塑料对于汽车行业不可或缺，而且将在未来扮演越来越重要的角色。