环球今亮点！瞄准汽车内饰，含回收成分的TPE或将大有可为？

• 2023-06-18 17:11:52来源：塑连网

近年来，工业和消费者越来越关注材料对环境的影响。这一现象在汽车行业尤为明显，因为许多OEM制造商都针对回收料的利用设定了宏伟的目标。例如， 沃尔沃 的目标是，自2025年起，每辆新车使用的材料中回收料至少占比25%。 雷诺 已经实现了在欧洲生产的汽车中使用33%回收料的目标。 宝马 和 梅赛德斯 也制定了类似的回收料配额目标，到2030年，其所有车型使用二次原料的平均比例将达到40%。

【资料图】

标题图：高质量的回收料可用于要求严格的汽车部件 © iStock, Yakobchuk Olena

但是，高回收料配额对材料提出了众多新的挑战，因为部件变得更加复杂。 可见内饰件和密封件就是两个典型的例子，它们到目前为止还不能用回收料生产。 不过，利用新型热塑性弹性体（TPE）将能够满足这些部件严格的要求、增加回收料配额并减少二氧化碳排放量。

目前市场上的回收料一般有两类：消费前/工业后回收料（PIR）和消费后回收料（PCR）。两者通常根据ISO 14021标准进行区分，其定义如下：工业后回收料是指在制造过程中从废物流中转移出来的材料。它不包括材料的再利用，如返工、再研磨以及在生产过程中产生并且能够在同一生产过程中被重新使用的废料。注塑浇口和挤出边条都可能成为PIR，而高价值产品加工过程中的PIR最好了，比如食品、卫生和医疗等行业的塑料制品。

相较之下，消费后回收料来自于最终消费者用后产生的废物。报废车辆回收是PCR的来源之一。 从这些定义中可以看出，工业后回收料通常更易于获得纯净的品质和鲜艳的颜色（图1），而消费后回收料的品质通常较低。

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选择合适的回收料

工业和家庭收集的废料一般会通过机器切碎、分离，然后加工成再生粒。它们会被用作TPE化合物的原材料，然后通过注塑或挤出工艺加工成最终部件。由于废料的质量参差不齐，因此根据细分市场和来源选择合适的回收料极为重要。

除了机械回收料之外，他们还在努力尝试通过化学方法（例如：热解和解聚）来产生回收料。但是，这一研究仍处于试验阶段，无法广泛用于商业用途。

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在汽车中使用回收材料

汽车行业历来是回收料的主要应用领域之一，尽管它们对材料的技术要求通常很高。

例如，车型的整个生命周期内需要大量的材料，因此回收来源必须足够广泛并且可靠。如果是某个部件专用的材料，其质量必须在整个运行期间保持稳定。每个部件都必须经过评估来确定回收料成分是否可行。尽管有这些要求，汽车行业还是为回收料的利用设定了极高的目标。回收料应用最常见的案例是对温度、紫外线稳定性和可见性有要求的外饰件，例如：轮拱内衬、防踢板、侧踏板和挡泥板。根据部件的硬度水平，高回收含量（>50%）是可行的，并且还可以使用消费后回收料。PCR材料通常气味较重，但在这些应用中无关紧要。然而，若要提高汽车中的回收含量，仅靠肖氏硬度D型的低要求部件是不够的。 这也是为什么较软的部件更多地转向了含有可回收成分的TPE。

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适用于密封件的材料

此类应用包括用于空气和水分离的各种部件和阀瓣密封件，设计硬度范围通常为60-90 Shore A。除了较低的硬度，此类材料还必须提供足够的恢复性能和密封性来满足部件的功能要求（低压缩形变）。此外，此类部件通常具有较长的流动路径和相对复杂的几何形状，因此需要使用高流动性材料。型材密封件则需要使用压缩形变低于40%（70°C/22h）的稳定可挤压材料。

含回收成分的TPE也可用于发动机舱中的部件，但必须考虑它们接触的介质以及所暴露的温度。为了满足如此高的要求，可能需要改用硫化TPE（TPV），其中也可以使用回收材料，但比例更有限。

但是，对含回收成分的TPE而言，更具挑战性的应用领域是汽车内饰，因为许多要求对于机械回收料来说可能是个问题。

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用于内饰件的含回收成分TPE

内饰件所用的材料必须没有异味。 这一点极其重要，因为由于车内空间有限以及阳光照射导致温度升高，气味会放大很多倍。因此，汽车行业的气味测试是在高温条件（例如：80°C）下进行的。

除此之外， 用于内饰件的TPE必须易于加工， 才能形成看起来完美无瑕的表面。典型应用包括脚垫、HVAC部件（供暖、通风和空调）以及用于降噪减振的软元件（例如：中央控制台中的部件）（图2）。当然， 含回收成分的材料也必须满足其他OEM要求， 例如：排放限值、机械性能、耐热性和耐光性。从长远来看， 回收材料必须同时满足这些要求以及法规无害化原则（例如：符合GADSL和Reach规范）。

图2：在空气控制元件中使用回收材料对材料的质量要求极高 © iStock，Maciej Laska

如上所述， 气味和排放量一直是个问题，因此直到现在才首次将含回收成分的TPE用于内饰件。 下表所示为一些适用于内饰件的含PIR回收成分的Dryflex Circular TPE的排放值。该值远低于OEM制造商常用的限值。根据部件的硬度和要求不同，内饰件中的回收含量有望达到约20-50%。

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回收料的二氧化碳足迹

使用回收材料还能够减少TPE化合物的二氧化碳排放量。减少的量取决于所用的原材料及其回收方式。此外，计算方法和系统边界也起着重要作用。针对中间产品，通常使用符合ISO 14040、ISO 14044和ISO 14067标准要求的“从摇篮到大门”的方法。

影响TPE化合物二氧化碳足迹的主要因素包括所用的原材料、原材料的运输、复配工艺和包装材料。其中影响最大的是所用的原材料（>85%），因为单体合成及其聚合需要大量的（通常是化石）能源输入。相较之下，加工回收材料的能源输入量及相关的二氧化碳排放量通常较低。

根据此次计算，如果改用含30%工业后回收料的材料，则硬度为85 Shore A的材料的全球变暖潜能值可降低23%。在硬度为40 Shore D的TPE中使用40%消费后回收料也取得了类似的结果，其全球变暖潜能值降低了26%（图3）。

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其他可持续原材料

除了含回收成分的材料，含生物基成分的TPE也有望用于汽车领域。 例如，基于植物、甘蔗或纤维的聚合物、增塑剂和填料均可被用作原料。举例来说，目前已有一种生物基脚垫（图4）能够满足汽车内饰件的常见要求（例如：耐光性和低VOC和气味排放值）。此外，还可用天然软木等生物填料来引入低密度、生态设计等优势并减少二氧化碳足迹。

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结语

总而言之，只要选择正确的原材料，就可以在Shore A和D的硬度范围内使用回收材料进行汽车部件的应用。 根据部件的不同，回收含量最高可达50%， 有助于供应商和OEM制造商实现其可持续发展目标。通过利用更柔软的新型回收料，未来还有望进一步增加回收份额而不影响材料性能。

OEM制造商、供应商、化合物制造商、回收商和（生物）原材料生产商之间的密切合作有助于推动车辆制造转向更可持续的材料。除了与不同的OEM制造商合作，Hexpol TPE还是Polestar 0项目开发气候中性汽车的合作伙伴。与almaak international GmbH（技术热塑性塑料回收制造商）的合作使TPE能够通过与含回收成分的技术热塑性塑料相结合来用于双组分注塑成型。

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