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TPE、POE、TPO……這(zhè)些汽車(chē)輕量化的(de)關鍵材料,你都掌握了嗎?

發布時間:2025-07-18

 熱塑性彈性(xìng)體(tǐ)(TPE)已經成為廣泛替代傳統橡膠和部(bù)分塑料的極具發展前景(jǐng)的新型材料。目前(qián)已經(jīng)發展到十幾個品(pǐn)種。常見的主要有苯乙烯類(lèi)(TPS)、聚烯烴類(TPO)、聚氨酯類(TPU)、聚酯類(TPEE)、聚酰胺類(TPAE)等。全球消費穩增(zēng),中國需求強勁。

數據顯示,2016年全(quán)球TPE市場需求約為570萬噸,消(xiāo)費結構中TPS約(yuē)占48%、TPO占29%、TPU占14%、TPEE占6.5%、其他TPE占9%。據預計,未來幾年全球TPE市場將以年均5.2%的速度增長,到(dào)2019年達到670萬噸,市值有望突破240億美元。

對於亞洲、非洲(zhōu)等(děng)發展(zhǎn)中國家集中的地(dì)區,TPE人均消費遠低於(yú)世界平均水平,未來這些地區TPE需求將以高於世界平均水平的速度增長。目前亞(yà)太地區對熱塑性彈性體產品的需求占總需求的45%,預計到2019年該地區需求量將占到全球總量的50%。

中國TPE消費量約占全球總(zǒng)消費量的33%,是全球TPE需求增長最快的國家(jiā)之(zhī)一,尤以汽車為中心應用市場將保持(chí)年均15%左右的高速增長,未來幾年中國TPE需(xū)求依(yī)然強勁,預計(jì)消費年均增速(sù)將在8%左右,高於世界平均水平(píng)。

POE作為改性劑,既(jì)可以改性橡膠,也可以改(gǎi)性塑料。由於POE 的加工溫度較低,因(yīn)而與非極性橡膠,特別是EPR、EPDM、NR、SBR 及BR 等的混合(hé)較為容易。

POE 的最大應用還(hái)是在(zài)塑料製品上(shàng)。用POE 改性PP,對其缺口衝擊強度(dù)提高很大;將馬來酸酐接枝POE 後的彈(dàn)性體用來改性PA6,可使材料的吸濕性減小(xiǎo)、衝擊強(qiáng)度大幅提高。

TPO主(zhǔ)要包括乙烯-α-烯烴(tīng)共聚熱塑性(xìng)彈(dàn)性體(POE)和(hé)動態硫(liú)化熱塑性彈性體(TPV)。迄今為止,中(zhōng)國仍未能(néng)商業(yè)化生(shēng)產(chǎn)POE,產品均需進口。

得益於研院所和(hé)高校長(zhǎng)期的研究,國產(chǎn)POE技術已取得了階段性進展。2015年11月,由浙江大學、中石化北京化工研究院研發的“1000噸(dūn)/年(nián)POE生產技術工藝設計(jì)包”通過了鑒定,該技術有(yǒu)望(wàng)在幾年內獲得商(shāng)業化應用。

目(mù)前國內企業,如(rú)道恩、北化新橡(xiàng)科(kē)技等已躋(jī)身(shēn)於全球TPV行業前列。TPV的主(zhǔ)要應用領域為汽車(chē)行業,隨著汽(qì)車輕量化和綠色環(huán)保趨勢(shì)日益凸(tū)顯,TPV將得到更為廣泛的應用,或將成為增長最快的TPE品種之一。


茂金屬聚烯烴彈性體(tǐ)乙烯


聚(jù)烯烴類熱塑性彈性體(TPO)主要包括嵌段共(gòng)聚物(wù)、接枝(zhī)共聚物和共(gòng)混(hún)物3種類型,其(qí)中采用茂金屬催化劑合(hé)成的聚烯烴熱塑性(xìng)彈性體乙(yǐ)烯—辛烯共聚物(POE)和動態硫化法製備(bèi)的(de)熱塑性動態硫化膠是兩種(zhǒng)主要的聚烯烴類熱塑性彈性體。

茂金屬聚烯烴彈性體乙烯—辛烯共聚(jù)物茂金屬催化劑與一般傳統的Ziegler-Natta 催化(huà)劑相比,具有理(lǐ)想的單一活性中心,因而能精密控製相對分子質量分(fèn)布、共聚單體含量及其在主鏈上的分(fèn)布和結(jié)晶結構。合成的聚合物(wù)是高立構規整聚合物,相對分子質(zhì)量(liàng)分布很窄,從而能準(zhǔn)確控製(zhì)聚合物的物理機械性能和加工性能。

茂金屬催化聚烯烴類TPE最早由美(měi)國Dow化學公(gōng)司采(cǎi)用Insite技術開發(fā)而成,並於 1994年推(tuī)向(xiàng)市場,是近幾年發展較快的TPE品種。茂金屬催化劑具有催化活性高、單活性中心的特(tè)點,其催化製備的聚合物具有相對分子質量(liàng)分布窄、聚合物結構可控等優點,已成為繼Ziegler-Natta 催化劑之後(hòu)的新一代烯烴聚合催化劑。

▼商業化茂金(jīn)屬催(cuī)化劑聚烯烴彈(dàn)性體品種


動態硫化(huà)法製備的(de)熱塑性動態硫化膠


TPV 是(shì)熱塑(sù)性彈性體(TPE)的一種特殊類型,與具有彈(dàn)性的嵌段共聚物不同,而(ér)是由彈性體—熱塑性聚合(hé)物共混物的協同作用生成,具有比簡單共混物更好的性質。

製備熱塑性硫(liú)化(huà)橡膠的關鍵(jiàn)技術是(shì)動態硫化技術,這一技術的進步之一是采用低(dī)成本的現有加工方法,通過將現有的聚合物進(jìn)行共混來製備新產(chǎn)品。與傳統的、資金投入(rù)強度高的生產新材料的工藝相比,該工藝還能(néng)滿足對大型聚合裝置的環保要求。TPV 技術的另一些優於作(zuò)為熱塑性彈性體來源的嵌段共聚物的地方是:上限使用溫度高、耐烴類(lèi)介質和(hé)壓縮永久變形小。

茂金屬催化聚烯烴類TPE發展十分迅速,目前,世界上已成功開發出多種茂金屬催化聚烯烴類TPE產品(pǐn),主要有Montell公司的Adflex(反應器型改性聚丙烯)、UCC公司的Flexomers(乙烯-丁烯共聚物)、Exxon Mobil公司的Exact(茂金屬乙烯-辛烯共聚物)、Du Pont-Dow公司的Engage(茂金屬係乙烯-辛烯(xī)共聚物)等。國內茂金(jīn)屬催(cuī)化聚烯烴彈性體製備目前還沒有大規模生產報道,研究主要集中在增韌改(gǎi)性共混領域。


TPO成汽車工業新寵兒


聚烯烴熱塑性彈性體是一(yī)種高性能聚烯烴產品,其在高溫下可(kě)以像熱塑(sù)性塑料一(yī)樣加工,而在常溫下又呈現橡膠彈性,並(bìng)且價格低、密度小、彎曲彈性(xìng)模量高、低(dī)溫抗衝擊性能好(hǎo)、流動性好、易加工、可重複(fù)使用,這些特性(xìng)又使其在(zài)汽車內外(wài)飾領域大有可為。據相關(guān)數據顯(xiǎn)示,使用TPO可以(yǐ)使車重減輕20%~25%,被認(rèn)為是汽車輕量化的理想材(cái)料,未來開發和應用值得(dé)業內期待。


1.聚烯烴熱塑性彈性體在汽車上(shàng)的應用

聚烯(xī)烴熱塑(sù)性彈性體 (TPO)在高溫下可以像熱塑性塑(sù)料一樣加工,而在常溫下又呈現橡膠彈性,且具有價格低、密度小、彎曲彈性模量高、低溫抗衝擊性能好、流動(dòng)性好、易加工(gōng)和可重複使用等性能,因此已得到廣泛的應用。


聚烯(xī)烴熱塑性彈性體作汽車外裝(zhuāng)件主要用於: 保險杠、 散熱器格柵、 車身外板(bǎn) ( 翼子板、後側板、車門麵板 ) 、車輪護(hù)罩、擋(dǎng)泥板、車門檻板、後部活動車頂、車後燈、車牌照板、車側鑲(xiāng)條及其它保護膠條、擋風膠條等(děng);作內飾件主要用於:儀表板、儀(yí)表板蒙皮、內飾板蒙(méng)皮、安全氣囊外皮(pí)層材料等;作底盤、轉向機構用於:等速萬向節保護罩、等速萬(wàn)向節密封、齒條和小齒輪防護罩、軸架懸置防護(hù)罩;作發動機室內部件及其它方麵:空氣導管、燃料管(guǎn)防護層(céng)、電氣接線套等。1998年全世界TPO在汽車上的用量約為 45.36萬噸 ,其中(zhōng)90%用(yòng)於汽車外裝(zhuāng)件(jiàn)。


2.聚(jù)烯烴熱塑性彈性體(tǐ)在汽車上的應用開發動向

1998年TPO占世界汽車保險杠原料市場的85%,其中歐洲占汽車保險杠原料市場的90%,美國占75%,日本占95%。TPO在保險杠市場(chǎng)中份額持續上升的重要原因是材料性能的大幅度改善, 特別是彎曲彈性模量、 低溫抗衝擊性和熔體流動速率的改善, 這些性能的提高有助於降低(dī)保險杠壁厚、 減輕質量、減少材料消耗和加工時間,並使保險杠性能保持不變(biàn),並降低成(chéng)本。


(1)TPO在汽(qì)車保險杠上的應用開發動向

D&S國際塑料公司推(tuī)出汽車用新一代(dài)TPO,用作汽車保險杠,壁厚可減至 2.5mm(原為3.5mm),使保險杠質量減(jiǎn)輕 31%(1.18kg),成型周期(qī)縮(suō)短 15s。與原(yuán)來的TPO相比,其彎曲彈性模量提高一倍 (1482.4MPa), 拉伸強度提高60%(27.6MPa),硬度較高 (75~80洛氏硬度 ) 。熔體流動(dòng)速率也(yě)提高一倍 (15~25g/10min) 。 此外, 新一代TPO的低溫抗衝擊性、 耐化學(xué)藥品性和塗裝性也較優越。 該公司推出的混合型(xíng)TPO產品(pǐn), 具(jù)有較低的線脹係數, 尺寸穩定性好,能滿足汽車配件對尺寸偏差(chà)日益嚴格的要(yào)求, 具有較(jiào)低的收縮率、 高的流動(dòng)性(xìng)、良好的塗裝性和低溫抗衝擊性 ( 衝擊強(qiáng)度為 3.53MPa),已用作新的大眾 Beetle車的(de)保(bǎo)險杠。該車在公路安全保險協會進行的小(xiǎo)型汽車碰撞試驗中(zhōng)性能最佳。Montell 公司生產的(de)高彎曲彈性模量TPO已被用(yòng)於該車保險杠,其壁厚從3.2~3.5mm,降為 2.4mm,質量為2.37kg,大大節省了成本和縮短了成型周期,顯示了巨(jù)大的應用潛力。Exxon Mobil化學(xué)品公司(sī)推出一種用茂金屬合成的改性(xìng)TPO,質量輕並可加工成薄壁保險杠,壁厚減少了25%以上。


(2)TPO在(zài)汽(qì)車車身外板上的開(kāi)發動向

TPO能應用於車身外板是由於開發了尺寸穩定的TPO配混料,解決了熱膨脹問題。通過配混礦物和玻璃填料與各(gè)種橡(xiàng)膠(jiāo),已將TPO的熱膨脹(zhàng)係數降低 50%~75%,並且剛度、光澤(zé)度、耐衝擊性和耐擦(cā)傷性也都很高。高模量低線脹係數TPO還可(kě)作(zuò)汽車其它外裝飾件,包括散熱器格柵、車輪護(hù)罩、 車門檻(kǎn)板(bǎn)等。D&S國際塑料公司推出的低線(xiàn)脹係數TPO係列的彎曲彈性模量為552~2275MPa ,線脹係數僅(jǐn)為通用TPO的(de)50%。這對製造尺寸較長的外裝件(jiàn)很有利,可省去為防止(zhǐ)彎曲而設計的支撐部分,作側麵模塑件和車門檻板。20%礦物增強品級的TPO的彎曲彈性模(mó)量為2275MPa ,性能與一(yī)種PC/ABS合金相(xiàng)同,而質量要輕7%,可(kě)作車身護板、車輪護罩、儀表板等(děng),滿足耐熱衝擊標準要求(qiú)。混合型TPO產品,具有高光澤,彎(wān)曲彈性模(mó)量為550MPa ,主要用於汽車側身(shēn)彩色模塑件。


(3)TPO在(zài)汽車其它(tā)部件上的應用

TPO又一較大潛在市場是作機動車身門(mén)、窗及其它部件的密封材料。目前機動車身密封都(dōu)采用三元乙丙橡膠, 一輛車約用12kg。歐洲每年生產 1200萬(wàn)輛機動車, 總(zǒng)需求量超過15萬t ,而全世界約(yuē)需44萬t/a 。TPO在車內應用(yòng)的最大潛在(zài)市場是取代PVC作大型部件如儀表板、 車門內裝飾板等蒙皮。與PVC相比,除了可(kě)回收性外, TPO還有如下優點:長(zhǎng)期耐紫外線性、顏色穩定性、質量較輕(qīng)、無增塑(sù)劑遷移問題。 TPO的一個缺(quē)點是缺乏輕質 PVC皮革樣的柔軟(ruǎn)觸感,但利用與苯乙烯類彈性(xìng)體和硫化膠(jiāo)等填充劑摻(chān)混的新配混技術,已使PO-T能具有與PVC十分接近的柔軟性。


熱塑性聚烯烴在(zài)新(xīn)車型中應用的典型案例,是尼(ní)桑2014款(kuǎn)Rogue車型率先采用(yòng)熱(rè)塑性聚烯烴作原料(liào)生產汽車後(hòu)備箱蓋(gài),結果獲得美國塑料工程師協會頒發的(de)“2014汽車創新大獎”。據悉,該汽車後備箱蓋采用熱塑性聚烯烴PP樹脂(zhī)打造(zào)。噴漆A類外門板由裏(lǐ)安德巴塞爾工業(LyondellBasell)具有極高熔體流動性、高剛度(dù)、高衝擊性能、礦物填料填充熱塑性聚烯烴(TPO)牌號製造(據說是北美首次在外部(bù)提升式門中使用這種材料)。這一罩蓋(gài)不僅(jǐn)質(zhì)量輕(淨重是等體積傳統複合材料的70%),在性能方麵也有很大的改良。

陶(táo)氏化學公司也推出了適用於汽車內(nèi)飾及外飾(shì)零件的熱塑(sù)性聚烯烴(TPO)材料的新牌號—ENGAGEXLT聚烯烴彈性體,能為複合材料生產商、模製品生產(chǎn)商、汽車生產商(shāng)以及消費者帶來多種性能優勢。

▼陶氏將聚烯烴彈性體應用於(yú)汽車輕量化


北歐化(huà)工與(yǔ)博祿公司在(zài)他們最新一批研發成功的新型工程塑料當中,DaplenTMEE058AI和FibremodTMWE380HP是(shì)最成功的代表。DaplenTMEE189HP抗衝擊力強,還具有(yǒu)優異的防紫(zǐ)外線和耐刮擦性,非常適合應(yīng)用於汽車工業。而作為DaplenTMEE189HP的改(gǎi)良版(bǎn),熱塑性聚烯烴 DaplenEE058AI采用tigerstripe-free專利技術生產(chǎn),避免了傳統聚烯烴在使用後會出現斑點條紋(wén),影響產品外觀的問題。FibremodWE380HP則是一種新型PP複合材(cái)料,在以PP為原料(liào)的基礎上融入了10%的礦物填(tián)料及20%的玻(bō)璃增強型纖維,具有高耐熱性能,良好的(de)尺(chǐ)寸穩定性,還(hái)可(kě)進行多次深加工,可廣泛應(yīng)用於汽車機構性部件。


汽車輕量化、節能環保(bǎo)及軌道交通發展,將使交通用塑(sù)料需求繼(jì)續增長。目(mù)前,歐美等國的汽車塑(sù)料用量已占10%~15%,中國(guó)在10%左右。隨著聚烯烴的生產、加工以及催化、填充等改性技術的(de)不斷(duàn)進步,聚烯烴在汽(qì)車行業的(de)應用越來越多,尤其是在當下汽車輕量(liàng)化、節能環保趨勢下,車用聚烯烴改性材料更是發揮了巨大作用。


目前汽車行業愈加追(zhuī)求輕量(liàng)化、高性能(néng)屬(shǔ)性的材料,通過(guò)減少汽車的整體重量,達到節(jiē)省燃油目的,從而(ér)促進企業銷售(shòu)的增長。汽車輕量化已然成為汽車行業重要發展趨勢(shì)之一,而在此趨勢的推動(dòng)下,眾(zhòng)多輕量化材料的需求正迎來強勁增長。

PS:

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