聚氨酯替代汽车材料现状及替代空间提升分析

聚氨酯替代汽车材料现状及替代空间提升分析近期，万众瞩目的小米SU7Ultra正式发布，除了其智驾功能以及在上赛超越保时捷的圈速等亮点外，这款国产“新豪车”在新材料的高端配置上也备受关注。其中一大亮点是全车使用了5㎡豪车配置的Alcantara超细纤维面料，而这一100%意大利制造的品牌是由日本化工巨头东丽持有70%的股份。一、PU超纤革Alcantara由约68%聚酯纤维和32%聚氨酯组成，该材料的外观和触感类似于绒面革，与东丽另一款名为Ultrasuede的产品基于相同的技术。这一点，我们在东丽官网看到，该公司的确将上述两类材料同归为具有绒面革纹理的超细纤维面料一类，其产能分别是Ultrasuede-1000万平方米/年；Alcantara-1200万平方米/年。1966年，随着扫描电子显微镜（SEM）的引入，日本东丽开始致力于对真皮微观结构的研究和模仿，并以聚氨酯（PU）／超细纤维（MF）复合材料为基材，研发了超纤革，1970年海岛型超细纤维工业化技术确立，开创了合成革工业史上的新革命，PU/MF超纤革成为了继PVC革、普通PU革之后的创新型第三代合成革。海岛型是指的一种特定的MF纺丝成型工艺，这种工艺属于熔融纺丝法，生产的是双组分超细纤维，而根据该纤维成品的截面形态，除海岛型，熔纺双组分超细纤维还包括桔瓣型。双组分超细纤维比单组分超细纤维性能更好，具有优异的力学性能、良好的吸水性、较大的比表面积和可规模化生产等特性。由于这一产品是在充分剖析天然皮革微观结构的基础上加工制成的，所以不论是在外观、结构还是性能上它都与天然皮革相似，此外，与天然皮革相比，超纤革在厚度均匀性、耐霉菌性、材料利用率和成本等方面更具有优势。从外观上来看，超纤革主要分绒面和光面两类，绒面超纤具有高端大气的绒感风格，光面超纤的力学性能可以媲美真皮。而目前，国内车用超纤革市场主要还是被日本东丽以及其控股公司意大利Alcantara等进口厂商占领，国产替代空间广阔。红旗的国威、国耀两款车采用了Alcantara的高端内饰从材料端看，这种PU/MF复合材料的生产过程通常是通过压轧将聚氨酯乳液浸渍到基布的间隙中，利用聚氨酯的黏附结构，获得类似天然皮革的质感，含浸工艺及其所用的聚氨酯性能决定了超纤革的品质。具体来说，PU超纤革是由三维交织的MF和具有微孔结构的PU填充体复合而成，随着PU在纤维间的填充、海岛纤维进一步超纤化（开纤），逐步形成了以PU为填充体，超细纤维为骨架的三维网状结构。而PU填充的的开孔度以及其与MF之间的离型度都将影响这类复合材料的最终性能。以聚氨酯这一原料来说，目前超纤革在这一方向的研究主要从聚氨酯浆料的环保安全性以及耐水性等角度入手。环保方面，溶剂型聚氨酯湿法凝固的浸渍复合法，虽然可以得到性能优良的超纤革布，但是这种方法存在一些问题，比如采用大量的二甲基甲酰胺（DMF）作为溶剂，不仅污染环境，而且会在成品中残留导致产品安全问题，所以采用相对环保的水性聚氨酯（WPU）替代溶剂型PU，是目前这种高端复合材料的主要研究和发展方向。不过，WPU材料众多，性能各异，不同性能的水性聚氨酯对产品质量有很大的影响，而浸渍后的超纤革后续流程中的开纤、染色等工序对WPU的耐水、耐温、耐碱、耐酸的稳定性等方面均有较高要求。目前，WPU/MF超纤革在生产质量稳定性方面面临巨大考验，这也是其尚未大规模取代溶剂型PU/MF超纤革的根本原因。耐水性方面，目前有研究者以聚己内酯二醇等合成了一种阳离子水性聚氨酯环保涂层，试验分析，该涂层的耐水性和抗热分解性能均优于一般超纤革聚氨酯涂层。二、聚氨酯在汽车领域大有可为据了解，目前，聚氨酯是第二大汽车用塑料，汽车用塑料材料主要品种和用量占比分别为：聚丙烯（37%）、聚氨酯（17.3%）、ABS共聚物（12.3%）、复合材料（11.5%）、高密度聚乙烯（10.8%）。应用方面，聚氨酯材料在在汽车内饰、减震、密封件、粘结剂、车衣等方面发挥着重要作用。具体来看：聚氨酯泡沫材料在聚氨酯产品中占比最大主要分为软质聚氨酯泡沫，硬质聚氨酯泡沫。软质聚氨酯泡沫不仅回复弹性极佳、触感松软、化学稳定性良好，耐油耐溶剂，而且还具备优秀的加工性、绝热性、黏合性等优异性能,它还是一种性能优良的缓冲材料，被应用于汽车的坐垫、靠背、足垫、头枕和其他汽车内饰件等；硬质聚氨酯泡沫质量轻，附着性好，比强度高，吸引降噪性能好，可以非常好的应用在汽车的隔热，密封，消音等方面。在汽车走向轻量化的时代，聚氨酯弹性体材料（TPU）在汽车领域的应用越发广泛。TPU也被称为聚氨酯橡胶，与一般的金属材料相比，其质量更轻；与橡胶相比，其耐磨性、耐腐蚀性、耐臭氧等性能更加优异，不易损坏。所以多地被应用于各种汽车联轴节的轴套与垫圈、液压气动部件、悬挂减震隔膜、减震器等。同时，TPU还可与其他塑料或橡胶复合使用，用于汽车保险杠、安全气囊、防尘罩等部件。聚氨酯涂料凭借其良好的耐腐蚀性、耐磨性、高弹性等优异的性能在汽车工业中的应用范围很广，与PU/MF超纤革一样，其一大发展方向就是绿色环保。聚氨酯涂料在汽车上的应用有例如耐腐蚀涂料，用于发动机等半成品的涂料以及其他的一些特种涂料等，其中广为熟悉的就是汽车车身涂料。在汽车生产过程中，为了将各种金属框架，塑料，汽车零部件等拼接在一起，常常需要使用胶粘剂和密封胶。而聚氨酯胶黏剂对多种基材(如金属、塑料、织物、玻璃等)有极好的黏结性，并能常温固化以及一些特殊的优点，如极好的耐寒性、耐性、耐油性等，广泛应用于装配车窗玻璃、车身板件等方面。聚氨酯还可以用于制造特殊要求的齿轮和轴承。对于一些需要特定的传动系统如低速、轻载且减震，聚氨酯齿轮和轴承是一种很好的选择。聚氨酯凭借减轻重量、提高燃油经济性、良好的隔声性、极大的乘客舒适度和高耐腐蚀性来帮助提供更好的汽车行驶距离。就舒适度而言，在汽车、火车等车辆的减震系统中，聚氨酯减震器是重要的组成部分。另外，聚氨酯材料在汽车轮胎中的应用也是非常广泛的。三、替代空间还有提升目前，全球范围来看，德国、日本在汽车中使用的塑料制品量大幅领先其他国家，德国每辆汽车平均使用塑料近300kg，日本每辆汽车平均使用塑料100kg，相比较而言，我国每辆汽车使用塑料制品最多的也仅有70kg，与发达国家存在较大的差距，车用塑料未来还有很大提升空间。对于聚氨酯这类需求量较高的高性能材料