塑料給全球汽車(chē)行業(yè)帶來(lái)變革

李丹 王興艷

一、全球汽車(chē)材料技術(shù)發(fā)展給塑料行業(yè)帶來(lái)發(fā)展機(jī)遇

1.輕量化與環(huán)保是當(dāng)今汽車(chē)材料發(fā)展的主要方向

隨著汽車(chē)需求量的提升，汽車(chē)帶來(lái)的能源消耗日益增加。為了降低碳排放量和降低對(duì)化石能源的依賴，發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家紛紛立法規(guī)定汽車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)。自2011年以來(lái)，美國(guó)就大幅提高了對(duì)汽車(chē)燃油消耗的指標(biāo)要求。在此背景下，為了降低油耗，汽車(chē)廠商紛紛采取措施減輕汽車(chē)質(zhì)量，減少能源消耗。汽車(chē)輕量化是降低汽車(chē)排放、提高燃油經(jīng)濟(jì)性的最有效措施之一，目前已經(jīng)成為全球發(fā)展的趨勢(shì)。根據(jù)資料顯示，汽車(chē)自身質(zhì)量每減少10%，油耗可降低6%～8%。

2.汽車(chē)輕量化材料趨向多樣化設(shè)計(jì)方向

隨著新材料的發(fā)展，出于汽車(chē)輕量化和節(jié)能減排的考慮，汽車(chē)車(chē)身材料設(shè)計(jì)也呈現(xiàn)復(fù)雜多變的形勢(shì)。目前汽車(chē)車(chē)身用材中，鋼鐵材料仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但其他材料在汽車(chē)的應(yīng)用比例也逐步發(fā)生變化。汽車(chē)車(chē)身外殼材料主要包括高/超高強(qiáng)度鋼板、輕金屬材料（鋁、鎂、鈦合金材料）、碳纖維材料、粉末冶金材料（泡沫鋁合金、鐵基粉末燒結(jié)材料等）、車(chē)用塑料等。其中，高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金、塑料和復(fù)合材料所占比例增長(zhǎng)較大；而鑄鐵和中、低強(qiáng)度鋼所占比例正逐步下降。另外，越來(lái)越多中高檔汽車(chē)使用了鋁合金或塑料等輕量化材料。

3.工程塑料在汽車(chē)材料中的應(yīng)用逐步加強(qiáng)

目前，汽車(chē)中工程塑料的使用量已成為衡量汽車(chē)制造業(yè)水平高低的一個(gè)重要標(biāo)志。使用塑料及其復(fù)合材料可使汽車(chē)零部件質(zhì)量降低約40%，也可降低汽車(chē)成本。根據(jù)相關(guān)資料，在歐洲，車(chē)用塑料的質(zhì)量占汽車(chē)自重的20%。德國(guó)每輛汽車(chē)平均使用塑料制品300kg，約占汽車(chē)總質(zhì)量的22%。輕型汽車(chē)制造商日本大發(fā)工業(yè)公司開(kāi)發(fā)銷售的新型汽車(chē)除座椅外，內(nèi)飾件全部采用塑料制造。而國(guó)產(chǎn)車(chē)的單車(chē)塑料平均使用量為78kg，塑料用量?jī)H占汽車(chē)自重的5%～10%。根據(jù)科爾尼的分析，預(yù)計(jì)到2020年，塑料占車(chē)輛平均質(zhì)量的比例將達(dá)到18%，比2000年增加4%（見(jiàn)圖1）。不僅是傳統(tǒng)汽車(chē)，電動(dòng)車(chē)用材料也逐步提高了工程塑料的使用率。電動(dòng)汽車(chē)中電池等動(dòng)力系統(tǒng)占汽車(chē)總質(zhì)量的20%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)汽車(chē)引擎的質(zhì)量比例。因此，大幅使用塑料也可以降低電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)身質(zhì)量。

由于工程塑料的獨(dú)特性能，其在汽車(chē)中的應(yīng)用按照外觀、硬度、抗腐蝕性、質(zhì)量以及成本等分類，共有約100多種不同類型和等級(jí)的塑料汽車(chē)零部件，包括內(nèi)裝飾件、外裝飾件、功能和結(jié)構(gòu)件等。具體包括：尼龍制作的發(fā)動(dòng)機(jī)及周邊部件，聚酯及其合金制作的保險(xiǎn)杠、擋泥板、加速器、離合器踏板、車(chē)底板、面板，聚甲醛及其合金制作的輸油管、動(dòng)力閥，聚碳酸酯及其合金制作的汽車(chē)內(nèi)裝件、防凍板、車(chē)門(mén)把手、車(chē)輪罩、尾燈罩、反光鏡外殼以及聚苯醚及其合金制作的汽車(chē)輪罩、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、外板等。

二、全球車(chē)用工程塑料行業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

1.替代產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)壓力

在車(chē)用材料方面，盡管工程塑料性能優(yōu)異，在某些溫度、潤(rùn)滑度等要求較高的環(huán)境下很難被替代。但由于成本壓力和新材料多樣性的選擇，仍有可能被特殊鋼、新型合金、碳纖維等材料替代。在成本方面來(lái)看，鋼材仍是車(chē)身主要材料，其價(jià)格便宜，且隨著技術(shù)和工藝的創(chuàng)新，高品質(zhì)鋼材的性能得到改善，質(zhì)量得到減輕。另外，具有高強(qiáng)、高韌及高循環(huán)利用性能的新型輕合金材料，尤其是鋁合金、鎂合金等的發(fā)展也豐富了車(chē)用材料的選擇。

2.石油價(jià)格波動(dòng)的影響

車(chē)用工程塑料行業(yè)對(duì)能源及石化原材料的依賴度很高，主要是因?yàn)樗芰系闹谱髟牧现饕从谑袠I(yè)，包括石油、焦炭、天然氣等。因此，石油和原材料價(jià)格的波動(dòng)會(huì)給工程塑料行業(yè)帶來(lái)較大影響。目前，由于全球供給充足且需求增速放緩，國(guó)際油價(jià)持續(xù)下跌，而前2年，隨著供需矛盾的深化，布倫特油價(jià)全年上漲3.47%。石油價(jià)格的劇烈波動(dòng)給國(guó)際塑料行業(yè)價(jià)格帶來(lái)巨大影響。

3.車(chē)用塑料的循環(huán)環(huán)保性

目前，車(chē)用塑料產(chǎn)品的環(huán)保性面臨較大挑戰(zhàn)。消費(fèi)者已開(kāi)始關(guān)注車(chē)用內(nèi)飾材料的異味問(wèn)題，有無(wú)異常味道已經(jīng)成為汽車(chē)購(gòu)買(mǎi)的參考標(biāo)準(zhǔn)之一。國(guó)際汽車(chē)廠商嚴(yán)格規(guī)定了汽車(chē)內(nèi)飾件的氣味、揮發(fā)性氣體的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。另外，較低的可循環(huán)利用率也是車(chē)用塑料產(chǎn)品發(fā)展的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。很多不同類型和級(jí)別的塑料難以循環(huán)利用，因此在這一方面鋼材更勝一籌。有數(shù)據(jù)表明使用后廢棄的塑料是消費(fèi)總量的60%～70%。塑料廢棄物是垃圾中最難以無(wú)害化處理的組分，會(huì)造成不小的環(huán)境隱患。全球目前都很重視塑料的循環(huán)回收。

三、解決車(chē)用塑料循環(huán)利用性的辦法

目前解決車(chē)用塑料循環(huán)利用性的問(wèn)題，主要可采用生物來(lái)源和可循環(huán)的塑料材料。

生物來(lái)源塑料材料。生產(chǎn)生物塑料，主要是利用淀粉基（甘蔗）及玉米、土豆、甜菜和油聚合物（見(jiàn)圖2），以降低對(duì)石油的依賴性。但是，生物塑料在塑料總量中所占比例較低，只有不到1%。盡管其年增長(zhǎng)率高達(dá)20%，但是仍屬于小范圍市場(chǎng)。這也就決定了汽車(chē)行業(yè)很少使用生物塑料制品。因此，考慮到生物塑料產(chǎn)量和市場(chǎng)需求，農(nóng)業(yè)原材料和油價(jià)等因素，與傳統(tǒng)塑料相比，生物塑料仍不具備價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力，最多滿足20%的塑料總需求。

可循環(huán)塑料材料。根據(jù)歐盟規(guī)定，到2015年，大部分汽車(chē)材料需實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。歐盟要求廢棄車(chē)輛的循環(huán)利用率達(dá)到95%，85%的材料需循環(huán)使用。這意味著車(chē)用材料中60%的塑料必須實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。雖然可循環(huán)塑料更為環(huán)保且成本較低，但性能較差、純度較低。因此，可循環(huán)塑料制品并不能完全替代原生樹(shù)脂制品。針對(duì)這一問(wèn)題，可采用以下方法進(jìn)行解決：

1.使用強(qiáng)化纖維的塑料復(fù)合材料

強(qiáng)化纖維塑料兼具鋼材和塑料的優(yōu)點(diǎn)，在材料特性和成本競(jìng)爭(zhēng)力上都是鋼材的可靠替代品（見(jiàn)表1）。目前強(qiáng)化纖維塑料主要被用來(lái)制造結(jié)構(gòu)性零部件和非結(jié)構(gòu)性零部件，如座椅結(jié)構(gòu)、保險(xiǎn)杠、發(fā)動(dòng)機(jī)罩和燃料箱。

2.汽車(chē)和化工行業(yè)的價(jià)值鏈整合

為了更好地以塑料為發(fā)展方向，汽車(chē)行業(yè)和化工行業(yè)可能在價(jià)值鏈上聯(lián)合起來(lái)，該價(jià)值鏈中包含了上下游企業(yè)，如注塑公司和汽車(chē)供應(yīng)商。這種一體化的價(jià)值鏈有2個(gè)目標(biāo)：一是改進(jìn)塑料性能標(biāo)準(zhǔn)，符合政策法規(guī)以及更好地滿足客戶需求；二是創(chuàng)新方法，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展。

3.改善汽車(chē)材料的性能

改善性能指的是改善抗腐蝕性、硬度、質(zhì)量、可持續(xù)性和美感等因素。汽車(chē)公司希望在整個(gè)設(shè)計(jì)流程中向上游材料擴(kuò)展，特別是與汽車(chē)的安全標(biāo)準(zhǔn)和能源效率目標(biāo)相匹配。汽車(chē)公司希望說(shuō)服供應(yīng)商開(kāi)發(fā)高分子材料，利用塑料的屬性和優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用創(chuàng)新及新型汽車(chē)開(kāi)發(fā)。合作研發(fā)的重點(diǎn)是材料屬性和技術(shù)問(wèn)題。如果上游及早參與，塑料可以用來(lái)代替相應(yīng)的部件，并通過(guò)提升美感、降低成本和車(chē)輛質(zhì)量來(lái)體現(xiàn)優(yōu)勢(shì)。另外，減少車(chē)輛質(zhì)量可以通過(guò)減少子配件來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，新型的薄型座椅融合了新興的泡沫、紡織品和框架。

然而，這種突破性的創(chuàng)新需要完全重建系統(tǒng)架構(gòu)，因此需要在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段之前就啟動(dòng)。各行業(yè)聯(lián)合起來(lái)開(kāi)發(fā)預(yù)測(cè)性的工程工具，共享性能模型和零部件的材料屬性數(shù)據(jù)（有助于開(kāi)發(fā)樣車(chē)），并聯(lián)合各行業(yè)共同研究新產(chǎn)品生產(chǎn)和組裝流程，如連接塑料和金屬的方法。

4.增加可持續(xù)性

塑料較為環(huán)保且對(duì)汽車(chē)行業(yè)的總體“綠化”有所貢獻(xiàn)。圖3展示了汽車(chē)產(chǎn)生的溫室氣體對(duì)環(huán)境的影響。

除了降低汽車(chē)質(zhì)量這一明顯而重要的目標(biāo)之外，其他環(huán)保領(lǐng)域還包括評(píng)估生物塑料和石油基塑料之間的替換，汽車(chē)的可循環(huán)性（其部件的可生物降解性），以及生產(chǎn)流程的能效。汽車(chē)應(yīng)用一般而言是“投資”于碳的使用。與化工產(chǎn)品的分散應(yīng)用（如香波）或者短期循環(huán)應(yīng)用（如塑料袋）相比，生物基塑料和石油基塑料的替換并未引人注目。與之恰好相反的是，循環(huán)利用是全世界在汽車(chē)應(yīng)用中面臨的中期挑戰(zhàn)。這表明不僅僅要發(fā)展具有足夠性能的可循環(huán)材料，還要引入可循環(huán)的汽車(chē)部件。

滿足性能和可持續(xù)性的挑戰(zhàn)需要復(fù)雜的汽車(chē)塑料價(jià)值鏈上的實(shí)際協(xié)作，包括創(chuàng)造下游具有循環(huán)能力的行業(yè)。汽車(chē)行業(yè)為了保持競(jìng)爭(zhēng)力和繁榮發(fā)展，開(kāi)發(fā)的車(chē)輛必須符合愈加嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)，并且價(jià)位適中，而化工行業(yè)必須更多參與到汽車(chē)行業(yè)中。2個(gè)行業(yè)的關(guān)鍵就在一個(gè)詞——塑料。

四、對(duì)我國(guó)塑料行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的建議

隨著塑料在汽車(chē)中的用量日益增加，帶動(dòng)了汽車(chē)行業(yè)和化工行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。汽車(chē)塑料中用量最大的通用塑料品種是聚丙烯、ABS樹(shù)脂、聚氯乙烯和聚乙烯，而另一種工程塑料作為汽車(chē)結(jié)構(gòu)件應(yīng)用得到快速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年全球塑料產(chǎn)量達(dá)到2.99億t，比2012年增加3.9%。其中，以我國(guó)的塑料產(chǎn)量占比最大，達(dá)到24.8%，其次為歐洲，達(dá)到20%。在歐洲塑料的細(xì)分消費(fèi)市場(chǎng)中，包裝、建筑和施工占比最大，其次是汽車(chē)行業(yè)和電氣電子產(chǎn)品。而2012年，我國(guó)工程塑料消費(fèi)量達(dá)到273.7萬(wàn)t，同比增長(zhǎng)11.8%。

作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，工程塑料行業(yè)具有較高的附加值，與其他行業(yè)關(guān)聯(lián)度高，且具有較強(qiáng)的吸引力。但是，目前我國(guó)工程塑料行業(yè)仍存在著產(chǎn)能過(guò)度集中于低端，高端產(chǎn)能受制于技術(shù)等問(wèn)題。因此，車(chē)用塑料在助力未來(lái)汽車(chē)輕量化發(fā)展的同時(shí)，給我國(guó)塑料行業(yè)的發(fā)展也帶來(lái)了啟示：

1.加強(qiáng)自主創(chuàng)新，重視產(chǎn)學(xué)研合作

汽車(chē)用塑料制品的消費(fèi)量會(huì)隨著技術(shù)的創(chuàng)新呈現(xiàn)大幅增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。因此，我國(guó)車(chē)用塑料原材料研發(fā)部門(mén)、生產(chǎn)部門(mén)和汽車(chē)零部件生產(chǎn)商，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研用的合作，加大研發(fā)的深度和力度，努力開(kāi)發(fā)可用于汽車(chē)功能件和結(jié)構(gòu)件的工程塑料原料品種，提高自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)建設(shè)，增強(qiáng)自主研發(fā)設(shè)計(jì)工程用塑料產(chǎn)品的水平，提高模具開(kāi)發(fā)和制造能力，提高產(chǎn)品質(zhì)量，加強(qiáng)汽車(chē)裝配產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力，以提高汽車(chē)用材料的多樣性和專業(yè)性。

2.提高車(chē)用塑料的回收再利用水平

國(guó)外車(chē)用塑料的回收再利用已逐步成為新興產(chǎn)業(yè)。如日本及歐洲各國(guó)政府分別提出了對(duì)車(chē)用廢塑料的回收利用要求，并制定了系列法規(guī)，其車(chē)用廢塑料和橡膠的回收利用率在2000年已達(dá)85%，預(yù)計(jì)到2015年可提高到95%。廢塑料的回收利用一方面可以有效減緩資源短缺；另一方面也是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，保護(hù)環(huán)境的重要內(nèi)容。針對(duì)塑料的循環(huán)再生性，車(chē)用塑料及其制品行業(yè)應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)資源的循環(huán)利用，建立車(chē)用廢舊塑料回收體系，對(duì)資源進(jìn)行再利用，節(jié)約資源和能源；同時(shí)建立全社會(huì)的處理體系，建立科學(xué)合理的資料回收技術(shù)系統(tǒng)；針對(duì)塑料制品白色污染問(wèn)題，制定相關(guān)塑料環(huán)保法律法規(guī)；加大降解塑料的研發(fā)力度，盡早將其工業(yè)化。

3.建立我國(guó)汽車(chē)塑料件體系及標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)國(guó)產(chǎn)汽車(chē)車(chē)用材料及零部件生產(chǎn)缺乏相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、材料標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)等，目前還沒(méi)有關(guān)于車(chē)用塑料等的命名、縮寫(xiě)代號(hào)、標(biāo)示方法等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。相比較而言，國(guó)外大型汽車(chē)集團(tuán)對(duì)于自身采購(gòu)的重要零部件都實(shí)施制定材料供應(yīng)商制度，對(duì)產(chǎn)品的外觀和測(cè)試等內(nèi)容均有嚴(yán)格的要求，形成了自成體系的材料標(biāo)準(zhǔn)和零部件性能標(biāo)準(zhǔn)。因此，應(yīng)盡快協(xié)調(diào)組織企業(yè)、高校與研究所三方力量，逐步做到車(chē)用塑料的整體自主開(kāi)發(fā)，走自己的路，形成自己的塑料件體系，并盡快制定出我國(guó)自己相應(yīng)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)。

4.促進(jìn)車(chē)用塑料上下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展

延伸車(chē)用塑料產(chǎn)業(yè)鏈條，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)。要立足現(xiàn)有基礎(chǔ)，加強(qiáng)車(chē)用塑料制品上游原料行業(yè)供給呢你了，加大對(duì)基礎(chǔ)樹(shù)脂合成和原材料配套供應(yīng)，擴(kuò)大樹(shù)脂加工應(yīng)用范圍；加強(qiáng)車(chē)用塑料制品配套行業(yè)的發(fā)展，加快配套助劑與專用設(shè)備的研發(fā)和國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程；提升產(chǎn)品質(zhì)量和檔次，增加產(chǎn)品附加值。