聚合物基復(fù)合材料：進(jìn)軍汽車市場需過的三道坎

在人均國民收入、道路、限行等多種因素的制約下，我國汽車行業(yè)步入緩慢增長的階段，“十三五”時期甚至可能出現(xiàn)增長停滯的局面。但汽車市場仍然是材料行業(yè)最重要的市場之一，這是一個年消費量4000萬噸級別的大市場；對于聚合物來說，汽車行業(yè)的年消耗量也接近400萬噸，年市值超千億元。

最近幾年，聚合物基復(fù)合材料（PMC）在汽車中應(yīng)用漸廣，但我國復(fù)合材料汽車零部件的發(fā)展速度卻沒有達(dá)到理想狀態(tài)，除了材料的機(jī)械性能、加工性能、成本等直接因素外，使用習(xí)慣以及消費者審美等因素也影響著復(fù)合材料的大批量應(yīng)用。

聚合物基復(fù)合材料是以有機(jī)聚合物為基體，采用適當(dāng)?shù)墓に嚪椒ǎ蚜硗庖环N或以上物化性能不同的材料與之復(fù)合而成的一種多相固體材料。

近日，透明度市場研究機(jī)構(gòu)（Transparency Market Research ,以下簡稱TMR）公布一份有關(guān)新聚合物基復(fù)合材料的市場報告，該報告對全球的聚合物基復(fù)合材料市場規(guī)模、市場份額、增長等基本面進(jìn)行分析，預(yù)測其從2014年到2020年的發(fā)展趨勢。報告指出，2013年全球新聚合物基復(fù)合材料產(chǎn)值約為74億美元，從2014年到2020年，全球新聚合物基復(fù)合材料市場將以7.2%的年復(fù)合增長率增長，預(yù)計到2020年將達(dá)121億美元。

一、研發(fā)應(yīng)用初具規(guī)模

1．BMC(DMC)/SMC：美國市場領(lǐng)銜

目前BMC在汽車電器和車燈上的應(yīng)用較多。BMC 用做車燈反射罩時，可改善車燈表面質(zhì)量、降低車燈霧影。用于車燈的BMC材料采用PMMA樹脂和馬來酸樹脂以及4 mm左右的玻璃纖維增強(qiáng)，材料的耐熱性和耐磨性良好。　　

SMC汽車零部件主要分為三類：第一類，結(jié)構(gòu)件，如散熱器托架、橫梁；第二類，功能件，如油盤、隔熱板等；第三類，車殼外板，目前只有美國部分車型采用了SMC車殼外板。美國SMC零部件應(yīng)用最多，20世紀(jì)70年代后一直致力于零部件的開發(fā)和應(yīng)用，通過價格補(bǔ)貼，美國快速推廣了SMC材料。日本、歐洲等國家和地區(qū)則采取了小步慢走的策略，豐田、日產(chǎn)、鈴木等各大汽車公司相繼開發(fā)了SMC汽車部件。

目前我國BMC/SMC在汽車零部件領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展并不很快。據(jù)不完全統(tǒng)計，2010年我國用于汽車的SMC消費量約4.5萬噸左右，到2014年，消費量約5萬～6萬噸，低于同期我國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度。

2．GMT：各種車型中成功應(yīng)用

基體樹脂有PP、PET、PBT、PC、PA 等，其中PP價格低廉，以PP為基體的GMT 材料產(chǎn)品應(yīng)用最廣。目前已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化的GMT-PP 制備工藝主要有兩種，其中熔融浸漬法發(fā)展較快。GMT具有質(zhì)量比大、在高低溫環(huán)境中的抗沖擊性能優(yōu)良等特點，其主要用途是代替金屬材料制造汽車承重框架，還可代替熱固性材料生產(chǎn)承重功能件。相對于LFT，GMT強(qiáng)度更高，且可采用高纖維含量的補(bǔ)強(qiáng)材料來增強(qiáng)局部強(qiáng)度。GMT一般用于形狀相對比較簡單、適合模壓成型的零件。

3．LFT：汽車輕量化的首選

LFT 材料中玻纖的長度一般在3 mm 以上，其應(yīng)用開發(fā)目標(biāo)是用作半結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)材料。以聚丙烯為基體的LFT復(fù)合材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)的優(yōu)點，易于制造和實現(xiàn)成本優(yōu)化，目前已成為汽車輕量化使用的首選聚合物基復(fù)合材料。

LFT可注射及模壓成型，因此適用于成型形狀復(fù)雜、多孔多筋的制品。同時LFT 可代替尼龍和聚酯等價格高、易吸濕的材料。另外，很多前端模塊由GMT改為LFT，可實現(xiàn)更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，提高生產(chǎn)效率，LFT-D的大量使用更進(jìn)一步降低了成本。據(jù)不完全統(tǒng)計，2013年我國在汽車領(lǐng)域的LFT消費量達(dá)2萬噸。

4．其他

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是最近幾年熱炒的品種之一。但是目前存在價格偏高、表面處理困難和難以回收等問題，另外碳纖維增強(qiáng)功能件也存在與金屬件連接困難等問題。從碳纖維生產(chǎn)角度來看，未來幾年其成本降低的可能性仍然較小，碳纖維復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域仍然僅限于特定的領(lǐng)域。　　

由于玻璃纖維對人體有害，且熔融后容易粘結(jié)造成回收利用困難，因此近年天然纖維增強(qiáng)塑料研究較多，部分材料的性能已經(jīng)與玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料不相上下。在線生產(chǎn)的天然纖維產(chǎn)品的工藝類似于LFT，由于可以直接擠出注塑或模壓成型，塑料只經(jīng)過一次加熱，因此可以減少熱敏感材料的熱降解。

二、發(fā)展面臨三大瓶頸

從過去幾年的復(fù)合材料汽車零部件的發(fā)展歷程上來看，我國復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展速度差強(qiáng)人意，低于同期的汽車產(chǎn)銷量增速。究其原因，高成本、難回收以及設(shè)計能力弱是發(fā)展的主要障礙。

1．成本偏高

復(fù)合材料零部件的高成本不僅僅是指原材料的價格，生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性也使其制造成本偏高。我國汽車市場是一個比拼價格的新興市場，高端車型產(chǎn)量較低。目前國產(chǎn)車的低價與合資車的減配都是在降低零部件成本方面下功夫，因此高成本復(fù)合材料零部件的應(yīng)用受到了明顯的限制。

2．回收困難

與高成本相比，復(fù)合材料回收難問題最近幾年才引起人們的重視。2015年6月，工信部頒布了《汽車產(chǎn)品限制使用有害物質(zhì)和可回收利用率管理辦法》，對汽車產(chǎn)品的可回收利用提出了指導(dǎo)性意見。在材料回收利用方面，歐、美、日等國走在前列，歐美等發(fā)達(dá)國家規(guī)定到2015年汽車報廢的零部件要有95%以上可回收再利用。這對復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用是一個很大的挑戰(zhàn)。復(fù)合材料的回收再利用較金屬及熱塑性塑料難度大，粉碎、焚燒和掩埋等方法已不適應(yīng)現(xiàn)在環(huán)保的要求。目前較科學(xué)的辦法有高溫裂解、溶劑萃取等，使纖維和樹脂分離后回收再利用，但這些措施又進(jìn)一步增加了成本。

3．設(shè)計能力弱

設(shè)計能力弱也是我國復(fù)合材料推廣使用困難的原因之一。汽車零部件的結(jié)構(gòu)一般都較復(fù)雜，復(fù)合材料零部件是材料、設(shè)計和加工工藝緊密結(jié)合的產(chǎn)物。國內(nèi)零部件企業(yè)在設(shè)計與加工工藝方面常常脫節(jié)，包括計算機(jī)在設(shè)計方面的應(yīng)用還處于初級階段，積累的數(shù)據(jù)不足。

另外，從消費習(xí)慣的角度來看，復(fù)合材料制品的外觀不符合中國傳統(tǒng)的審美觀念。消費電子、筆記本電腦等復(fù)合材料外殼的產(chǎn)品給人的感覺都是低端的印象，甚至碳纖維復(fù)合材料也是如此。在中國汽車是承載了更多內(nèi)涵的產(chǎn)品而非單純的代步工具，因此，企業(yè)使用塑料及復(fù)合材料都會慎之又慎。

作為全球最大的市場，任何材料供應(yīng)商都無法忽略中國汽車市場所帶來的誘惑，復(fù)合材料也不例外。特別是在歐洲、美國、日本已經(jīng)成功應(yīng)用的產(chǎn)品，沒有理由不會在中國獲得成功。綠色節(jié)能、低碳出行得到了普遍共識，汽車輕量化是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢，復(fù)合材料已引起汽車制造業(yè)很大關(guān)注。相信隨著技術(shù)進(jìn)步，高成本、難加工、難回收等問題將會得到解決，未來復(fù)合材料在中國汽車行業(yè)中將會占據(jù)更高的市場份額。

本文根據(jù)中國化工信息中心內(nèi)容綜合整理