汽車(chē)材料技術(shù)研究已經(jīng)上升至國(guó)家戰(zhàn)略層面，中國(guó)制造2025已將材料技術(shù)列為節(jié)能與新能源汽車(chē)發(fā)展的核心。尤其在新能源汽車(chē)方面，輕量化材料與設(shè)計(jì)應(yīng)用不僅僅是降低電動(dòng)汽車(chē)能耗的技術(shù),也將影響到未來(lái)汽車(chē)設(shè)計(jì)理念,將成為電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)革命的主要推力。其中，鋁合金、碳纖維、工程塑料等材料的應(yīng)用是汽車(chē)輕量化的主要手段。

2017年5月11日，由中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心和天津市西青區(qū)人民政府聯(lián)合主辦，中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心數(shù)據(jù)資源中心承辦的“2017中國(guó)車(chē)用材料(西青)國(guó)際論壇”在天津成功召開(kāi)。本屆論壇以“創(chuàng)新材料重塑汽車(chē)產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈”為主題，近1000位國(guó)內(nèi)外嘉賓圍繞深入交流。在輕量化材料分論壇中，多位專(zhuān)家解析了目前汽車(chē)行業(yè)內(nèi)輕量化材料(鋁合金、碳纖維、工程塑料)的應(yīng)用現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司司長(zhǎng)高云虎在演講中指出，工信部節(jié)能司將深入推進(jìn)綠色設(shè)計(jì)示范和綠色設(shè)計(jì)產(chǎn)品評(píng)價(jià)試點(diǎn)，打造一批示范帶動(dòng)效應(yīng)強(qiáng)的綠色供應(yīng)鏈，逐步建立綠色設(shè)計(jì)產(chǎn)品的市場(chǎng)監(jiān)督機(jī)制。國(guó)家認(rèn)監(jiān)委關(guān)鈞文副處長(zhǎng)指出，國(guó)家認(rèn)監(jiān)委將會(huì)在汽車(chē)、相關(guān)零部件、材料等領(lǐng)域全面落實(shí)綠色產(chǎn)品認(rèn)證制度，為消費(fèi)者提供更多更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。

鋁合金：最為廣泛使用的汽車(chē)輕量化材料

目前，鋁合金材料是汽車(chē)制造業(yè)中最為廣泛使用的輕量化材料。傳統(tǒng)汽車(chē)中，捷豹路虎、奧迪等車(chē)型已經(jīng)開(kāi)始廣泛使用全鋁車(chē)身；新能源領(lǐng)域中，日產(chǎn)聆風(fēng)采用鋁合金覆蓋件，而特斯拉全系車(chē)型從底盤(pán)到車(chē)身都是鋁合金制造的。

“對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)而言，一百公斤的減重可以增加續(xù)航距離的10%左右，另外可以通過(guò)減重降低成本。因?yàn)槠?chē)車(chē)身輕了，就可以把電池的重量減輕。現(xiàn)在這個(gè)電池說(shuō)成本用容量來(lái)算的話，一千瓦大概是在兩千到三千塊錢(qián)，通過(guò)減重把電池成本降低，可以一定程度上解決新能源汽車(chē)成本問(wèn)題。”中國(guó)鋁業(yè)公司首席工程師趙丕植表示。從安全角度考慮，減重可以縮短剎車(chē)距離，提高安全性能，有助于行人保護(hù)，提高安全性能。

對(duì)于鋁合金材料的市場(chǎng)前景，趙丕植分析說(shuō)：“早在2012年，中國(guó)整個(gè)汽車(chē)鋁合金材料市場(chǎng)一年就用了一萬(wàn)噸，到2016年這個(gè)數(shù)量已經(jīng)上升到7萬(wàn)噸了。等到2020年高端覆蓋件就會(huì)有30萬(wàn)噸的市場(chǎng)規(guī)模，除了高端覆蓋件之外還有結(jié)構(gòu)件，另外還有商用車(chē)用的鋁板，這些加起來(lái)在2020年中國(guó)汽車(chē)鋁板的市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)一百萬(wàn)噸。”

為了節(jié)能減排，防止提高溫暖化，提高安全性能，汽車(chē)行業(yè)正在使用鋁合金汽車(chē)板實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化，中國(guó)汽車(chē)輕量化的序幕已經(jīng)拉開(kāi)。

碳纖維：更輕更好但是也更貴

“輕量化永遠(yuǎn)是在重量、性能和成本之間找一個(gè)平衡。”這是康得復(fù)材副總裁何鵬對(duì)輕量化的理解。與鋼、鋁合金相比，碳纖維的密度有20%到30%的優(yōu)勢(shì)，并具有非金屬一些比較典型的特點(diǎn)，比如耐腐蝕，此外還有非常高的比強(qiáng)度和比鋼度。

成本是一個(gè)比較大的劣勢(shì)，目前碳纖維的綜合成本相當(dāng)于鋁的綜合成本的2倍到2.5倍之間。不過(guò)，在整個(gè)輕量化過(guò)程中碳纖維可以作為一個(gè)很好的補(bǔ)充材料和關(guān)鍵材料，在現(xiàn)階段可以跟鋁或其他金屬進(jìn)行搭配。在長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看隨著應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬和工業(yè)化發(fā)展，可以在成本降低的情況下，以后可以逐步更多的替代金屬作為汽車(chē)應(yīng)用的一個(gè)主要的材料。

何鵬表示，有望在3到5年以后通過(guò)產(chǎn)業(yè)鏈的國(guó)產(chǎn)化來(lái)降低碳纖維的各種成本。國(guó)產(chǎn)化的應(yīng)用，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈在國(guó)內(nèi)走完了0到1的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用以后，帶動(dòng)整個(gè)成本的下降。另外就是設(shè)計(jì)能力和經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)樵趪?guó)內(nèi)整個(gè)碳纖維的設(shè)計(jì)包括碳纖維數(shù)據(jù)庫(kù)、車(chē)身標(biāo)本都不是很健全，大家還都是在摸索中前進(jìn)。此外，需要進(jìn)一步提高制造工藝，因?yàn)樘祭w維的制造成本還需要進(jìn)一步降低，這樣才更能夠促使汽車(chē)領(lǐng)域用碳纖維更好地利用。

“在目前在碳纖維成本的基礎(chǔ)上，利用三到五年時(shí)間內(nèi)成本降低30%到50%，這樣的話跟鋁相比才有應(yīng)用的競(jìng)爭(zhēng)力，才能更多更好地應(yīng)用在汽車(chē)整個(gè)結(jié)構(gòu)上面。”

工程塑料：價(jià)格低廉可塑性高

以塑代鋼的概念已經(jīng)廣為流傳，由于價(jià)格低廉、可塑性高，越來(lái)越多的高性能塑料和塑料復(fù)合材料被大規(guī)模應(yīng)用在汽車(chē)上，目前德國(guó)汽車(chē)上的工程塑料用量最多，平均占整車(chē)用料的15%以上。

一般塑料的比重在0.9～1.6，玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料的比重也不會(huì)超過(guò)2.0，而A3 鋼為7.6，鋁為2.7。使用塑料可以減輕零部件約40%的重量，同時(shí)其成本也可以大幅度降低。

現(xiàn)階段常見(jiàn)的汽車(chē)工程塑料有聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚和ABS等。聚酰胺材料主要應(yīng)用于動(dòng)力、底盤(pán)零部件及結(jié)構(gòu)件，約占整車(chē)塑料的20%；聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚等材料主要應(yīng)用于電子電器零部件及結(jié)構(gòu)件，約占整車(chē)塑料的15%左右；ABS工程塑料主要應(yīng)用于汽車(chē)內(nèi)外飾零部件等地。

“在新能源汽車(chē)領(lǐng)域，工程塑料的應(yīng)用范圍依然很廣，比如電池模組外殼、接插件等。電池外殼要求材料強(qiáng)度，而接插件需要絕緣密封性能，在實(shí)現(xiàn)輕量化的同時(shí)，工程塑料能完美的實(shí)現(xiàn)上述要求。”杜邦中國(guó)亞太區(qū)技術(shù)經(jīng)理王興旺如是說(shuō)。

據(jù)測(cè)，2020年汽車(chē)平均塑料用量將可能達(dá)到500kg/輛以上，約占整車(chē)用料的1/3以上。隨著新能源汽車(chē)的廣泛使用，加之鋁合金、碳纖維的成本過(guò)高，且以進(jìn)口為主。未來(lái)汽車(chē)的車(chē)頂、車(chē)門(mén)、座椅部件、輪轂以及汽車(chē)周邊結(jié)構(gòu)件都有可能改用工程塑料。

工程塑料的市場(chǎng)需求勢(shì)必也將引起塑料改性、塑料制備、制造業(yè)、模具等相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。目前此方面的研究也是科研、行業(yè)熱點(diǎn)之一，與此同時(shí)，一些隨之而來(lái)的問(wèn)題也應(yīng)當(dāng)引起相關(guān)人員的重視，比如工程材料的微結(jié)構(gòu)和非等向性可能帶來(lái)的安全問(wèn)題，這也將衍生出其他新的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

輕量化實(shí)際上就是一個(gè)綜合了多個(gè)材料學(xué)科優(yōu)化的一個(gè)過(guò)程，在滿足性能的情況下，在一定的成本范圍內(nèi)達(dá)到重量的減重目標(biāo)，是一個(gè)平衡優(yōu)化的過(guò)程。“最合適的材料用在最正確的地方”，這樣的汽車(chē)產(chǎn)品才能在保證安全性、舒適性的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)極致的輕量化。

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