全球環保法規趨嚴的背景下,降低碳排放成為主機廠不得不面對的課題。因此大部分主機廠選擇將輕量化視為汽車設計的基本元素之一,積極探索新型材料的運用。作為一種熱塑性工程塑膠,PA6,6,也就是俗稱的尼龍6,6,在“以塑代鋼”的汽車輕量化趨勢下大有所為。無論是傳統燃油汽車還是新能源汽車,尼龍6,6都能貢獻突出的價值,直接或間接地促進低碳排放的社會願景。在眾多汽車原材料供應商中,英威達敏銳地捕捉到全球汽車產業對於尼龍6,6的增長需求。針對這一熱門話題,本刊記者專訪英威達尼龍6,6聚合物業務開發經理何鵬,暢談尼龍6,6發展前景和英威達的戰略規劃。
英威達尼龍6,6聚合物業務開發經理何鵬
以塑代鋼趨勢下,尼龍6,6緣何備受青睞?
汽車輕量化的需求迫切,傳統汽車金屬材料逐漸被一些塑膠材料所取代,並且塑膠材料正在從裝飾件向結構件和功能件擴充套件。不過質疑的聲音也不在少數,認為工程塑膠無法匹敵金屬材料的剛性和強度。在工程塑膠的幾大種類中,為什麼尼龍6,6這樣一種鏈狀分子聚合物在現今的汽車行業有著如此廣闊的發揮空間呢?這還要從尼龍6,6的化學優勢說起:
經由多道工藝製成的尼龍6,6具有更好的分子排列和更高的氫鍵密度,在效能表現上也比尼龍6和PBT材料更加出色,表現出較高熔點、相對更低的吸水率,擁有更優秀的尺寸穩定性、更高的拉伸強度與更低的乾熱和蒸汽收縮率。
何鵬以燃油車進氣歧管為例,說明尼龍6,6的效能優異性。之前主機廠大多使用尼龍6的材料,但由於發動機緊湊化和整合增壓器的出現,進氣歧管的耐溫指標也從130℃上升到200℃左右,因此主機廠現在傾向於選擇擁有更高熔點的尼龍6,6來實現效能升級。
另外一個比較有代表性的尼龍6,6替代金屬的例子則可以參考發動機支架或電動機支架等結構部件,此前此類結構件多由鋁合金或者鋼鐵製成,但尼龍6,6玻纖增強產品卻能高達30%以上的減重,在此類產品中發揮巨大價值,提升其生產效率。同時,由於尼龍材質本身的阻尼效果,在應用時還能獲得額外的NVH(噪聲、振動與聲振粗糙度)。
此外,尼龍6,6的最高瞬時使用溫度可達240℃,具有優秀的耐水解、耐油性,以及耐摩擦效能。在被用於生產具體零部件時,憑藉著比尼龍6快10倍的結晶速度,尼龍6,6 所制部件還能在模具中快速成型,提高生產率。
憑藉良好的力學、耐化學性和熱塑性材料等綜合性能,尼龍6,6是實現汽車輕量化出色的原材料。在其下游應用領域,尼龍6,6可用於製作各種滿足不同技術要求的高效能零部件。無論是在汽車發動機系統,還是汽車座椅、安全氣囊、儀表臺等內飾件,尼龍6,6都備受青睞。
汽車輕量化需求激增,尼龍6,6如何滿足不同車型需求?
今後相當長一段時間內,傳統內燃機仍將佔據市場的主流,因此主機廠會致力於研究熱效率大幅提升的高效發動機和混合動力車型,繼續提高經濟性,在降低排放的同時,保持或者超越現有發動機的動力輸出。實現這一目標,需要新技術的支援,例如整合中冷的進氣歧管就對材料的耐熱提出了新的要求,目前許多主機廠已經將這一部件的材料升級到了PA6,6-GF30。
在探索滿足環保需求的發動機部件時,需要考慮未燃HC(碳氫化合物)這一重要指標。而尼龍6,6增強材料憑藉著絕佳的設計自由度,能使工程師以複雜結構設計油霧分離器,減少未燃燒HC排放。
當然,何鵬著重指出,輕量化或許對電動汽車意義更重大。眾所周知,電動車相比燃油車有更高的整備質量,在《中國製造2025》關於汽車發展規劃中也強調“輕量化仍然是重中之重”。有研究指出,每減重100kg,電動車續航里程就能提高6%~11%。對於複合塑膠材料而言,不僅需要材料具有高效能與大規模生產工藝性,還需要在生產環節平衡材料成本併兼顧環保需求。這就意味著在實際應用過程中,製造商需要準確理解應用產品的技術要求,正確應對材料開發中各項指標的挑戰。
塑膠原材料相比金屬而言,強度具備優勢才會有輕量化替代的可能,因此在樹脂中增加填料,比如碳纖,或者玻纖,以及透過更高的含量,更長的纖維長度來提高機械效能是一個主要方向,而考慮大規模生產的工藝性,也需要材料具有流動性,實現填料的浸潤等。正是響應這些訴求,英威達推出了高流動性的尼龍6,6產品Hyperflow。
此外,對於電動車而言,電池是最重要的系統之一,電池的安全性更是重中之重。
針對電池的安全,尤其是碰撞安全,尼龍6,6改性材料憑藉良好的結構設計,整合到白車身內部,可以經受160~180℃的烤漆溫度,達到增強車身機械效能的效果,同時獲得超過30%的減重,帶來更高的續航里程,並增加電動車的操控效能。在交通事故碰撞發生時,尼龍6,6增強材料能有效吸收碰撞能量,最大限度的保護乘車人員和電池不受到破壞,降低起火爆炸的可能性,讓電動汽車在發生交通事故時更加安全。
尼龍6,6在中國市場潛力巨大,英威達如何抓住機遇?
憑藉多樣的效能優勢,尼龍6,6將成為中國汽車產業材料升級的重要推手。據英威達估計,未來幾年中國可能成為全球最大的尼龍消費市場,因此公司將持續增加在中國的先進材料產量,保持對中國市場的承諾,來激發下游市場的全部潛能。為達到這一目標,英威達致力於透過本土化生產,以完整的尼龍6,6價值鏈為國內的汽車供應鏈以及材料開發提供最強有力的保障。
以尼龍6,6的上游中間體己二腈為例,其需求量正在不斷增長。在未來幾年的時間裡,中國將有可能在全球範圍內貢獻超過半數的己二腈需求增長量。但由於技術等方面限制,目前國內所需的己二腈中間體幾乎全部依賴進口。
鑑於此,英威達正於上海化學工業區(SCIP)建造總投資超過70億元人民幣的全新己二腈生產基地,並已在取得專案所有施工許可證後,進入全面施工階段。該一體化生產基地是英威達對中國市場戰略投資的重要一步,也將成為國內第一家丁二烯法的己二腈生產基地。採用英威達最先進的己二腈製備技術,該基地在提高產量、降低能耗、增加工藝穩定性、降低資本密集度等方面具有顯著優勢,預計將以40萬噸的年產量有效填補本地需求空白,並以本地供應緩解訂貨週期長、物流運輸困難等長期存在的問題。
與此同時,英威達也十分重視價值鏈中下游區間發展,於近期完成在上海化學工業區聚合物生產基地的擴產目標。透過增加4萬噸尼龍6,6聚合物產能,成功使已有聚合物生產基地年產能達到19萬噸。全新己二腈生產基地與現有己二胺與聚合物生產基地一體化整合之後,英威達將致力以更全面、更穩健的供應滿足不斷擴大的中國市場需求。
何鵬表示,英威達對於中國尼龍6,6應用的增長充滿信心,未來大有可期,尼龍6,6,繼往開來,將在汽車輕量化領域扮演重要角色。