袁華強

（中國石化化工銷售有限公司燕山經(jīng)營部，北京 102500）

塑料在汽車上的應用已有近50年的歷史，其對汽車的減重、安全、節(jié)能、美觀、舒服、耐用等功不可沒。汽車工業(yè)發(fā)展到今天，塑料已經(jīng)是汽車的重要組成部分。汽車用塑料量的多少，甚至已經(jīng)成為衡量汽車設計和制造水平的一個重要標志。其中聚丙烯由于質輕價廉、易回收、改性技術成熟，已成為車用塑料中用量最大、發(fā)展速度最快的品種之一。在典型的乘用車中，以聚丙烯為原料生產(chǎn)的汽車塑料零部件有60多個，其中保險杠、儀表板、門內板、空調器部件、蓄電池外殼5種部件聚丙烯用量占了全車PP用量的50%以上。

聚丙烯隨著汽車產(chǎn)量的增加而逐年增加。2012年中國汽車生產(chǎn)達到了1927萬輛，按照中國汽車發(fā)展研究中心的研究結果，2012年國內汽車塑料用量174萬噸，其中聚丙烯用量104萬噸。到2016年，中國汽車產(chǎn)銷均超過了2800萬輛，以2012年的汽車使用聚丙烯的比例換算，2016年國內汽車聚丙烯改性用量達到了152萬噸[1]。

1 我國汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢與面臨的壓力

1.1 輕量化的發(fā)展日趨加快

對中國來說，燃油汽車巨大的保有量帶來嚴峻的能源和環(huán)境壓力，截至2016年底，我國汽車保有量已達到2.9億輛[2]，2017年9月9日，國家工信部在天津召開的汽車行業(yè)會議上指出：燃油車退出歷史舞臺是遲早之事，代替燃油車的新事物就是以電動汽車和燃料電池汽車為主角的新能源汽車。國外一些國家已經(jīng)制定了停止生產(chǎn)銷售傳統(tǒng)能源汽車時間表，目前工信部也啟動了相關研究，同相關部門制定我國的時間表。

中國新能源電動汽車已經(jīng)開始普及，據(jù)統(tǒng)計，2016年新能源汽車銷量50.7萬輛，未來數(shù)十年，電池電動車、混合動力車和燃料電池電動車市場份額將以穩(wěn)定的速度增長，而燃油汽車的市場份額將會逐漸減少，按照規(guī)劃，到2020年中國新能源汽車的年產(chǎn)量要達到200萬輛，2025年時新能源車的銷量占比要達到20%以上，到2030年，中國新能源汽車將力爭達到總銷量的40%，未來的汽車時代將是屬于綠色環(huán)保汽車的時代。

新能源汽車因為凈增電池重量300 kg以上，因此輕量化是必不可少的課題。所以我們必須在現(xiàn)有電池能量密度的情況下，把車設計得更小更輕，從而增加電動車的續(xù)航里程，提升它的能量利用率。汽車輕量化除了結構設計優(yōu)化之外，另一方面就是輕量化材料的應用，輕量化材料的應用除了選擇更輕的合金材料之外，另一方面就是非金屬材料對金屬材料的替代。

1.2 VOC的標準將進一步提高

揮發(fā)性有機物（VOC）是指室溫下飽和蒸氣壓超過132 Pa、沸點在50～250℃的有機物，在常溫下以蒸發(fā)的形式存在于空氣中，常見的有苯乙烯、丙二醇、甘烷、酚、甲苯、乙苯、二甲苯、甲醛等，TVOC是各種被測量的VOC的總稱，為總揮發(fā)性有機物（Total Volatile Organic Compounds）的縮寫，是非工業(yè)環(huán)境中最常見的空氣污染物之一。這類物質毒性、刺激性、致癌性和特殊的氣味性，會影響皮膚和黏膜，造成人體急性損害。

針對消費者健康意識的提高，國家相繼頒布相關法律法規(guī)，要求汽車制造企業(yè)控制車內VOC，2005–2006年，中國《車內空氣質量》項目計劃正式啟動；2007年，環(huán)保部頒布HJ/T400–2007《車內空氣揮發(fā)性有機物和醛酮類物質采樣測定方法》；2012年3月1日起，環(huán)境保護部和國家質檢總局聯(lián)合發(fā)布的《乘用車內空氣質量評價指南》（GB/T27630–2011）正式實施?！吨改稀反_定了8種主要控制物質，即車內空氣中的苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛和丙烯醛，并規(guī)定了濃度要求?？紤]到汽車企業(yè)的承受能力，當時這份標準還屬于推薦性標準，希望引導優(yōu)勢車企自覺參照執(zhí)行，并不具有強制意義。2016年1月22日，國家環(huán)境保護部就修訂后的《乘用車內空氣質量評價指南》向有關單位征求意見，修訂后的指標較原有指標更加嚴格（見表1）。

1.3 車用聚丙烯改性料是機遇與挑戰(zhàn)并存

當前世界汽車材料技術發(fā)展的主要方向是輕量化和環(huán)?；?，減輕汽車自身重量是降低汽車排放、提高燃油效率的有效措施之一，因此，塑料在汽車上的應用將繼續(xù)成為汽車材料的熱點。

汽車輕量化的過程，會給中國帶來巨大的改性塑料需求，這是中國聚烯烴企業(yè)面臨的一個新機遇。目前，車用改性塑料在保險杠、發(fā)動機罩蓋、安全氣囊、儀表盤（IP）骨架、內門板、中控面板支架、手套箱蓋板、氣囊支架、后尾板等等諸多方面都有應用。

表1 車內空氣質量國家新標準

然而挑戰(zhàn)與機遇并存，目前中國有上千家企業(yè)從事改性塑料生產(chǎn)，總產(chǎn)能超過了200萬噸/年，但規(guī)模企業(yè)（產(chǎn)能超過3000噸/年）的只有70余家，過萬噸的很少。從產(chǎn)能上看，國內企業(yè)占73%左右，國外或合資企業(yè)占比約為27%，但從市場占有率情況來看，國內企業(yè)市場占有率僅為30%，而國外企業(yè)市場占有率高達70%。目前已經(jīng)在國內設立改性塑料生產(chǎn)基地的國外大企業(yè)有SABIC公司、杜邦公司、SOLVAY公司、陶氏公司，德國BASF公司、LANXESS、BAYER、Celanese公司、日本旭化成公司、寶理塑料公司、韓國三星公司、LG公司、錦湖公司，荷蘭DSM公司等。這也是進口產(chǎn)品在國內長期占據(jù)主導地位的原因。

2 車用聚丙烯的發(fā)展趨勢

聚丙烯作為汽車行業(yè)應用最多的塑料，在汽車輕量化過程中有著重要作用。未來，聚丙烯的主要發(fā)展方向將是長玻纖增強聚丙烯、“三高一低”（高流動、高模量、高抗沖、低氣味）聚丙烯。

2.1 輕量化的要求將帶來長玻纖聚丙烯的快速發(fā)展

聚丙烯（PP）作為通用塑料材料之一，產(chǎn)量大、價格低，同時具有優(yōu)良的綜合性能、良好的化學穩(wěn)定性、較好的成型加工性能。但是，PP存在的諸多缺點，嚴重限制了其應用領域。因此，通過在PP中添加玻纖、碳酸鈣等增強材料，而當玻纖等長度超過臨界尺寸時，力學性能得到飛躍性的提升。

長玻纖增強聚丙烯（Long Glass Fiber Reinforced Polypropylene.簡稱LGFPP）是倍受人們關注的新品種之一。作為汽車模塊載體材料，該材料不僅能有效地提高制品的剛性、抗沖擊強度、抗蠕變性能和尺寸穩(wěn)定性，而且可以做出復雜的汽車模塊制品。由于強度的要求，以往的模塊載體通常由以玻璃纖維氈增強熱塑性塑料（GMT）或金屬板材經(jīng)沖壓制得。由于采用壓制成型，很難對多種零件進行集成。而為了提高剛性和強度以及為了得到更薄的成型厚度，還需要使用加強筋。上述所有因素都制約了汽車模塊制品重量和成本的降低。由于金屬不適合成型復雜的形狀，限制了它在很多零件中的應用，這也阻礙了成本的下降。與此相反，采用長玻纖增強塑料注射成型則可以克服上述諸多弊病。

長玻纖增強聚丙烯通過對玻纖含量、玻纖長度的控制和輔助添加劑的加入，可以生產(chǎn)出不同用途的長玻纖增強聚丙烯，一般有通用級、耐熱級、耐UV、低氣味（低TVOC）、超低翹曲等產(chǎn)品，廣泛應用于汽車零部件。面對汽車輕量化對長玻纖增強聚丙烯需求的增長，國內主要改性企業(yè)紛紛上馬長玻纖增強聚丙烯生產(chǎn)線，金發(fā)科技、上海普利特、合肥會通、中廣核俊爾、現(xiàn)代三河、山東道恩、南京聚隆、上海納巖、SABIC、塞拉尼斯、蘇州禾昌、蘇州旭光等企業(yè)都先后建成了長玻纖增強聚丙烯的生產(chǎn)線。

長玻纖增強聚丙烯對聚丙烯原材料的要求：高熔指、包覆性好、高剛性、高沖擊、樹脂與玻纖的浸漬效果要好，熔指多為60～100 g/cm3。目前應用在長玻纖增強聚丙烯的聚丙烯原料多為進口，進口來源主要是韓國SK公司的BX3900、BX3920；韓國曉星7270、8280；北歐化工BJ368MO；博祿HJ311MO。國產(chǎn)料在長玻纖增加聚丙烯中也有少量應用，主要包括鎮(zhèn)海的M60T、蘭化H9018、燕化K7100、K6100、濟南的Y24和天津石化的6012等。

目前長玻纖增強聚丙烯主要分為以下類型：

1）LGTPP—普通級

這類LGTPP增強材料主要為長玻纖材料，不加其他助劑。長玻纖含量一般在20%～60%，熱變形溫度在147℃以上。目前這類材料主要應用于汽車零部件、洗衣機部件、水泵部件、水處理部件及家居產(chǎn)品等。

2）LGTPP—耐熱級

這類LGTPP長玻纖含量一般在20%～50%，熱變形溫度在152℃以上。目前這類材料主要應用于汽車前后端模塊、蓄電池支架、發(fā)動機罩殼、水箱框架、天窗框架等。

3）LGTPP—耐紫外線

耐紫外線LGTPP的長玻纖含量一般在20%～50%，熱變形溫度在152℃以上，主要表現(xiàn)為高強度、耐紫外線照射、長期耐熱老化性能、良好的制品外觀。主要應用于汽車門把手、后視鏡系統(tǒng)、蓄電池外殼、汽車外踏板等。

2.2 “三高一低”聚丙烯是滿足輕量化與環(huán)?；闹饕较?/h3>

“三高一低”的聚丙烯（高流動、高抗沖、高模量、低氣味）產(chǎn)品在汽車零部件的薄壁化、輕量化過程中有著較好的應用。高模量及較好的剛韌性平衡是聚丙烯向高性能化發(fā)展的方向之一。采用高模量聚丙烯成型制品的優(yōu)勢在于：一是可以提高制品的挺度，改善制品的外觀質量；二是可以縮短成型周期，提高生產(chǎn)效率。作為基礎樹脂，聚丙烯高模量和較好的剛韌平衡性的優(yōu)勢體現(xiàn)在：一是可以在共混改性時提高產(chǎn)品的剛性，在汽車領域使用時，有利于汽車部件減重，實現(xiàn)安全性和輕量化；二是可以使制品的厚度減薄，在汽車領域使用，有利于降低汽車零部件的成本。因此近年來，高模量抗沖共聚聚丙烯成為聚丙烯新產(chǎn)品的開發(fā)熱點。

“三高一低”的聚丙烯，國外在20世紀80年代就積極進行開發(fā)，目前國內市場上普遍使用的高流動、高模量共聚聚丙烯基本為進口產(chǎn)品，比較典型的有SK的BX3500/BX3800/BX3900/BX3920系列，大韓油化的CB5230/5290，巴塞爾的EA5074/5075/5076系列等等，這些產(chǎn)品在制備大型制件時可獲得更薄和更輕的制品。近兩年，隨著聚丙烯生產(chǎn)技術水平的提高，特別是新型催化劑技術及聚合工藝的改進，氫調高模量、高流動、高抗沖低氣味聚丙烯產(chǎn)品在國內研發(fā)和生產(chǎn)取得了較大進展，燕山石化開發(fā)的K6100、K6760、K6730和中沙石化開發(fā)的EP5074、5075得到國內大型改性企業(yè)的使用，填補了國產(chǎn)料的空白。

國內汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的2004–2016年，汽車的輕量化，使得改性企業(yè)對聚丙烯需求向著高流動、高模量方向發(fā)展。表2是金發(fā)科技在2004–2016年對聚丙烯需求的變化。

當前聚丙烯改性工廠對原料VOC的關注度越來越高，修訂后的《乘用車內空氣質量評價指南》如果試行，對國內汽車改性聚丙烯的生產(chǎn)，將會提出更高的要求。目前國內汽車改性聚丙烯Tvoc多在200～300 PPM級別，與進口產(chǎn)品30～50 PPM相比還有不少差距，需要通過聚合工藝和助劑優(yōu)化、吸附法、聚合物脫揮等技術，不斷控制VOC含量，實現(xiàn)低氣味的要求。

表2 汽車輕量化對高流動、高模量聚丙烯需求的變化

3 結語

隨著國家對汽車油耗要求的不斷嚴格，輕量化依然是汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢。同時日益加大的環(huán)保政策也對汽車改性料，特別是在汽車內飾中大量使用的聚丙烯提出了新的要求。隨著長玻纖增強聚丙烯在汽車中的大量使用，如何生產(chǎn)適應汽車玻纖改性將成為聚丙烯生產(chǎn)企業(yè)必須面對的課題。另外，低VOC的要求也使得企業(yè)必須進一步關注聚丙烯助劑的選擇，未來能否生產(chǎn)低VOC的聚丙烯產(chǎn)品可能成為聚丙烯生產(chǎn)企業(yè)進入汽車領域的新的壁壘。