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聚氨酯车用材料大有可为
2020年2期 发行日期:2020-01-15
作者:■ 中国聚氨酯工业协会

    1937年,聚氨酯材料(PU)正式诞生。聚氨酯可用于制作聚氨酯泡沫、弹性体、纤维、涂料、胶粘剂、皮革等,广泛应用于航空、航天、化工、汽车、建筑、防腐保温、家具、电器电子、纺织、食品包装等领域。2018年我国聚氨酯产品的消费量约1130万吨(含溶剂),较2016年增长约6%。目前我国已经是全球最大的聚氨酯原材料生产基地,但是存在创新能力不足、产业集中度低、产品同质化严重、低端产品过剩、高端产品不足的现象,特别是聚氨酯制品领域企业小而散的问题突出,难以提升效率和形成品牌效应。
  
聚氨酯原料生产大国

   
    我国是全球最大的甲苯二异氰酸酯(TDI)生产和消费地区,2019年产能达到131万吨。万华化学30万吨装置已于2018年底开车,科思创和巴斯夫公司分别扩能6万吨TDI,巨力新疆装置也将在2020年开车,届时我国TDI产能将过剩严重。日本和韩国则是最重要的TDI出口国,产品主要出口中东、非洲和美洲等地。
    2018年,我国二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)产能达329万吨。预计未来3年全球MDI需求增速在5%左右,我国MDI的需求增速将维持在5%~7%。2020年全球MDI消费量将接近800万吨,我国MDI的需求将达到240万吨左右。万华化学计划通过技术升级改造将其MDI产能提升80万吨,达到260万吨;科思创计划将上海漕泾的50万吨MDI装置扩产至60万吨。因此,到2020年我国将新增90万吨MDI产能,成为最重要的MDI出口国之一。
    我国聚醚多元醇产能不断增加,技术水平不断提高,聚醚品种规格也基本齐全,基本满足国内市场需求。2010年开始我国聚醚出口量不断增加,进口量也呈逐年下降趋势。但是2015年随着新加坡壳牌扩产和泰国陶氏新聚醚装置的投产,借助成本和质量优势,这些聚醚开始大量进入我国市场,直到2018年依然保持强劲势头。2019年我国聚醚多元醇产业结构调整加快,差异化产品逐渐进入市场,产品出口量猛增,预计全年净出口超过10万吨。
  
聚氨酯材料汽车领域用途广泛
    
    随着汽车节能减排的逐步普及,以汽车零部件塑料化为代表的轻量化技术作为降低汽车排放、提高燃烧效率最有效的措施之一,已成为衡量汽车设计和制造水平高低的一个重要指标。目前发达国家平均每辆车的塑料用量达到 300kg以上,而我国仅为130kg左右,与发达国家相比仍有很大的增长空间。未来几年,我国汽车工业将轻量化材料的应用作为汽车重要技术方向。
    聚氨酯材料在汽车工业中的广泛应用可赋予汽车高效、安全、乘坐舒适、节能环保等特性,是实现汽车轻量化的关键材料之一。总体而言,车用聚氨酯材料用量最大的是聚氨酯泡沫,我国车用聚氨酯泡沫的年消费量已超过60万吨,主要的应用目的是舒适和安全。聚氨酯类产品在汽车中的应用主要体现在如下方面。   
    聚氨酯的硬泡和半硬泡可用于汽车门板内衬、顶蓬衬里、仿木饰条、消音垫、遮阳板、仪表盘填充剂、门柱包皮、控制箱、喇叭和座垫等。其中,硬质泡沫绝热性能优异(最佳的绝热保温材料)、重量轻、强度高、抗老化性能好;半硬质泡沫则具有优异的能量吸收功能,可减震、抗冲击、隔音。   
    聚氨酯模塑泡沫回弹性好、触感舒适、透气性好、生产时能耗较低,可用来生产座垫、靠背、头枕、装饰条、足垫等。聚氨酯自结皮泡沫表层光洁平滑且密度很高,内部密度较低、富有弹性,可用于汽车扶手、方向盘、空气扰流板、头枕、门柱、控制箱和喇叭盖等。
    聚氨酯微孔弹性体较柔软、尺寸稳定性佳、耐磨、耐挠曲性能优异、抗老化性能好,可用于汽车保险杠、挡泥板、阻流板、汽车窗包边、行李箱底板及盖、滤清器密封垫、密封条和防震垫等。聚氨酯浇注弹性体强度高,可浇注大型制品,可用于减震缓冲块、轮胎、手柄轴密封圈、万向节、轴承套等。聚氨酯热塑性弹性体兼有塑料和橡胶的特点,在加工过程中无须硫化,容易实现精确断面的控制,同时材料在一定条件下可回用,对环境污染小,可用于减震垫块、钢板弹簧隔垫、弹簧线圈护套、齿轮传动装置单、顶蓬和车身部件等。
    聚氨酯密封胶使用方便、堆积性好、粘接强度高。聚氨酯胶粘剂韧性优良、粘接强度高、耐冲击和耐化学品性能好,并且可室温固化。二者可用于挡风玻璃的粘结和密封,以及点火线圈灌封等。聚氨酯合成革外观漂亮,价格较低,可用作座垫套、靠垫套和头枕套等。
  
聚氨酯车用材料的三大趋势
   
    从趋势上看,聚氨酯车用材料未来有较大发展空间的产品包括聚氨酯基复合材料、可循环利用的聚氨酯材料以及低气味聚氨酯材料。      
    与金属相比,采用高性能聚氨酯硬泡和碳纤维或玻璃纤维制成的聚氨酯基复合材料具有很强的抗冲击能力、优良的高低温稳定性和较低的热膨胀系数,质量轻,可用于制造车顶、掀背式后门、引擎盖及车门、车身壁板、发动机罩、行李箱盖、散热器格栅、挡泥板、扰流板和保险杠等车身部件。其主要制造工艺有反应注射成型(RIM)、增强反应注射成型(RRIM)和结构型反应注射成型(SRIM)。
    在循环利用方面,欧美发达国家对汽车的可回收利用率以及材料的可利用率都做出了明确的规定。我国有关部门也在2006年联合制定了汽车产品回收利用技术政策:“2017年起,所有国产及进口汽车的可回收利用率要达到95%左右,其中材料的再利用率不低于85%”。聚氨酯及其复合材料具有可回收的优点,因而可广泛应用于保险杠、仪表板、车内电缆包覆层、车后窗、门窗封条、变速换挡旋钮、油封、减振垫、汽车薄壁油箱及汽车雪地轮胎防滑产品等。生物降解聚氨酯材料近年来也有所发展,主要有两类产品:一类是以植物纤维素或者植物油基多元醇为原料的聚氨酯生物降解材料,可制成聚氨酯硬质泡沫、聚氨酯软质泡沫等汽车内饰件、外饰件和结构件制品;另一类是以CO2为基的聚氨酯生物降解材料,也可制成聚氨酯硬质和软质泡沫等车用材料。      
    汽车内饰释放的气味和VOCs是影响车内空气质量的主要因素,聚氨酯内饰材料是气味和VOCs主要释放源之一。聚氨酯泡沫塑料 VOCs 主要来源为聚醚多元醇、催化剂、匀泡剂和异氰酸酯等原料中的芳香族化合物、醛酮类化合物和有机胺类化合物等。采用高固含量、低气味、低VOCs多元醇、反应型催化剂、匀泡剂等,严格控制聚氨酯材料的可挥发物质,可以有效改善车内环境,这是未来的发展方向之一。

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