汽车新材料的机遇与挑战

薛柯

汽车发展史上，其形态、结构、性能的演进都展现着材料构成的变化，而今，整车减重、车载电池快充、绿色环保等硬核要求，对汽车产业的新材料应用带来新一轮的增长潜能。今年以来，有超过20个省市出台汽车领域的刺激政策，我国汽车产业迈向高质量发展的过程中，汽车新材料领域迎来机遇与挑战。需要注意的是，汽车新材料行业的发展需要整车产业链共同攻克难题，与材料产业链协力解决相关产品的关键性能，为汽车产业发展赋能。

行业发展新窗口

纵览汽车发展史，无疑是在见证多种技术与多种材料的交错成就。上世纪至今，先后于在汽车领域应用的新材料有贮氢合金、石墨烯、超导材料、超塑性合金、无声金属、记忆合金、导电塑料、金属玻璃、聚四氟乙烯、工业不锈钢、纳米材料、不碎玻璃等。从整车材料构成比例来看，金属材料一直占比较高，为7成左右，包括钢板、铸铁等重金属材料，以及铝、镁、钛等轻金属及其合金材料、泡沫金属等；
非金属材料多为工程塑料、纤维、树脂、玻璃、橡胶等传统材料，近年来高温尼龙、液晶聚合、纳米注塑性质材料、激光直接成型材料等新材料的使用逐渐增多。可以说，全车材料种类高达数十种，不断有新材料进入序列，也不断有材料被替代以实现产品功能、性能的升级，特种钢材与新型复合材料的应用将越来越多。与此同时，在汽车后市场，高端汽车智能感知新材料配件也是各方的关注重点。据测算，汽车产业转型升级趋势下，汽车新材料行业的市场规模将达数万亿元。

我国汽车材料领域研发起步较晚，基础薄弱且产业链合作并不密切。盖因国内汽车产业部分品牌多有自成体系的供应商系统，国产材料产品进入困难，材料企业与汽车企业的融合发展受限。有观点据此提出，国内汽车生产企业和拥有先进技术研发能力的材料零部件企业及研究机构之间，应进行广泛的跨行业、跨专业深度合作，大力研发新材料及新技术，推行材料认可制度，从而更好助推汽车产品的开发设计与技术革新。不过，期间各种研发方向需有针对性的硬核要求与目标，如东风汽车集团有限公司技术中心质量验证中心非金属材料室经理熊芬所指出的，“在汽车三电领域要围绕产品的隔热、导热、阻燃、轻量化、密封等方面重点研发材料属性，开发属于产品性能特有的材料，并且解决材料相关的关键技术性能。”

轻量化与功能化

当前汽车材料总体性能要求是高强度、耐疲劳、蠕变性、耐高温、耐溶剂、尺寸稳定、电气性能优异等，发展趋势则为“轻量化”“功能化”“环保化”。以各方颇为看重的“轻量化”而言，其是指在保证汽车强度和安全性能的前提下，尽可能降低汽车整体质量，从而提升汽车动力性，降低能耗和排气污染；
主要由结构轻量化设计和材料轻量化予以实现，其中材料轻量化至关重要，因此相关企业与机构的研发侧重点较多放在轻质材料的开发及应用上。

当前，高强度钢、铝合金、镁合金和碳纤维复合材料被视为主要的车身使用材料，综合考虑安全性能、材料成本与加工技术水平等因素后，钢材作为汽车车身主要材料的地位短时间内难以撼动，热成形钢和先进高强钢的应用是为基础。近年来频频出镜的全碳纤维构成的概念车获得消费者的普遍认可尚需时日。但不容忽视的是，碳纤维复合材料的成型和应用技术在欧美已经非常成熟，在航空航天领域和高端汽车方面应用广泛，而我国碳纤维复合材料的加工及终端零部件产品的生产工艺有落伍之忧，快速量产技术方面进展缓慢。

新能源汽车发展日盛，汽车材料的轻量化同样是该领域攻关的核心领域，连界启辰资本董事长王玥对此境况的判断是，“轻量化是先进材料在新能源汽车领域的关键应用点。电动汽车的重量更大，进而增加汽车行驶时电耗、减少续驶里程。要解决这个问题，通过减重实现整车轻量化是最重要的手段，这主要就依托于新材料技术的应用。”事实上，当新能源汽车朝着高压大电流方向发展，相关配件材料有了更高的要求，高性能新材料的自主可控更有着举足轻重的作用。在《节能与新能源汽车技术路线图》中，轻质材料的应用被列为轻量化的重要技术路径之一。

聚力降碳节能

业界普遍认同，汽车产业“双碳”目标的实现对于推动上下游产业链绿色低碳转型，实现碳中和具有重要意义。这亦对汽车产业提出了诸多要求，其中如何以新材料技术助力汽车产业实现碳中和被寄予较高期望。

“創新材料的选择和整合是汽车产业迈向气候中和的重要一步”，汽车领域的新材料应用更好助推汽车产品的降碳减排，一方面，对于处于汽车产业链上游的材料企业而言，亟待解决的问题是从源头和生产加工过程中减少碳排放，降低高能耗；
另一方面，天然材料制成的汽车零部件的使用比重逐渐增大。

前者而言，现代汽车中仍有高达6成以上的车身结构由钢构成，既然无法避免在汽车设计中使用到大量的钢材，那么就可采用革新的、更环保的生产方式，从根本上降低汽车产业的环境足迹。比如部分汽车品牌提出生产由无化石钢制成的汽车产品，其并不使用火力煤炭，而是使用基于电解的绿色氢生产钢铁并应用。后者而言，众多汽车品牌都在开发或加码在天然材料制成的汽车零部件的可持续、资源利用型制造领域的参与，比如天然纤维材料就适用于汽车内饰的饰条、嵌件等方面，其较好实现的成本控制对企业极具吸引力。

此外，轻量化、复合材料使用、电动化等要素的推进过程中，粘结剂的使用并未减少，使用量较大的车用胶黏剂是易被忽略的突破点，其自主可控同样是汽车企业与新材料企业的机遇之一。