塑料推动电动汽车一路向前

你无法阻止一个时代已至的想法，尤其是当它受到势不可挡的压力的支撑时，全球电动汽车市场即是最好证明。一百多年前，内燃机车辆取代了马车，到了今天，其自身也将随着电动汽车的发展又成为过去时，这一趋势得到了世界各国政府的支持。这些政府已采取促进电动汽车的政策作为其可持续发展努力的一部分，甚至强制要求在未来几十年里得到实施。

吸音和降噪对于电动汽车非常重要

汽车制造商们也参与其中。许多公司制定了在未来十年内将大部分车辆产品电气化的详细计划，其中一些公司宣布了在五年内实现完全电气化的目标。一些零部件制造商现在也正在进入该领域。

然而，电动汽车市场的快速扩张绝非一帆风顺。虽然消费者对电动汽车的好奇心和兴趣明显增长，但汽车制造商根本不知道他们在未来几年内能够销售多少辆电动汽车，也不知晓他们是否将拥有自己的工厂、电动汽车电池和供应链，这使得规划工作和新产品发布比过往都更难。通货膨胀也正在造成进一步的混乱，尤其是原材料价格的上涨。大多数汽车业分析师表示，一个国家实现大规模采用电动汽车不会仅靠强制性规定来解决，因为没有一个在电动汽车采用方面处于世界领先地位的国家制定了强制性规定。相反，必须解决具体问题，包括解决全球供应链挑战，包括过去两年以来困扰工厂产出的全球芯片短缺，以及增加消费者购买动机，并为更多充电站提供建设资金。

尽管存在这些障碍，但有两件事已经很清晰：一是塑料将继续在推动电动汽车行业向前发展方面发挥关键作用；另一是越来越多的汽车OEM代工厂和零部件制造商，将通过专注于金属到塑料的转换和注塑汽配件，以更好地满足电动汽车和混合动力汽车的独特需求和环境效益。来自电动汽车的业务正在成为这些厂家业务的重要组成部分，而且每年都在增长。

“沉默是金”
电动汽车开发中的挑战之一是克服噪音——“沉默是金”。电动车的发动机基本上是静音的，这意味着即使是来自风和道路的嗡嗡声等细微的噪音也会变得更加明显，这就是为什么吸音和降噪非常重要。隔音和隔热材料市场将在未来十年内以每年21%的速度增长，以克服电动汽车的NVH (即噪音、振动和声振粗糙度，衡量驾驶汽车或卡车时的舒适度）。

消除车内噪音所需的解决方案包括密封件、隔音泡沫等，正好是塑料产品制造商们的份内事。但汽车的一切都是一种平衡行为，制造商不能为了抗异响调整而牺牲轻量化等性能特性。随着汽车行业继续采用塑料，NVH指标有可能为汽车行业节省时间和金钱，但前提是这些聚合物能够保持基本的性能特性。

动力传动系统

奔驰全电动SUV - EQC的电池重达635kg

例如，EPDM三元乙丙橡胶被许多人认为是最好的隔音材料，但与热塑性硫化橡胶替代品相比，它就显得重了，这就是将隔音性能与轻量化属性相结合的新材料发挥作用的地方。全球最大汽车车身密封系统制造商库博标准（Cooper Standard）是在该领域走在前头的开发商，该公司于2017年向市场推出了Fortrex材料。这是一种EPDM和TPV的专有混合物，可将噪音降低2分贝，而且重量比传统的EPDM橡胶更轻。最新研究还表明，通过对ABS 等聚合物进行改性，可以最大限度地削减多余的声音，同时保持相同的性能特性，包括轻量化。

轻量化不过时

关于电动汽车的另一个重点领域实际上是一个带有新变化的旧有话题：减轻重量。几十年来，使用注塑件一直是汽车制造的标准做法，因为塑料非常轻，它们可以通过替代金属和玻璃等重型材料来帮助减轻车辆重量，从而节省能源并提高安全性。与由其他材料制成的类似部件相比，塑料部件的重量通常可以减轻50%。这意味着今天的轻质塑料可以占车辆体积的50%，却仅占其重量的10%左右。虽然任何汽车都可以使用轻质材料，但这对于电动汽车尤其重要：可以帮助抵消电动机和电池的重量，使得它们比传统内燃车辆更轻，并提高性能。车辆越轻，运行时间越长，如果没有轻质部件，电动汽车将无法达到吸引大量消费者所需的续航里程。OEM厂商在电动汽车和传统汽车中减轻车身重量的一种方法是将聚合物复合材料用于结构部件当中。例如，车门、挡泥板和尾门的内部越来越多地采用玻璃纤维或碳纤维复合材料进行加固，从而减少对金属加固的需求。目前，与电动汽车动力传动系统相关的常见应用包括电动机、电池、连接器、电源控制单元、热管理系统等。

科思创的Bayblend®阻燃PC混合物能实现电池模块的大规模生产

所有这些都是为什么塑料在电动汽车中的使用预计将以26.9%的复合年增长率增长的原因，到 2025 年市场规模将超过25亿美元，高于2020年的7.67亿美元。电动汽车用塑料的重要玩家包括巴斯夫、沙特基础工业公司（SABIC）、陶氏化学、利安德巴塞尔、杜邦、盛禧奥、科思创、索尔维、朗盛等。仅举一个他们取得成就的例子，SABIC开发出了一种插电式混合动力电动汽车电池盖，据说这是第一种能满足2022年早些时候在中国生效的严格消防安全新要求的电池盖热塑性塑料解决方案。据SABIC称，非卤化阻燃30%玻纤PP共聚物比被取代的金属方案轻了40%，具有固有的电绝缘性，密封可防止水分侵入，不会被腐蚀。1.6米长的注塑件厚度为2.0毫米，可降低成本和质量，提高安全性，并有助于延长行驶里程和可持续性。该种电池盖已被本田公司生产使用。

电池至关重要

提及电池，电动汽车行业普遍认同的一个挑战仍然集中在电池的寿命上，因为车辆越轻，行驶时间就越长。然而，今天的电动汽车依赖于重型锂离子电池，这会使汽车的重量增加多达35%；最大的电池之一，梅赛德斯-奔驰全电动SUV - EQC的电池重达635kg。然而，通过轻质塑料部件取代笨重的电池，汽车制造商可以扩展电动汽车保持有电并延长续航里程的能力。但实现这一潜力将取决于电池制造商大批量生产设计更小、更轻、更便宜的锂电池包的能力。而且，作为电动汽车系统的心脏，电池在运行期间必须保持低温。车辆的可靠性和续航里程都取决于所使用的电池技术，因此必须应对任何对电池性能的威胁，例如炎热气候。从本质上讲，环境温度的升高会导致电动汽车电池寿命缩短，电池温度越高，化学反应就发生得越快，电池的放电也越快。独立测试表明，温度每上升10°C，电池的自放电速率就会翻倍。还必须防止过热，因为它会导致电池快速损坏，这可能是最糟糕的情况。

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为电动汽车设计电池外壳时，有多种材料可供选择，特别是阻燃PC和ABS的混合物，比PA和PBT等其它半结晶聚合物更受青睐。无定形树脂具有明显的优势，因为它们在很宽的温度范围内的变化很小，而且后收缩可以忽略不计。据说应用PC和PC混合物特别有利，因为这些材料还具有较宽温度范围内的高冲击强度、高热管理稳定性、良好的阻燃性和低线性热膨胀系数。例如，科思创（Covestro）公司为电动汽车电池模块提供模克隆Makrolon和拜本兰Bayblend，其Bayblend®阻燃产品组合中的阻燃PC混合物具有出色的尺寸稳定性和良好的电气性能，因此能够实现公差严格、尺寸稳定的部件，从而实现电池模块的大规模生产。

新的商业模式

电动汽车不仅改变了汽车业格局，还改变了汽车制造的实际业务方式。在过去，OEM厂商可以用电动动力系统重新配置现有的内燃机驱动车辆。如果车辆销售未按预期，那么电动动力系统就被从产品组合中删除掉，因为大部分零件保持不变，所以这对供应链的影响很小。专用电动汽车平台的引入迫使推进力系统来决定汽车设计，每辆车的零件数量与组成种类数量将减少，取而代之的是更少、更大的模块。制造流程将简化，从而减少对工具和机械的需求。所有这些问题都将带来新的挑战，并改变供应层面的竞争格局。 大多数供应商习惯于与传统供应链合作，支持传统的内燃机动力车辆。这些车辆有成千上万个零件，但为了实现新的碳足迹目标，电动汽车将迫使每辆车的零件数量大幅减少。

随着电动汽车的发展，以及特斯拉、比亚迪和其他几家汽车制造商的崛起，给整个汽车行业带来了冲击，零部件供应商必须比以前更加灵活才能保持竞争力。

诚然，机会无处不在，但零部件供应商务必小心谨慎。不乏新的OEM厂商扎入到电动汽车市场，这让供应商为那些从未真正交付的汽车的工装、设计和开发进行了大量投资。应对转型中的汽车行业的另一个挑战是，随着像特斯拉这样的公司试图开辟市场，传统的供应链正变得弱势和分裂，越来越多的公司生产的汽车数量越来越少，车辆装饰水平也越来越低。大多数供应商还是习惯于与传统供应链合作，支持传统的内燃动力汽车。

供应链的另一个问题是芯片的持续短缺。当然，持续三年的新冠疫情对此负有部分责任，许多工厂、港口和行业面临关闭和劳动力短缺，而由于居家工作的措施导致对电子产品的需求增加，这一情况变得更糟。而具体到电动汽车行业，手机和电子产品芯片需求的增加迫使制造商将有限的半导体供应分配给利润率更高的手机。不管这些因素如何，预计半导体短缺将继续困扰电动汽车行业。

大而不倒

有利的一面是，政府和老牌汽车制造商正试图为处于“革命”中期的产业提供稳定的支持。例如，主要汽车厂正在大力改造装配线，以便他们将生产从内燃机汽车转向插电式汽车，而政府正在投巨资来帮助流程尽可能顺利地进行。

对于零件供应商自身而言，电动汽车的塑料成型零部件在许多方面的基本流程与内燃机车都是相同的。在设计方面，我们可能会看到一些针对电动汽车的替代考虑因素，例如更加注重降噪，但塑料归根结底仍然是塑料，格栅护板或前保险杠是否适用于电动汽车或燃油车与零部件供应商的业务无关。只有在处理包括电子产品在内的东西时才需要特别小心，但这与电动汽车无关。就成型电动汽车零部件而言，加工机器不需要考虑特殊的工具，尽管随着电动汽车业务的发展，一些厂家已经对专用设备进行投资，通过购买旋转式注塑机、更大吨位的机器来不断提高生产能力。

从历史来看，汽车业的发展其实是比较缓慢的，但汽车制造商向全电动未来的转变正在快速推进。2019年，全球只有25%的汽车生产平台专用于电动汽车应用，到2028年，预计这个数字将增长到78%。这意味着这个行业已开弓没有回头箭，因为这些专用生产平台无法针对传统发动机/变速箱动力总成进行改装。OEM厂商正在投资于大而不能倒的商业战略，零部件供应商也将被迫遵循这一战略。毕竟，时代已不一样！电动汽车革命已经来临，塑料具有独特的优势，将推动它向前发展。

作者：王平

来源：荣格-《国际塑料商情》

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