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热塑性复合材料受益于汽车、轨交、家电等领域,长期需求增长趋势明显

发布时间:2023-06-02  来源:立鼎产业研究网  点击量: 1015 

复合材料分为两种主要类型:热固性复合材料(FRP)和热塑性复合材料(FRT)。热固性复合材料主要以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等为基体,热塑性复合材料以聚丙烯树脂(PP)、聚酰胺(PA)为主。热塑性是指加工固化冷却以后,再次加热仍然能够达到流动性,并可以再次对其进行加工成型,热塑性复合材料具有可回收、加工成型快、造价低、密度低、强度高、抗冲击好、抗疲劳好等突出特点。热塑性复合材料长期增长趋势明显,主要受益于汽车、轨交、家电等领域的快速渗透,其中汽车为最重要方向。

热塑性与热固性复合材料性能对比


资料来源:玻璃纤维复合材料信息网

汽车“以塑代钢”持续推进,由内饰件向外饰件,再向结构功能件渗透。汽车轻量化为长期趋势,塑料比重较小,在0.91.5之间,用玻纤增强后比重也不到2,远小于铝(2.7)和钢(>7)。普通的玻纤增强聚酰胺在比拉伸强度上已可以与普通钢材保持一致;高性能的碳纤维增强聚酰胺,在比强度和比模量上已经都可以和普通金属甚至改性能金属相媲美。因此,随着改性塑料的性能优化(如玻纤增强塑料工艺的进步),塑料在汽车内占比逐渐提升,应用范围逐渐从内饰件,向外饰件,再向结构功能件渗透。

各国单车的塑料用量(kg


资料来源:CNKI

塑料用量在单车上的占比


资料来源:CNKI

以纤维增强性能是改性塑料的重要方式,在汽车领域呈现从热固向热塑发展的趋势。以纤维进行增强是提高塑料性能的重要方式之一,其中应用最多的纤维即是玻璃纤维。20世纪30年代玻璃纤维问世,20世纪中叶以片状膜塑料(SMC)为代表的的热固性复合材料开始在汽车得到应用。20世纪70年代玻纤毡增强型热塑性复合材料(GMT)率先推出,因具有更优异的力学性能、加工性能,且便于回收再生,90年代后热塑复材开始得到广泛应用,汽车领域玻纤增强复材呈现出了从热固向热塑发展的趋势。

性能更优的 长纤维增强热塑性复合材料成为趋势。根据制品中的最大纤维保留尺寸大小,热塑性复合材料(FRT)可分为:1)非连续纤维增强热塑性复合材料(N-CFT),包括短切纤维增强工程塑料(SFT,最大纤维保留尺寸 2-6mm)2)长纤维增强热塑性复合材料(LFT-GLFT-D,最大纤维保留尺寸 5-20mm)3)连续纤维增强热塑性复合材料(CFT)4)玻纤毡增强型热塑性复合材料(GMT)。虽然短玻纤增强材料(SFT)具有成型工艺简单、周期短等优势,但是其性能在很多地方仍不能满足汽车零部件的需求,相比之下,长玻纤增强材料(LFT),在相同玻纤质量分数的情况下,其拉伸强度、弯曲强度、冲击强度均高于短玻纤增强材料(SFT)。长玻纤增强材料(LFT)已在汽车防撞梁、前端模块、车门中间承载板、座椅骨架板、备胎仓以及车底部护板等结构件和半结构件中得到广泛应用。车用玻纤热塑复合材料用量提升,很大程度上得益于长玻纤增强材料的技术发展。

玻纤毡增强型热塑性复合材料(GMT)成型工艺和片状膜塑料(SMC)成型工艺


资料来源:中国巨石产品手册

车用热塑纱市场空间广阔。一方面随着长玻纤增强复合材料的技术升级,可替代范围有望持续打开,另一方面随着新能源占比提升,单车的复合材料用量有望提升,电动汽车的电池封装外壳占系统总重量约20-30%,采用复合材料有利于降低重量以增加续航。受益于汽车轻量化和新能源占比提升,单车塑料用量将继续提升,尤其是国内市场。

长玻纤增强热塑性复合材料不同类型的玻纤占比与应用领域


资料来源:链塑网

不同纤维含量的LFTSFT的性能对比


资料来源:CNKI


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