汽車新材料的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

薛柯

汽車發(fā)展史上，其形態(tài)、結(jié)構(gòu)、性能的演進(jìn)都展現(xiàn)著材料構(gòu)成的變化，而今，整車減重、車載電池快充、綠色環(huán)保等硬核要求，對汽車產(chǎn)業(yè)的新材料應(yīng)用帶來新一輪的增長潛能。今年以來，有超過20個省市出臺汽車領(lǐng)域的刺激政策，我國汽車產(chǎn)業(yè)邁向高質(zhì)量發(fā)展的過程中，汽車新材料領(lǐng)域迎來機(jī)遇與挑戰(zhàn)。需要注意的是，汽車新材料行業(yè)的發(fā)展需要整車產(chǎn)業(yè)鏈共同攻克難題，與材料產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)力解決相關(guān)產(chǎn)品的關(guān)鍵性能，為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展賦能。

行業(yè)發(fā)展新窗口

縱覽汽車發(fā)展史，無疑是在見證多種技術(shù)與多種材料的交錯成就。上世紀(jì)至今，先后于在汽車領(lǐng)域應(yīng)用的新材料有貯氫合金、石墨烯、超導(dǎo)材料、超塑性合金、無聲金屬、記憶合金、導(dǎo)電塑料、金屬玻璃、聚四氟乙烯、工業(yè)不銹鋼、納米材料、不碎玻璃等。從整車材料構(gòu)成比例來看，金屬材料一直占比較高，為7成左右，包括鋼板、鑄鐵等重金屬材料，以及鋁、鎂、鈦等輕金屬及其合金材料、泡沫金屬等；非金屬材料多為工程塑料、纖維、樹脂、玻璃、橡膠等傳統(tǒng)材料，近年來高溫尼龍、液晶聚合、納米注塑性質(zhì)材料、激光直接成型材料等新材料的使用逐漸增多?？梢哉f，全車材料種類高達(dá)數(shù)十種，不斷有新材料進(jìn)入序列，也不斷有材料被替代以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能、性能的升級，特種鋼材與新型復(fù)合材料的應(yīng)用將越來越多。與此同時，在汽車后市場，高端汽車智能感知新材料配件也是各方的關(guān)注重點(diǎn)。據(jù)測算，汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級趨勢下，汽車新材料行業(yè)的市場規(guī)模將達(dá)數(shù)萬億元。

我國汽車材料領(lǐng)域研發(fā)起步較晚，基礎(chǔ)薄弱且產(chǎn)業(yè)鏈合作并不密切。蓋因國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)部分品牌多有自成體系的供應(yīng)商系統(tǒng)，國產(chǎn)材料產(chǎn)品進(jìn)入困難，材料企業(yè)與汽車企業(yè)的融合發(fā)展受限。有觀點(diǎn)據(jù)此提出，國內(nèi)汽車生產(chǎn)企業(yè)和擁有先進(jìn)技術(shù)研發(fā)能力的材料零部件企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)之間，應(yīng)進(jìn)行廣泛的跨行業(yè)、跨專業(yè)深度合作，大力研發(fā)新材料及新技術(shù)，推行材料認(rèn)可制度，從而更好助推汽車產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)與技術(shù)革新。不過，期間各種研發(fā)方向需有針對性的硬核要求與目標(biāo)，如東風(fēng)汽車集團(tuán)有限公司技術(shù)中心質(zhì)量驗(yàn)證中心非金屬材料室經(jīng)理熊芬所指出的，“在汽車三電領(lǐng)域要圍繞產(chǎn)品的隔熱、導(dǎo)熱、阻燃、輕量化、密封等方面重點(diǎn)研發(fā)材料屬性，開發(fā)屬于產(chǎn)品性能特有的材料，并且解決材料相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)性能?！?/p>

輕量化與功能化

當(dāng)前汽車材料總體性能要求是高強(qiáng)度、耐疲勞、蠕變性、耐高溫、耐溶劑、尺寸穩(wěn)定、電氣性能優(yōu)異等，發(fā)展趨勢則為“輕量化”“功能化”“環(huán)保化”。以各方頗為看重的“輕量化”而言，其是指在保證汽車強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能降低汽車整體質(zhì)量，從而提升汽車動力性，降低能耗和排氣污染；主要由結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)和材料輕量化予以實(shí)現(xiàn)，其中材料輕量化至關(guān)重要，因此相關(guān)企業(yè)與機(jī)構(gòu)的研發(fā)側(cè)重點(diǎn)較多放在輕質(zhì)材料的開發(fā)及應(yīng)用上。

當(dāng)前，高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金和碳纖維復(fù)合材料被視為主要的車身使用材料，綜合考慮安全性能、材料成本與加工技術(shù)水平等因素后，鋼材作為汽車車身主要材料的地位短時間內(nèi)難以撼動，熱成形鋼和先進(jìn)高強(qiáng)鋼的應(yīng)用是為基礎(chǔ)。近年來頻頻出鏡的全碳纖維構(gòu)成的概念車獲得消費(fèi)者的普遍認(rèn)可尚需時日。但不容忽視的是，碳纖維復(fù)合材料的成型和應(yīng)用技術(shù)在歐美已經(jīng)非常成熟，在航空航天領(lǐng)域和高端汽車方面應(yīng)用廣泛，而我國碳纖維復(fù)合材料的加工及終端零部件產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝有落伍之憂，快速量產(chǎn)技術(shù)方面進(jìn)展緩慢。

新能源汽車發(fā)展日盛，汽車材料的輕量化同樣是該領(lǐng)域攻關(guān)的核心領(lǐng)域，連界啟辰資本董事長王玥對此境況的判斷是，“輕量化是先進(jìn)材料在新能源汽車領(lǐng)域的關(guān)鍵應(yīng)用點(diǎn)。電動汽車的重量更大，進(jìn)而增加汽車行駛時電耗、減少續(xù)駛里程。要解決這個問題，通過減重實(shí)現(xiàn)整車輕量化是最重要的手段，這主要就依托于新材料技術(shù)的應(yīng)用?！笔聦?shí)上，當(dāng)新能源汽車朝著高壓大電流方向發(fā)展，相關(guān)配件材料有了更高的要求，高性能新材料的自主可控更有著舉足輕重的作用。在《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》中，輕質(zhì)材料的應(yīng)用被列為輕量化的重要技術(shù)路徑之一。

聚力降碳節(jié)能

業(yè)界普遍認(rèn)同，汽車產(chǎn)業(yè)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)對于推動上下游產(chǎn)業(yè)鏈綠色低碳轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)碳中和具有重要意義。這亦對汽車產(chǎn)業(yè)提出了諸多要求，其中如何以新材料技術(shù)助力汽車產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和被寄予較高期望。

“創(chuàng)新材料的選擇和整合是汽車產(chǎn)業(yè)邁向氣候中和的重要一步”，汽車領(lǐng)域的新材料應(yīng)用更好助推汽車產(chǎn)品的降碳減排，一方面，對于處于汽車產(chǎn)業(yè)鏈上游的材料企業(yè)而言，亟待解決的問題是從源頭和生產(chǎn)加工過程中減少碳排放，降低高能耗；另一方面，天然材料制成的汽車零部件的使用比重逐漸增大。

前者而言，現(xiàn)代汽車中仍有高達(dá)6成以上的車身結(jié)構(gòu)由鋼構(gòu)成，既然無法避免在汽車設(shè)計(jì)中使用到大量的鋼材，那么就可采用革新的、更環(huán)保的生產(chǎn)方式，從根本上降低汽車產(chǎn)業(yè)的環(huán)境足跡。比如部分汽車品牌提出生產(chǎn)由無化石鋼制成的汽車產(chǎn)品，其并不使用火力煤炭，而是使用基于電解的綠色氫生產(chǎn)鋼鐵并應(yīng)用。后者而言，眾多汽車品牌都在開發(fā)或加碼在天然材料制成的汽車零部件的可持續(xù)、資源利用型制造領(lǐng)域的參與，比如天然纖維材料就適用于汽車內(nèi)飾的飾條、嵌件等方面，其較好實(shí)現(xiàn)的成本控制對企業(yè)極具吸引力。

此外，輕量化、復(fù)合材料使用、電動化等要素的推進(jìn)過程中，粘結(jié)劑的使用并未減少，使用量較大的車用膠黏劑是易被忽略的突破點(diǎn)，其自主可控同樣是汽車企業(yè)與新材料企業(yè)的機(jī)遇之一。