汽車新材料的機遇與挑戰

薛柯

汽車發展史上，其形態、結構、性能的演進都展現著材料構成的變化，而今，整車減重、車載電池快充、綠色環保等硬核要求，對汽車產業的新材料應用帶來新一輪的增長潛能。今年以來，有超過20個省市出臺汽車領域的刺激政策，我國汽車產業邁向高質量發展的過程中，汽車新材料領域迎來機遇與挑戰。需要注意的是，汽車新材料行業的發展需要整車產業鏈共同攻克難題，與材料產業鏈協力解決相關產品的關鍵性能，為汽車產業發展賦能。

行業發展新窗口

縱覽汽車發展史，無疑是在見證多種技術與多種材料的交錯成就。上世紀至今，先后于在汽車領域應用的新材料有貯氫合金、石墨烯、超導材料、超塑性合金、無聲金屬、記憶合金、導電塑料、金屬玻璃、聚四氟乙烯、工業不銹鋼、納米材料、不碎玻璃等。從整車材料構成比例來看，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、橡膠等傳統材料，近年來高溫尼龍、液晶聚合、納米注塑性質材料、激光直接成型材料等新材料的使用逐漸增多。可以說，全車材料種類高達數十種，不斷有新材料進入序列，也不斷有材料被替代以實現產品功能、性能的升級，特種鋼材與新型復合材料的應用將越來越多。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注重點。據測算，汽車產業轉型升級趨勢下，汽車新材料行業的市場規模將達數萬億元。

我國汽車材料領域研發起步較晚，基礎薄弱且產業鏈合作并不密切。蓋因國內汽車產業部分品牌多有自成體系的供應商系統，國產材料產品進入困難，材料企業與汽車企業的融合發展受限。有觀點據此提出，國內汽車生產企業和擁有先進技術研發能力的材料零部件企業及研究機構之間，應進行廣泛的跨行業、跨專業深度合作，大力研發新材料及新技術，推行材料認可制度，從而更好助推汽車產品的開發設計與技術革新。不過，期間各種研發方向需有針對性的硬核要求與目標，如東風汽車集團有限公司技術中心質量驗證中心非金屬材料室經理熊芬所指出的，“在汽車三電領域要圍繞產品的隔熱、導熱、阻燃、輕量化、密封等方面重點研發材料屬性，開發屬于產品性能特有的材料，并且解決材料相關的關鍵技術性能。”

輕量化與功能化

當前汽車材料總體性能要求是高強度、耐疲勞、蠕變性、耐高溫、耐溶劑、尺寸穩定、電氣性能優異等，發展趨勢則為“輕量化”“功能化”“環保化”。以各方頗為看重的“輕量化”而言，其是指在保證汽車強度和安全性能的前提下，盡可能降低汽車整體質量，從而提升汽車動力性，降低能耗和排氣污染；主要由結構輕量化設計和材料輕量化予以實現，其中材料輕量化至關重要，因此相關企業與機構的研發側重點較多放在輕質材料的開發及應用上。

當前，高強度鋼、鋁合金、鎂合金和碳纖維復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難以撼動，熱成形鋼和先進高強鋼的應用是為基礎。近年來頻頻出鏡的全碳纖維構成的概念車獲得消費者的普遍認可尚需時日。但不容忽視的是，碳纖維復合材料的成型和應用技術在歐美已經非常成熟，在航空航天領域和高端汽車方面應用廣泛，而我國碳纖維復合材料的加工及終端零部件產品的生產工藝有落伍之憂，快速量產技術方面進展緩慢。

新能源汽車發展日盛，汽車材料的輕量化同樣是該領域攻關的核心領域，連界啟辰資本董事長王玥對此境況的判斷是，“輕量化是先進材料在新能源汽車領域的關鍵應用點。電動汽車的重量更大，進而增加汽車行駛時電耗、減少續駛里程。要解決這個問題，通過減重實現整車輕量化是最重要的手段，這主要就依托于新材料技術的應用。”事實上，當新能源汽車朝著高壓大電流方向發展，相關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《節能與新能源汽車技術路線圖》中，輕質材料的應用被列為輕量化的重要技術路徑之一。

聚力降碳節能

業界普遍認同，汽車產業“雙碳”目標的實現對于推動上下游產業鏈綠色低碳轉型，實現碳中和具有重要意義。這亦對汽車產業提出了諸多要求，其中如何以新材料技術助力汽車產業實現碳中和被寄予較高期望。

“創新材料的選擇和整合是汽車產業邁向氣候中和的重要一步”，汽車領域的新材料應用更好助推汽車產品的降碳減排，一方面，對于處于汽車產業鏈上游的材料企業而言，亟待解決的問題是從源頭和生產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，現代汽車中仍有高達6成以上的車身結構由鋼構成，既然無法避免在汽車設計中使用到大量的鋼材，那么就可采用革新的、更環保的生產方式，從根本上降低汽車產業的環境足跡。比如部分汽車品牌提出生產由無化石鋼制成的汽車產品，其并不使用火力煤炭，而是使用基于電解的綠色氫生產鋼鐵并應用。后者而言，眾多汽車品牌都在開發或加碼在天然材料制成的汽車零部件的可持續、資源利用型制造領域的參與，比如天然纖維材料就適用于汽車內飾的飾條、嵌件等方面，其較好實現的成本控制對企業極具吸引力。

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