熱塑性復合材料受益于汽車、軌交、家電等領域,長期需求增長趨勢明顯
復合材料分為兩種主要類型:熱固性復合材料(FRP)和熱塑性復合材料(FRT)。熱固性復合材料主要以熱固性樹脂如不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂等為基體,熱塑性復合材料以聚丙烯樹脂(PP)、聚酰胺(PA)為主。熱塑性是指加工固化冷卻以后,再次加熱仍然能夠達到流動性,并可以再次對其進行加工成型,熱塑性復合材料具有可回收、加工成型快、造價低、密度低、強度高、抗沖擊好、抗疲勞好等突出特點。熱塑性復合材料長期增長趨勢明顯,主要受益于汽車、軌交、家電等領域的快速滲透,其中汽車為最重要方向。
熱塑性與熱固性復合材料性能對比
資料來源:玻璃纖維復合材料信息網
汽車“以塑代鋼”持續推進,由內飾件向外飾件,再向結構功能件滲透。汽車輕量化為長期趨勢,塑料比重較小,在0.9到1.5之間,用玻纖增強后比重也不到2,遠小于鋁(2.7)和鋼(>7)。普通的玻纖增強聚酰胺在比拉伸強度上已可以與普通鋼材保持一致;高性能的碳纖維增強聚酰胺,在比強度和比模量上已經都可以和普通金屬甚至改性能金屬相媲美。因此,隨著改性塑料的性能優化(如玻纖增強塑料工藝的進步),塑料在汽車內占比逐漸提升,應用范圍逐漸從內飾件,向外飾件,再向結構功能件滲透。
各國單車的塑料用量(kg)
資料來源:CNKI
塑料用量在單車上的占比
資料來源:CNKI
以纖維增強性能是改性塑料的重要方式,在汽車領域呈現從熱固向熱塑發展的趨勢。以纖維進行增強是提高塑料性能的重要方式之一,其中應用最多的纖維即是玻璃纖維。20世紀30年代玻璃纖維問世,20世紀中葉以片狀膜塑料(SMC)為代表的的熱固性復合材料開始在汽車得到應用。20世紀70年代玻纖氈增強型熱塑性復合材料(GMT)率先推出,因具有更優異的力學性能、加工性能,且便于回收再生,90年代后熱塑復材開始得到廣泛應用,汽車領域玻纖增強復材呈現出了從熱固向熱塑發展的趨勢。
性能更優的 長纖維增強熱塑性復合材料成為趨勢。根據制品中的最大纖維保留尺寸大小,熱塑性復合材料(FRT)可分為:1)非連續纖維增強熱塑性復合材料(N-CFT),包括短切纖維增強工程塑料(SFT,最大纖維保留尺寸 2-6mm);2)長纖維增強熱塑性復合材料(LFT-G,LFT-D,最大纖維保留尺寸 5-20mm);3)連續纖維增強熱塑性復合材料(CFT);4)玻纖氈增強型熱塑性復合材料(GMT)。雖然短玻纖增強材料(SFT)具有成型工藝簡單、周期短等優勢,但是其性能在很多地方仍不能滿足汽車零部件的需求,相比之下,長玻纖增強材料(LFT),在相同玻纖質量分數的情況下,其拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度均高于短玻纖增強材料(SFT)。長玻纖增強材料(LFT)已在汽車防撞梁、前端模塊、車門中間承載板、座椅骨架板、備胎倉以及車底部護板等結構件和半結構件中得到廣泛應用。車用玻纖熱塑復合材料用量提升,很大程度上得益于長玻纖增強材料的技術發展。
玻纖氈增強型熱塑性復合材料(GMT)成型工藝和片狀膜塑料(SMC)成型工藝
資料來源:中國巨石產品手冊
車用熱塑紗市場空間廣闊。一方面隨著長玻纖增強復合材料的技術升級,可替代范圍有望持續打開,另一方面隨著新能源占比提升,單車的復合材料用量有望提升,電動汽車的電池封裝外殼占系統總重量約20-30%,采用復合材料有利于降低重量以增加續航。受益于汽車輕量化和新能源占比提升,單車塑料用量將繼續提升,尤其是國內市場。
長玻纖增強熱塑性復合材料不同類型的玻纖占比與應用領域
資料來源:鏈塑網
不同纖維含量的LFT與SFT的性能對比
資料來源:CNKI
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