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推動新能源汽車再度進化的關鍵塑料技術
2024年8月21日，中國工信部公佈的強制性國標《電動汽車能量消耗量限值第1部分：乘用車》（徵求意見稿），首次以強制性國標方式規定了新能源汽車的電耗限值。新能源汽車的能量消耗量跟汽車輕量化密不可分，高性能塑料的最大優勢是可以代替鋼等更重的材料，達到輕量化的目的。同時，自動駕駛技術正成為新能源汽車的大腦，高性能塑料的一些獨特性能，可滿足相關應用對材料的嚴格要求。因此在汽車行業中，車用塑料佔汽車所用材料的比例不斷提高，應用也越來越廣泛。
文章來源：宋元 上海東海職業技術學院講師、雅式橡塑網（www.AdsaleCPRJ.com）
強制性國標的徵求意見稿的發佈，意味著工信部將提高車型能量消耗門檻要求，完善新能源汽車能量消耗量的管理機制，進一步推動產業的健康發展及技術進步。
以三排以下座椅、非四輪驅動的車型為例，能量消耗量限值範圍每100公里10.1 kWh至19.1kWhkm。其中，整備品質在1.09噸至2.71噸之間的車型，每百公里電耗需要控制在13.92kWh以內。然而根據行業統計，截至2024年8月，僅有60%左右的車型滿足行業標準，因此極需尋求降低電耗的有效手段。
從國標要求不難看出，整備品質將會是一個重要考核指標。新能源汽車整備品質大，與其動力系統息息相關。舉例來說，多家品牌電池包重量超過500kg，有些甚至超過700kg。
目前此強制性國標處於徵求意見稿階段，按行業一般情況看，大概還有兩年左右正式發放，所以現在是各家車企調整輕量化技術路線的窗口期。
傳統燃油車動力系統（引擎、變速箱）處於高熱、高磨損工況，因此塑料件的使用十分有限。而新能源動力系統中，電池包管理系統等部件工作狀態相對更友好，有利於車用塑料的應用。
（1）阻燃需要
車用塑料在電池包的熱管理中扮演著至關重要的角色，為應對電池在高溫和高壓環境下可能產生的過熱風險，可採用具有優異阻燃性能的熱塑性塑料。其中，聚丙烯化合物（PPc）和長玻纖（LGF）增強的PP樹脂尤為突出，不僅能夠有效隔絕熱量，防止電池包的內部溫度過高，還具備出色的機械強度和耐化學腐蝕性，確保了電池包在極端條件下的穩定運行和乘客的安全。
利用熱塑性塑料的優勢，SABIC便開發了一種創新的電池包概念，將單個電池集成由30% 玻纖填充的阻燃聚丙烯化合物模制而成的薄壁外殼內。此外，LG化學和LX Hausys合作開發了一種特殊阻燃連續纖維熱塑性塑料（CFT )，以延緩電池熱失控。
（2）防塵防水需要
動力電池包的IP防塵防水性能要求極高，行業普遍要求達到IP67等級，一些車企，如吉利汽車、哪吒汽車、ARCFOX極狐還對外宣稱能做到IP68等級。
而提升電池包IP防塵防水性能的關鍵在於電氣連接器周圍的密封和固定件，其作為電池包內外連接的關鍵點，需要承受一定的機械應力和環境變化。因此，採用高強度、耐磨損的塑料材料，如聚醯胺（PA）或聚碳酸酯（PC），能夠確保連接的穩定性和密封性，防止水分、灰塵等雜質侵入，保障電氣系統的正常運行。
此外，由於電池包在熱失控後會產生大量的氣體，需要及時排出，否則極容易引發爆炸。安全裝置如防爆閥的支撐結構也常採用特殊設計的塑料材料，這些材料在緊急情況下能迅速回應，有效釋放內部壓力，防止電池爆炸，進一步提升了電池包的安全性。
電池包結構件作為電動汽車能源系統的核心組成部分，其設計與材料選擇對車輛的整體性能、安全性及續航里程具有至關重要的影響。傳統上，高強度鋼因其優異的機械強度和抗衝擊性能，被廣泛用於電池包的衝壓成形結構中，確保在複雜工況下電池包的結構完整性。
為進一步提升輕量化效果，近年來，車用塑料在電池包的設計中的應用日益增多，尤其是在模組外殼和電池包密封蓋等部位。
這些塑料材料，如聚碳酸酯、聚醯胺（特別是尼龍增強型）以及聚氨酯（PU）等，不僅密度遠低於鋼材，在特定配方和工藝下，還能夠實現與金屬相近甚至更優的機械性能和耐環境老化能力。
例如，由上海普利特複合材料推出的LGF增強阻燃尼龍材料，被用於替代電池包結構件中的鋼材，使部件重量減輕了40%，製造成本降低了15%。
電池包結構件所處的工作環境極為苛刻，需承受機械振動、高溫高濕、紫外線輻射、化學腐蝕等多種挑戰，因此對材料的性能提出了嚴格要求。
針對這些要求，行業內不斷探索和創新，取得了顯著進展。例如，聚氨酯電池包上殼體解決方案的成功應用就是一個典型例證。在一系列嚴格的標準化測試中，包括機械性能、高溫高濕老化、氙燈老化、耐酸、耐鹼、耐高溫和絕緣性能等，聚氨酯材料均展現了其作為電池包結構材料的可行性和優越性。
科思創開發的Baydur® HP-RTM（高壓反應注射成型）電池包上殼體便是聚氨酯在新能源汽車中的關鍵應用，其阻燃性好、重量輕、厚度可薄至0.8毫米。
另一方面，2024年12月發佈的《中共中央辦公廳、國務院辦公廳發佈關於加快建設統一開放的交通運輸市場的意見》提出，應持續實施自動駕駛、智能航運等先導應用試點，推動交通運輸綠色智能轉型升級。目前，中國已有超過50個城市出台自動駕駛試點示範政策，而車企也將自動駕駛功能作為新能源汽車的其中一個優勢賣點。
自動駕駛技術正成為助力新能源汽車發展的新質生產力，其不只催生新的商業模式，例如共享自動駕駛計程車服務，還激發相關技術的升級和創新。
高級駕駛輔助系統（ADAS）利用各種感測器來進行偵測，收集數據，並結合導航數據，進行運算與分析，而自動輔助導航駕駛（NOA）則是ADAS其中一項功能。
NOA是結合輔助駕駛和導航功能的技術，當車輛在高速公路或高架等路段行駛時，按車載導航路線讓車輛進行自動變道、自動進出匝道口、加減速、開關車燈等的技術。
ADAS對材料的要求很高，也有獨特性，塑料在相關應用中大有可為。其中，毫米波雷達可為遠程目標提供可靠、高解析度的信息，而整流罩是毫米波雷達的重要部件，可保護內部高頻天線免受天氣和環境影響，其採用的材料除具備高強度性能外，還需要保證穿透電波不受影響。
高性能工程塑料易於加工成型性，而且耐熱性、抗化學性能好，有些材料更具備較低介電常數（Dk）的性能，讓雷達發出的電波充分穿透，滿足了毫米波雷達整流罩的特性要求。
隨著以ADAS為重點的汽車智能化市場持續擴張，材料供應商也積極開發更多前沿解決方案。例如，恩驊力最近便推出了針對車載雷達的完整激光可焊熱塑性塑料產品組合，包括聚對苯二甲酸丁二酯（PBT）、聚苯硫醚（PPS）、PBT + PC牌號。
SABIC的兩款新型改性材料則具有高耗散係數（Df）的特性，從而實現高效的雜訊吸收，提高了毫米波雷達吸波器件的信噪比，最大限度地減少干擾信號傳輸的雜訊，提高感測器的精度和傳輸範圍。此外，其超高流動性和極低翹曲特性提供了更大的設計靈活性。
材料科學的進步和製造工藝的創新為車用塑料在新能源汽車動力系統的應用提供了廣闊前景，未來電池包結構件的材料選擇將更加多樣化，輕量化與高性能的平衡將成為行業追求的方向。同時，車用塑料也可提高自動駕駛技術應用的效率和安全性，加速汽車智能化落地，助力交通運輸系統升級轉型。
