POE成“团宠”:胶膜龙头“联手”陶氏化学布局,从汽车到光伏POE无处不在

橡塑人家 2023-04-27
3756 字丨阅读本文需 9 分钟

4月26日,海优新材公告与陶氏化学(中国)投资有限公司签订合作备忘录。陶氏中国将向公司在POE树脂开发及POE产品稳定供应上提供支持,双方将共同推进POE在汽车智能座舱表面材料市场的发展。

POE的特殊性能使得其能直接使用,或接枝共混改性应用于下游多个行业。

POE 的最大应用还是在塑料制品上。用POE 改性PP,对其缺口冲击强度提高很大;将马来酸酐接枝POE 后的弹性体用来改性PA6,可使材料的吸湿性减小、冲击强度大幅提高。近年,POE也被常用于光伏行业。

TPO主要包括乙烯-α-烯烃共聚热塑性弹性体(POE)和动态硫化热塑性弹性体(TPV)。迄今为止,中国仍未能商业化生产POE,产品均需进口。

一、TPO成汽车工业新宠儿

聚烯烃热塑性弹性体是一种高性能聚烯烃产品,其在高温下可以像热塑性塑料一样加工,而在常温下又呈现橡胶弹性,并且价格低、密度小、弯曲弹性模量高、低温抗冲击性能好、流动性好、易加工、可重复使用,这些特性又使其在汽车内外饰领域大有可为。据相关数据显示,使用TPO可以使车重减轻20%~25%,被认为是汽车轻量化的理想材料,未来开发和应用值得业内期待。

1、聚烯烃热塑性弹性体在汽车上的应用

聚烯烃热塑性弹性体 (TPO)在高温下可以像热塑性塑料一样加工,而在常温下又呈现橡胶弹性,且具有价格低、密度小、弯曲弹性模量高、低温抗冲击性能好、流动性好、易加工和可重复使用等性能,因此已得到广泛的应用。

聚烯烃热塑性弹性体作汽车外装件主要用于:保险杠、 散热器格栅、 车身外板 ( 翼子板、后侧板、车门面板 ) 、车轮护罩、挡泥板、车门槛板、后部活动车顶、车后灯、车牌照板、车侧镶条及其它保护胶条、挡风胶条等;作内饰件主要用于:仪表板、仪表板蒙皮、内饰板蒙皮、安全气囊外皮层材料等;作底盘、转向机构用于:等速万向节保护罩、等速万向节密封、齿条和小齿轮防护罩、轴架悬置防护罩;作发动机室内部件及其它方面:空气导管、燃料管防护层、电气接线套等。1998年全世界TPO在汽车上的用量约为 45.36万吨 ,其中90%用于汽车外装件。

2、聚烯烃热塑性弹性体在汽车上的应用开发动向

1998年TPO占世界汽车保险杠原料市场的85%,其中欧洲占汽车保险杠原料市场的90%,美国占75%,日本占95%。TPO在保险杠市场中份额持续上升的重要原因是材料性能的大幅度改善, 特别是弯曲弹性模量、 低温抗冲击性和熔体流动速率的改善, 这些性能的提高有助于降低保险杠壁厚、 减轻质量、减少材料消耗和加工时间,并使保险杠性能保持不变,并降低成本。

(1)TPO在汽车保险杠上的应用开发动向

D&S国际塑料公司推出汽车用新一代TPO,用作汽车保险杠,壁厚可减至 2.5mm(原为3.5mm),使保险杠质量减轻 31%(1.18kg),成型周期缩短 15s。与原来的TPO相比,其弯曲弹性模量提高一倍 (1482.4MPa), 拉伸强度提高60%(27.6MPa),硬度较高 (75~80洛氏硬度 ) 。熔体流动速率也提高一倍 (15~25g/10min) 。

此外, 新一代TPO的低温抗冲击性、 耐化学药品性和涂装性也较优越。该公司推出的混合型TPO产品, 具有较低的线胀系数, 尺寸稳定性好,能满足汽车配件对尺寸偏差日益严格的要求, 具有较低的收缩率、 高的流动性、良好的涂装性和低温抗冲击性 ( 冲击强度为 3.53MPa),已用作新的大众 Beetle车的保险杠。该车在公路安全保险协会进行的小型汽车碰撞试验中性能最佳。

Montell 公司生产的高弯曲弹性模量TPO已被用于该车保险杠,其壁厚从3.2~3.5mm,降为 2.4mm,质量为2.37kg,大大节省了成本和缩短了成型周期,显示了巨大的应用潜力。Exxon Mobil化学品公司推出一种用茂金属合成的改性TPO,质量轻并可加工成薄壁保险杠,壁厚减少了25%以上。

(2)TPO在汽车车身外板上的开发动向

TPO能应用于车身外板是由于开发了尺寸稳定的TPO配混料,解决了热膨胀问题。通过配混矿物和玻璃填料与各种橡胶,已将TPO的热膨胀系数降低 50%~75%,并且刚度、光泽度、耐冲击性和耐擦伤性也都很高。高模量低线胀系数TPO还可作汽车其它外装饰件,包括散热器格栅、车轮护罩、 车门槛板等。D&S国际塑料公司推出的低线胀系数TPO系列的弯曲弹性模量为552~2275MPa ,线胀系数仅为通用TPO的50%。这对制造尺寸较长的外装件很有利,可省去为防止弯曲而设计的支撑部分,作侧面模塑件和车门槛板。20%矿物增强品级的TPO的弯曲弹性模量为2275MPa ,性能与一种PC/ABS合金相同,而质量要轻7%,可作车身护板、车轮护罩、仪表板等,满足耐热冲击标准要求。混合型TPO产品,具有高光泽,弯曲弹性模量为550MPa ,主要用于汽车侧身彩色模塑件。

(3)TPO在汽车其它部件上的应用

TPO又一较大潜在市场是作机动车身门、窗及其它部件的密封材料。目前机动车身密封都采用三元乙丙橡胶, 一辆车约用12kg。欧洲每年生产 1200万辆机动车, 总需求量超过15万t ,而全世界约需44万t/a 。TPO在车内应用的最大潜在市场是取代PVC作大型部件如仪表板、 车门内装饰板等蒙皮。与PVC相比,除了可回收性外, TPO还有如下优点:长期耐紫外线性、颜色稳定性、质量较轻、无增塑剂迁移问题。TPO的一个缺点是缺乏轻质 PVC皮革样的柔软触感,但利用与苯乙烯类弹性体和硫化胶等填充剂掺混的新配混技术,已使PO-T能具有与PVC十分接近的柔软性。

热塑性聚烯烃在新车型中应用的典型案例,是尼桑2014款Rogue车型率先采用热塑性聚烯烃作原料生产汽车后备箱盖,结果获得美国塑料工程师协会颁发的“2014汽车创新大奖”。据悉,该汽车后备箱盖采用热塑性聚烯烃PP树脂打造。喷漆A类外门板由里安德巴塞尔工业(LyondellBasell)具有极高熔体流动性、高刚度、高冲击性能、矿物填料填充热塑性聚烯烃(TPO)牌号制造(据说是北美首次在外部提升式门中使用这种材料)。这一罩盖不仅质量轻(净重是等体积传统复合材料的70%),在性能方面也有很大的改良。

陶氏化学公司也推出了适用于汽车内饰及外饰零件的热塑性聚烯烃(TPO)材料的新牌号—ENGAGEXLT聚烯烃弹性体,能为复合材料生产商、模制品生产商、汽车生产商以及消费者带来多种性能优势。

汽车轻量化、节能环保及轨道交通发展,将使交通用塑料需求继续增长。目前,欧美等国的汽车塑料用量已占10%~15%,中国在10%左右。随着聚烯烃的生产、加工以及催化、填充等改性技术的不断进步,聚烯烃在汽车行业的应用越来越多,尤其是在当下汽车轻量化、节能环保趋势下,车用聚烯烃改性材料更是发挥了巨大作用。

目前汽车行业愈加追求轻量化、高性能属性的材料,通过减少汽车的整体重量,达到节省燃油目的,从而促进企业销售的增长。汽车轻量化已然成为汽车行业重要发展趋势之一,而在此趋势的推动下,众多轻量化材料的需求正迎来强劲增长。

二、POE聚烯烃弹性体在光伏领域的应用

随着碳中和成为全球热点,光伏发电将有很大发展空间。中国太阳能行业新增装机已连续8年位居全球第一,未来5年还要继续爆发式增长。截止2020年底,全球累计光伏装机760.4GW。全球的光伏胶膜基本上都是在中国生产的。用于生产胶膜的材料主要是EVA,而POE比例也不断的提升。

1、POE在光伏行业应用

在了解POE在光伏行业应用之前,有必要来了解下光伏行业常常说道的PID。PID的英文全称是:Potential Induced Degradation即电势诱导衰减。

2005年美国SunPower公司首次发现并提出PID效应,指组件长期在高电压工作,在盖板玻璃、封装材料、边框之间存在漏电流,大量电荷聚集在电池片表面,使得电池片表面的钝化效果恶化,导致填充因子、短路电流、开路电压降低,使组件性能低于设计标准,但此衰减是可逆的。

也有研究发现并对PID效应作出解释:光伏组件在受到负偏压时,由漏电流阳极离子(一般为Na离子)流入电池片,降低电池的并联电阻。即,半导体内出现了杂质,这些杂质会形成电池内部的导电通道,降低了组件的电流输出。

第三种产生光伏组件PID效应的原因是:光伏组件的边缘部分容易有水气进入,EVA发生水解后会生成醋酸,醋酸和玻璃中的Na反应,可以生成大量的自由移动的Na离子,会与电池片表面的银栅线发生反应,从而腐蚀电池栅线,导致串联电阻的升高,导致组件性能衰减,此类衰减不可恢复。

说了那么多,其实就是为了表达一点,PID跟EVA发生水解有关。

POE薄膜封装的光伏组件,水汽透过率低,排除使用EVA封装膜所会产生的腐蚀问题,能够拥有更长的产品生命周期以及更佳的耐用性。提高光伏组件的发电量,发电效率,可靠性及使用寿命,提高对电位诱发衰减PID的耐受性,并降低组件过早发生故障和需更换的可能性。另外,双面发电组件,PERC电池组件为了解决PID,背面更加倾向于采用POE。N型TOPCon是正面容易PID,正面用POE。

在市场方面,2022年我国POE粒子进口量为80.22万吨,年均复合增长率近30%,增速显著。据测算2025年POE全球需求有望达215万吨,年均复合增速达12.1%。

三、经过多年布局,目前国内企业在POE已经进入突破期。

除中石化和中石油体系外,万华化学是在相关领域的专利布局数量最多、范围最广、自主开发工作的启动时间最早的企业之一。

根据 2020 年11月万华化学聚氨酯产业链一体化-乙烯二期项目环境影响报告披露,20万吨/年 POE项目作为该一体化项目配套项目之一建设。

2021年9月,万华化学完成中试POE装置建设,2022年3月公司在投资者问答平台宣布产出合格中试产品,目前在下游各领域进行应用开发。8月,万华公告显示乙烯二期项目正式获得国家发改委和工信部批准,新的建设方案中将 POE产能规模提升至了2*20万吨/年。京博石化650吨/年中试装置已经建设完成,后续规划5万吨/年POE项目。

2020 年 5月,滨州市行政审批服务局对公司5万吨/年高性能 POE 弹性体及配套项目环境影响报告书进行了批复。该项目以乙烯、1-辛烯为原料、合成聚烯烃类树脂 POE,年产POE弹性体5万吨/年。在实际规划建设过程中,项目分三期建设,一期工程新建 650吨/年POE装置,以乙烯、1-辛烯为原料,年产650吨/年,一期工程于2021年5月开工建设,至 2021年10月已基本建成。

茂名石化 1000 吨/年中试装置已在实施中。2021年9月,茂名市生态环境局对中石化茂名分公司 1000吨/年聚烯烃弹性体(POE)中试项目做出了批示。相关公示显示,茂名石化主要建设内容为一套 1000 吨/年聚烯烃弹性体(POE)中试装置。今年5月27日,广东省能源局公布中石化茂名分公司5万吨/年聚烯烃弹性体(POE)工业试验装置项目采用的主要技术标准和建设方案符合国家相关节能法规及节能政策的要求,原则同意该项目节能报告。这标志着茂名石化正式进军POE产业。

国内 POE需求在光伏等新能源领域的带动下,2025 年与2021年相比需求有望从64万吨增加到98—115万吨。国内目前 POE 生产能力,产品供应不足,价格持续上涨。但上述多家企业经过多年研发公关,有望在近 2 年内实现工业化突破。

文章来源: DT新材料,UTPE弹性体产业门户,每日财报

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