汽车化合物的现在与未来

电动汽车（EV）的持续兴起标志着汽车行业的发展进入了一个关键阶段，而塑料行业的一个重要方面就是先进材料的开发和应用，这对于减轻重量、提高性能、改善安全性和整体效率来说至关重要。

 

标题图：新款标致3008的副仪表板支架使用Borcycle GD3600SY材料，这是一种玻璃纤维增强PP改性材料，PCR聚合物的含量为65% ©北欧化工/STELLANTIS

 

先进复合材料解决方案

去年，帝斯曼（DSM）和朗盛（Lanxess）的工程聚合物业务合并成立了Envalior（恩骅力）公司，可提供广泛的高性能热塑性塑料和先进复合材料解决方案产品组合。在德国曼海姆举行的国际VDI大会“2024年汽车工程塑料（Plastics in Automotive Engineering 2024）”上，恩骅力重点展示了许多产品。

例如，该公司展示了动力控制单元（PCU）中使用的几个零部件，其中包括集成了绝缘栅双极晶体管（IGBT）的冷却框架。该框架由Xytron G4024T制成，这是一种具有优异稳定性和抗蠕变性的聚苯硫醚（PPS）。这一材料还用于碳化硅全装配IGBT模块中的大功率晶体管。此外，恩骅力还提供其它系列材料，包括无卤阻燃聚邻苯二甲酰胺（PPA）的ForTii产品组合，以及聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）的Pocan产品组合。在400安培/2.5千伏的电流电压工作范围内，PBT都是理想的选择，而PPA和PPS则可以承受更高的电压。

该公司表示，希望成为客户的“一站式商店”。近期，该公司在品牌Tepex下推出了一种新型复合材料，采用连续纤维增强，用于电池外壳和相关部件。这种材料通过了电动汽车电池外壳的标准热失控测试，壁厚为 1.5 毫米，没有膨胀。这种材料比钢和铝轻很多，还有电磁屏蔽的类型。恩骅力还针对其中空型材混合技术（HPH）开发了几种材料，包括Durethan和Akulon。通过HPH这种轻量化技术，金属空心型材可以用塑料来增强并实现功能化。这种技术最多可减轻35%的重量，实现了高精度、低公差的生产，生产出的零件无需返工，通常比金属制造的相应零件具有更好的阻尼和隔音性能。

图1：埃万特表示，电池外壳的演变体现了采用轻质高性能材料的必要性©埃万特

埃万特（Avient）高级复合材料和 PlastiComp 交通运输市场开发经理Hank Crawford说：“提高电池组的能量密度（以瓦时每公斤Wh/Kg为单位）是电动汽车技术的一个发展趋势和关键，它决定了动力系统的性能。原始设备制造商专注于设计集成电芯的结构电池组，以实现更高的能量密度。这就需要优化各种组件的重量和性能，如电芯、继电器盒、连接器、模块和电池管理系统，所有这些都是控制整体车辆结构的集成解决方案。为了提高电池组能量密度，制造商正在研究并过渡到更轻的材料，如工程聚合物和复合材料，以提供传统金属组件的结构完整性。”

他表示，电池外壳的演变体现了采用轻质高性能材料的必要性（图1）。现代外壳是车辆的集成结构部件，旨在提高安全性、性能和效率。它们可以保护电池、提供防火保护，并保护车辆免受电磁干扰。轻质纤维增强热塑性材料的使用不仅限于电池外壳，还延伸到了其它部件。复合材料的使用使制造商能够在保持结构刚度和耐用性的同时显著减轻汽车重量，最终提高能源效率和驾驶动力。

 

EMI屏蔽材料

Witcom工程塑料公司（隶属于威腾堡集团）导电材料业务开发经理Christine Van Bellingen说：“减轻重量是原始设备制造商和各级供应商推动电动汽车金属替代的最大动力，特别是ECU（电子控制单元）和逆变器外壳。经过测试，我们的新一代EMI（电磁干扰）屏蔽材料有一些非常好的效果。我们的产品在高频和低频方面都能达到足够的 dB（分贝）衰减目标，并具有出色的阻燃性能。我们已推出PA、PBT、PPS 和 PC 类EMI屏蔽材料，其他牌号的产品正在开发中。”

近20年来，Witcom一直是雷达吸收材料的主要供应商，这些材料用于提高ADAS雷达传感器性能和避免幽灵目标。除了用于射频吸收器、支架、漏斗和外壳的PA、PP、PBT、PC和TPE雷达吸收等级外，该公司现在还提供雷达吸收再生材料。Van Bellingen说：“近年来，由于即将到来的监管变化，Witcom已将其润滑材料开发转向不含PTFE的解决方案。

 

我们的材料组合现在包含许多基于最广泛使用的聚合物类型的无PTFE/PFAS材料，具有同等或更好的性能。”

 

阻燃材料

将电池温度保持在规定的工作范围内是电池寿命最关键的方面之一，因此高效、适当的冷却系统至关重要。Eurotec的Tecomid NA40 GR30 NL HY QH（PA6.6，30%玻璃纤维增强，水解稳定，黑色）具有耐水解和无铜稳定的特性，可用于此类冷却系统。在可持续发展和降成本的趋势下，此类系统对 PP类产品的需求不断增加，该公司已对玻璃纤维增强 PP 产品的水解性能进行了长期测试。Tecolen HP10 GR35 NL HT A（PPHP，35%玻璃纤维增强，水解稳定，本色）在乙二醇/水混合物中于120°C下进行了2000小时的测试，测试结束时其拉伸强度和伸长率保持不变（图2）。利用处理传感器信息的控制系统在车辆和环境之间建立有效的通信非常重要。传感器外壳材料应具有良好的机械刚度、抗蠕变和抗疲劳性、尺寸稳定性和EMI屏蔽性能。Eurotec提供特别适用于传感器组件的材料，包括Tecomid NB30 GR20 BK EF（PA6，20%玻璃纤维增强，导电，黑色），一家知名原始设备制造商目前正在使用该材料制造传感器支架和外壳。

 

图2：Eurotec Tecolen HP10 GR35 NL HT A在乙二醇/水混合物中进行了120°C，2000小时的测试结束时保持了其抗拉强度和伸长率（资料来源：Eurotec）

大多数原始设备制造商要求电动汽车电池中的组件达到UL V-0阻燃等级。塞拉尼斯（Celanese）营销经理Joachim Floeck表示，实现这一目标可能很困难。“电子电气行业的零件通常很小，而电动汽车电池中有一些大型组件，如电池模块外壳、电箱外壳和盖子以及其它半结构零件。通常情况下，阻燃添加剂会导致材料粘度更大，从而注塑成型周期更长，这对于周期时间已经较长的大型部件来说尤其成问题。”

塞拉尼斯针对这一问题给出了新型Frianyl PA W系列阻燃解决方案，其阻燃性能达到了在1.5毫米处V-0级，并具有出色的流动特性。与含有30%玻璃纤维增强的标准PA66 等级相比，W系列的相同等级的流动性提高了10-20%，能够大批量加工更大、更复杂的零件。W系列解决方案还具有出色的激光打标能力，这对物流管理非常重要。Floeck补充说，即使在150°C下老化1000小时后，这些解决方案还能保持600V的出色漏电起痕指数（CTI），长期颜色稳定性也堪称“卓越”。

电源模块在逆变器、DC-DC转换器和车载充电器等电力电子系统中至关重要，有助于将电力和能量从电池传输到车辆系统。Syensqo公司为电力电子产品推出了两种新的Amodel PPA等级；Amodel PPA Bios HFFR R133和Amodel PPA-Supreme AE-1133 HFFR。这些材料满足关键质量（CTQ）要求，具有高CTI（>600V）、UL V0阻燃等级，并在150°C以上保持机械和电气性能，是电动汽车应用中紧凑、轻便设计中理想的材料选择。

 

表1：Durafide PPS 1140HS6性能一览（来源：宝理塑料）

该公司汽车市场经理Nicolas Batailley说：“Amodel PPA产品组合具有高CTI、优异的热性能和机械性能以及固有的可持续性。这些材料使工程师能够灵活设计更轻、更紧凑、更环保的电源模块，以满足汽车行业当前和未来的需求。”

 

迈向可持续发展

据估计，超过80%的汽车塑料部件最终被填埋或焚化。为解决这一问题，欧盟计划对《报废汽车指令》（ELV）进行部分修订，规定在2030年销售的汽车中，至少有25%的塑料必须来自消费后回收（PCR）材料。其中，25%必须来自汽车行业内的循环或闭环流。从历史上看，PCR 塑料的质量较低且不稳定，因此不适合要求严格的汽车应用，但最近的进步试图挑战这一现状。

今年早些时候，宝理塑料(Polyplasticss)公司推出了一种新型PPS材料，该产品具有显著提高的耐热冲击性能。Durafide PPS 1140HS6是一个40%玻璃填充的牌号，满足金属嵌件成型的要求，尤其是电动汽车的母排，并且回收很容易，在消费后回收时可以无需与其它众多PPS零部件区分（性能一览见表1）。母排在电机、电源控制单元和锂离子电池等各种电气部件中传导高压电流。宝理塑料公司称，这种材料的设计通过最大限度地减少成型过程中的残余应变、均匀的线性膨胀来减轻内应力，从而确保了耐热冲击性。新牌号消除了成型缺陷，无需抗冲击改性剂即可提高性能，并具有比标准材料更好的流动性。

北欧化工（Borealis）推出了Borcycle GD3600SY，这是一种玻璃纤维增强聚丙烯材料，PCR聚合物含量为65%。它将首先用于汽车内饰，这是与热塑性塑料注塑专家、汽车一级供应商Plastivaloire和Stellantis合作的一个里程碑项目。这种新材料最初将用于新款标致3008的副仪表板支架，标志着该材料首次用于大型汽车内饰的批量生产，并有效满足ELV法规的要求。Plastivaloire公司创新总监Dominique Manceau评论道：“新款标致3008的副仪表板结构在法国开发和制造，是向更可持续的汽车工业迈出的重要一步。”

德国经销商KD Feddersen近期推出了几种专门为应对电动汽车挑战而开发的材料。这些新产品包括Ascend 高性能材料公司（Ascend Performance Materials）的Starflam 500系列，该系列具有更高的绝缘性和介电强度以及无卤阻燃等级，即使在高温下也能保持颜色；以及晓星化学公司（Hyosung Chemical）的Poketone聚酮，该公司称其在安全性和可靠性方面树立了新的标准。它具有极高的韧性和尺寸稳定性，更环保、更可回收，断裂韧性是竞争材料的两倍。

英力士苯领（Ineos Styrolution）欧洲、中东和非洲地区汽车业务发展经理Knut Seibel说：“在2030/31 ELV指令等法规的推动下，汽车行业对来自回收原料或生物原料的可持续材料的需求不断增加。在欧洲，我们看到了另一个趋势，即我们的ABS和ASA材料对某些与电池解决方案相关的组件具有吸引力。过去，大多数电池组件都需要阻燃解决方案，但新的指导方针只要求那些靠近电的组件具有阻燃性。”

 

图3：英力士苯领的Luran S SPF60 ASA具有高表面质量、良好的冲击强度和增强的色牢度 ©英力士苯领

去年，该公司推出了一款新型Luran S ASA材料，目前这种新材料的首批应用已投放市场。今年4月，一家欧洲领先的汽车品牌选择了Luran S SPF60作为其卡车系列的黑化面板，该产品具有高表面质量、良好的冲击强度和增强的色牢度（图3）。公司的欧洲、中东和非洲地区Luran S产品经理Laura Nübling说：“Luran S XA SPF60是为要求苛刻的户外应用而开发的，这些应用需要优异的抗紫外线性能和高光泽表面。在开发该这个产品时，我们考虑的是深黑色的汽车应用，如外饰、后视镜和双设计前格栅。”

该公司还指出，在亚洲，SUV车身的类型越来越受欢迎，从而产生了对扰流板的需求，其中上部使用PCRLuran HH（High Heat的缩写）ABS，下部使用常规ASA（不涂漆），以降低成本和环境影响。英力士苯领亚太区高级Styrenics业务发展经理Kok Wee Yong表示：“根据我们的观察，大多数电动汽车车型仍然采用前格栅。虽然一些主格栅可能会被移除，但下格栅在许多设计中仍然很常见。然而，电动汽车前格栅的作用已经从功能性转变为纯粹的美学目的，定义了车辆的标识特征。因此，对材料的要求也发生了变化，变得更倾向于高光泽等特性，同时在耐热性方面更加灵活。”

塑料技术中心Aimplas启动了SurfTop项目，研究在新零件中使用再生材料的效果，主要目标是在保持制造商所珍视的表面特性的同时，更容易达到车内空气质量 (VIAQ) 要求。

 

本文翻译自AMI《compounding World》，全文有删减
作者：Chris Saunders

 

来源：荣格-《国际塑料商情》

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