汽車輕量化大勢所趨 以塑代鋼將是未來發展新趨勢

汽車并非越重越安全，但自重卻是汽車輕量化一個難以避開的話題。　　塑料汽車不再僅僅是玩具　　日前，一款命名為Urbee 2的3D打印塑料汽車面世，除了底盤和引擎，其余大部分材料都是塑料。這款塑料汽車和鋼鐵材質一樣堅硬，但卻是鋼制汽車重量的一半。雖然這部車目前僅限于實驗階段，遠遠達不到量產的程度，但毋庸置疑的是，這至少表示汽車零部件乃至整車都在朝著輕量化的方向發展。　　據研究表明，一輛轎車的自重每減少10%，燃油消耗量就降低6%～8%，降低5%～6%的排放，這對于實現汽車節能減排意義重大。高強度鋼和塑料（非金屬材料）是既能實現汽車輕量化又能控制低成本的好材料。　　以塑代鋼　　在節能減排壓力下，“以塑代鋼”的概念在汽車業廣為流傳。據美國化學工業學會的資料顯示，目前汽車塑料零部件的重量總和還不及汽車總重量的1/10，因此，可以擴展應用的空間還非常廣闊。　　近年來，為了提升市場競爭優勢，各車企紛紛研發并上馬采用了輕量化設計的車型。世界知名車企更是走在了這一領域的最前沿。寶馬將于今年秋季量產BMWi3純電動汽車，這款汽車的最大特點是，外殼材料為塑料、底盤材料為鋁合金，與傳統同類車型相比，實現減重250～350千克。這一現實不僅能夠引領汽車設計新潮流，更將顛覆汽車制造流程及整體市場格局。　　作為汽車的發明者，奔馳在車身輕量化領域肩負著更重的責任和使命。2012年11月的廣州車展上，奔馳發布了一款名為F125的氫動力概念跑車。該車主要由碳纖維、鋁合金以及塑料聯合打造而成，在保證車身剛性的同時將車身輕量化做到了極致。另外，凱迪拉克和福特也是汽車輕量化的杰出代表，凱迪拉克在發動機罩上已經使用了纖維增強塑料，而福特則正在研究如何降低生產碳纖維部件的成本。在資深汽車行業分析師張志勇看來，碳纖維材質成本過高，工藝復雜，難以工業化推廣，只適用于賽車和少數豪華跑車。　　車身減重風當然也已經吹進國內。本土車企中，長城汽車股份有限公司（下稱長城）和奇瑞汽車股份有限公司（下稱奇瑞）是在這一研究領域走得最遠的兩家車企。　　2011年11月，奇瑞汽車聯合全球最大的聚合物生產公司之一德國拜耳材料科技（中國）有限公司，聯手創建了“奇瑞——拜耳汽車輕量化聯合實驗室”，雙方就聚氨酯復合材料、聚碳酸酯塑料車窗用材料、新能源鋰電池材料、吸音降噪等材料在汽車上的應用展開共同研究，并對外聯合申請項目及推廣。長城汽車同樣與拜耳公司展開了合作。在2012年北京車展上，長城展出的哈弗E概念車的7個車窗組件，均采用拜耳模克隆聚碳酸酯制成，并配有大尺寸全景天窗。這是我國本土汽車制造商首次如此大范圍應用聚碳酸酯車窗。　　2012年11月，揚州凱爾斯邁有限公司出資、清華大學和浙江大學共同研制的塑料電動汽車已經引起了國內業界的高度關注，被譽為轎車中的“裝甲車”。這輛車車身由兩層塑料型材組合，每層約半厘米厚，兩層中間構成中空狀態，由復合塑料加入玻纖及其他成分一次性沖壓制成，目前已經順利通過歐盟9個成員國權威檢測機構的認證。但這種塑料電動汽車也還停留在試驗階段。從技術層面考慮，由于塑料需要專業模具沖壓一次形成，無法像金屬一樣快速成型，而像凱爾斯邁公司研發的這種新型汽車車身相對較大，需要建成的模具生產線難度較高，目前還較難實現。　　此外，除了家轎市場，卡車的輕量化也早已被提上議程。北汽福田已將其中型和重型卡車的保險杠從鋼材改為塑料材質，并在部分汽車零部件中啟用了玻纖增強塑料，還把部分鋼制發動機部件也更換為塑料部件。　　目前國外整車企業在輕量化上已經日趨成熟，而中國本土車企還處于學習或者是追趕的階段。尤其是在輕量化材料的研發上，雖然有些成就，但仍處于初級階段。　　塑料難題　　近年來，我國汽車塑料制品生產企業利用引進車型的技術，擴大塑料材料在汽車上的應用水平，形成了一批規模化、專業化的汽車塑料制品供應商，部分生產工藝水平達到了國內領先和國際同步。如上海延鋒偉世通、長春富奧-江森公司、蕪湖順榮公司等。后者的六層塑料燃油箱已在奇瑞、江淮、東風、吉利、長城、華普、海馬、長豐等國內自主品牌汽車上廣泛應用。　　與此同時，塑料化并不是汽車輕量化的唯一方法，塑料本身的疲勞期比金屬短，尤其暴露在高溫環境和接觸汽油時，老化現象尤其嚴重，并且應用在齒輪或者其他傳力的部位時，無法達到金屬的強度。而且，目前應用較多的碳纖維復合材料在使用過后會喪失其力學性能，根本無法回收，只能作為廢品或降級處理。這是汽車塑料化進程中無法回避的難題，在頒布了整車可回收性強制要求的日本、美國等國家，豐田公司和福特公司都明確表示，將設法擴大可再生材料與天然材料的應用范圍。　　反觀國內，國家并未頒布針對性較強的法規標準，只有一些普適性法規如《再生資源回收管理辦法》等，在新材料規劃、石化和化學工業“十二五”發展規劃中也有一些涉及。塑料汽車的環保和再循環情況，前景堪憂。　　鑒于此，國內汽車零部件、汽車塑料企業要在市場中占有一席之地，必須提高國際競爭力，把企業開發能力和產品水平提到更高的層次，并參與汽車工業的發展與競爭，從設計開發階段就要進行汽車用塑料材料回收、再生利用的研究，以滿足環保的需要。　　伴隨輕量化發展的一個最直接問題就是汽車自重。輕量化的度應該怎么控制？畢竟，節能減排不能用人身安全來換取。這或許是任何人聽到塑料汽車這個概念時最先考慮的問題。　　目前，國家汽車輕量化技術創新戰略聯盟正在與長安汽車集團合作，共同研發和推廣“以鋁代鋼”的引擎蓋。這項研究是出于在發生事故時，對行人的安全保護的考量。因為在引擎蓋等部分應用鋁合金可以減輕撞擊對人身造成的二次傷害。　　發展瓶頸　　雖然汽車輕量化已是大勢所趨，但國內汽車輕量化技術尚不成熟，相關產業也未形成規模，很大程度上影響著國內車企發展汽車輕量化的熱情。此外，國內汽車在輕量化技術方面與國外先進水平相比仍存在較大差距，尤其是在高端材料的應用和發展方面，更是受制于人。　　我國乘用車重量平均比歐洲汽車重5%～10%，商用車的數字則是17%。例如，國內載重40 噸的牽引車自重為9噸，國外同等先進車型只有7噸，而國內自卸車自重則比國外重3～4噸。　　在汽車傳統塑料應用件的比例上，與國外車企并沒有太大差距。但在向高端發展時，無論是材料技術，還是設計水平，都面臨種種困難。材料加工成零部件是一個非常復雜的過程。雖然國內的通道、接頭、內飾件、保險杠甚至包括儀表盤等都是用塑料做的。但向功能件、結構件發展時，難度就很大了。國內原材料本身就很落后，尤其是高端材料完全被國外的一些化學廠商所壟斷控制，例如杜邦、巴斯夫、拜爾，他們掌握材料的設計技術和分析技術，也掌握零部件的設計技術。由于高端材料長期受制于國外技術壟斷，導致產品成本居高不下，迫使一些企業放棄高端材料在汽車上的使用。輕量化材料成本高，也不符合目前國內車型的市場定位。國外車企多是將輕量化材料應用到跑車和概念車上，偏向小批量、多品種，追求個性化服務。而我國車企在高端產品領域品牌價值偏低，因此市場需求小。　　目前，阻礙我國汽車輕量化技術研發的關鍵因素，是各研發機構往往只注重單個技術的研發，很少開展各技術間的交叉與融合。材料企業往往只管做出材料，而車企則負責制造和組裝，雙方缺乏溝通和協作，也導致輕量化材料在產業推進方面步履維艱。輕量化技術的發展涉及眾多學科，需要運用多學科交叉融合所形成的綜合性、系統性知識體系。因此，未來汽車產業的輕量化需要產業鏈上下游企業各界的共同努力和探索。　　隨著我國汽車保有量的不斷攀升，以及汽車尾氣排放對城市空氣污染的加劇，車身輕量化發展的要求變得更加迫切。對此，相關研究機構或政府部門應該做出戰略性的超前部署。