汽车行业：塑料在电动汽车的发展中崭露头角

在交通运输领域，电动汽车 (EV) 是世界各国实现气候目标的关键。但重量级电动汽车正在转向塑料和复合材料，以减轻重量并实现可持续发展目标，Angelica Buan 在这篇文章中说。

电动汽车销量高

主要行业正在从 Covid-19 大流行的灾难性影响中恢复过来。但电动汽车 (EV) 可能并非如此。兜售有助于减少碳排放的概念，即使在大流行危机之后，电动汽车的销量也在飙升。

随着电池进步降低电动汽车成本，这将继续下去也就是说，自 2020 年以来，电动汽车的全球销量有所增长，并且随着各国政府加大对全球可持续发展目标的支持力度，将全球平均温度保持在比工业化前水平低 2°C 以下并限制温度，预计电动汽车的全球销量将进一步增长升高到比工业化前水平高 1.5°C。预计到2030年，将实现1.45亿至2.3亿辆或更多电动汽车（但不包括两轮/三轮车）的采用目标。

通过财政激励措施推动电动汽车的普及，已经产生了积极的结果。根据 2021 年 IEA 全球电动汽车展望，2020 年新注册的电动汽车为 300 万辆，比 2019 年增长 41%，其中欧洲注册了 140 万辆电动汽车。
该报告显示了电动汽车行业的光明前景。报告指出，2021 年的销售增长与 2020 年同期相比增长了约 140%。增长体现在中国销量为 500,000 辆，欧洲汽车销量估计为 450,000 辆。与 2020 年第一季度的销量相比，今年的审计期间美国汽车销量翻了一番多。

报告称，随着电池技术和大规模制造的进步将降低电动汽车的成本，这种增长轨迹被认为会继续下去。

塑料是引擎盖下应用的领导者

随着环保意识的增强，对电动汽车的需求也在增加。尽管如此，电动汽车仍在进行中，从减轻重量到缩小尺寸，因为更轻的车辆消耗更少的能量，更省油，运行时间更长。
出于这个原因，原始设备制造商及其供应商依靠塑料和复合材料来生产更轻的汽车和零件，并提供满足电动汽车性能要求的特性。

在这一领域，比利时化学公司 Solvay 最近推出了 Amodel Supreme PPA，这是一种新的聚邻苯二甲酰胺化合物系列。据说 PPA 具有刚度和韧性，可在离合器油缸、换挡拨叉和白色车身等传统和结构应用中取代金属。其他应用范围包括用于电动驱动装置的高温汽车部件，包括电动机、电力电子设备、高温电气连接器的外壳、电气/电子设备和电信设备部件。

索尔维表示，PPA 具有业内最高的 165°C 玻璃化转变温度 (Tg)，与传统的 PA4T 和 PA6T 基材料相比，在高温下具有更高的机械性能。还有更大的线性热膨胀系数 (CLTE) 与金属匹配，可以轻松设计包覆成型组件。

除了热机械性能外，Amodel Supreme PPA 还具有改进的电气性能，包括 150°C 以上的体积电阻率和介电强度。这些材料在长时间暴露于高温后还保持关键的电气特性，例如比较电痕指数 (CTI)。这些化合物旨在确保对新型电动汽车冷却液的水解稳定性。

同样为耐热性提供新材料解决方案的化学品制造商Sabic推出了一种 5 微米 Elcres HTV150 介电薄膜，用于高温、高压和专业级电容器应用，例如用于混合动力、插电式混合动力和电池电动汽车的牵引逆变器.

这种新型薄膜是与日本超薄膜挤出专家信越聚合物合作生产的，具有高达 150°C 的高温性能，超过了市场上现有产品的温度和电压能力。它可以帮助支持从基于硅 (Si) 的传统半导体过渡到基于碳化硅 (SiC) 的下一代宽带隙技术，从而提高逆变器模块的效率。

这种介电薄膜可以支持高压、高温直流链路电力电容器的设计，该电容器可以长时间存储大量电能而不会出现明显的电流泄漏或电荷损失。该薄膜还为下一代电池电动汽车提供了其他优势，例如高温下的高电压稳定性，内部测试表明它在 500V 和 150°C 下的使用寿命为 2,000 小时；高频下的低介电损耗和自愈能力，以避免灾难性故障。

用于更轻 EV 电池的复合材料

直到今天，电动汽车的价格仍然很高，电池就是其中的一个原因。电池是电动汽车的生命线：它储存能量、为汽车提供动力并负责其续航里程。它还占用空间并占电动汽车重量的最大份额。

笨重、昂贵、沉重的电池该怎么做？由赢创、Forward Engineering、Lion Smart、Lorenz Kunststofftechnik 和Vestaro组成的公司联盟正在考虑这些问题。该集团为具有轻质结构的电动汽车开发了一种独立于品牌、具有成本效益的电池概念。

因此，与其他常用材料组合相比，电池概念的重量减轻了 10%。Lion Smart 是一家总部位于德国的汽车行业原始设备制造商和供应商服务提供商，已使用内部开发的超级电池概念组装电池。该公司表示，电池设计特别安全，因为单个电池被封装在不可燃的介电冷却剂中。这也确保了电池内始终保持较低的平均温度，有利于电池老化。

对于电池外壳，Lorenz 使用德国特种化学品公司赢创的 Vestalite S 环氧树脂硬化剂开发了一种新型玻璃纤维增​​强环氧树脂片状模塑料 (SMC)，具有弯曲、抗冲击和耐火性等特性。Vestaro 是 Evonik-Forward Engineering 的合资企业，也是汽车行业的复合材料解决方案提供商，开发了带有铝制底板和电池管理系统载板的外壳结构。横梁用于连接电池模块。

Lorenz 还制作了几个复杂的硬件演示器，以验证材料的适用性和批量生产的制造工艺。

与此同时，专门设计和开发混合材料纤维增强聚合物和复合结构的德国公司 Forward Engineering 已经测试了电池概念的安全性和适用性。

电池概念提供三种能量配置：总重量为 412.1 kg 的 65 kWh、527.3 kg 的 85 kWh 和 789.2 kg 的 800V 的 120kWh。该集团证实，在能量密度、安全性和成本方面，三种能量配置至少与市场上现有的电池型号相当，甚至在特定指标上都超过了它们。

安全驾驶的节能材料解决方案

同样，德国咨询公司AMAC 和荷兰复合材料产品专家 Pontis Engineering已联手开发用于电动汽车应用的复合材料。这些范围从轻量级结构电池外壳的开发到用于道路、工业、水和航空运输的完整电动汽车。Pontis Engineering 将利用其在高级复合材料应用工程解决方案方面的专业知识，开发轻型电动乘用车，以减少燃料消耗和碳排放。它还提供从工业运输到最后一英里交付的可行性研究，以及基于制造设计方法的量身定制的具有成本效益的解决方案。

同样，美国复合材料解决方案提供商 Continental Structural Plastics (CSP)和日本材料公司Teijin Group联手推出了一系列复合材料配方，据称可满足最严格的 EV 电池外壳性能标准。这些包括易燃性、热失控和 VOC 排放，同时提供 SMC 的设计灵活性。这些新型复合材料包括低 VOC 配方、ATH 填充系统、膨胀型系统和酚醛系统。

低 VOC 配方符合严格的 EU（欧盟）VOC 法规。为了满足欧洲和亚洲的监管和客户目标，CSP 修改了其 TCA（坚韧 A 级）Ultra Lite 材料，消除了苯这种高度易燃化合物的副产品。该材料于 2014 年首次推出，是一种较低的 1.2 比重 (SPg) SMC 配方。

修改配方使材料能够在标准底漆和 E-coat 烤箱烘烤周期后满足 VOC 要求。然而，在美国以外，大多数部件不会经过高温烤漆，因此需要进一步减少 VOC。CSP 最新的低 VOC 材料在模制时释放的 VOC 显着减少。

对于 EV 电池外壳，复合材料可用于减轻重量、提高强度和刚度，CSP 表示其复合材料还可以提高车辆安全性。它推出了三种这样的配方，可以使用不同的纤维类型或形式进行调整，例如玻璃纤维、碳纤维、混合纤维、短切纤维和/或连续纤维。其中包括传统的高填充聚酯/乙烯基酯 ATH 系统，该系统使用传统的 SMC 化学物质，可轻松适应现有工具，并在正确的设计中提供基线可燃性性能；一种膨胀系统，其化学性质类似于传统 SMC，但具有更好的可燃性和热失控性能，以及比 ATH 填充系统更高的机械性能；以及具有阻燃性、耐热性和耐化学性的酚醛系统，和不导电特性。显然，轻量化创新正在推动电动汽车的发展，以满足对下一代气候友好型汽车的市场需求。