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近年來，全球汽車節(jié)能減排標準日益提高。隨著節(jié)能環(huán)保技術(shù)和輕量化技術(shù)快速發(fā)展，綠色汽車和節(jié)能減排已成為汽車工業(yè)發(fā)展的主題之一，汽車工業(yè)呈現(xiàn)環(huán)保化輕量化的趨勢。

汽車輕量化材料包括高強度鋼、輕質(zhì)合金及高分子復(fù)合材料，在整個汽車制造中占比10%~15%。其中，由于密度低、性能優(yōu)異、加工簡易及可回收，“以塑代鋼”的輕量化高分子復(fù)合材料得到業(yè)界高度重視，已成為汽車零部件行業(yè)升級的重要方向。輕量化材料每替代金屬材料10%，車輛可整體減重5%，縮短慣性帶來的制動距離，提高車輛的駕駛安全性及操作性能、加速性能，減少車輛排放，展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。

本版專題介紹汽車輕量化材料的發(fā)展狀況及中國石化的貢獻，敬請關(guān)注。

新聞會客廳

嘉賓：集團公司石油化工領(lǐng)域首席專家 梁愛民

單位：北京化工研究院

問：汽車行業(yè)為什么要使用輕量化材料？

答：截至今年6月底，全國機動車保有量達4.26億輛，其中燃油車3.28億輛、新能源汽車1620萬輛，年耗油達2.5億噸。

汽車能耗的30%來自輪胎滾動阻力、40%來自行駛時的空氣阻力。汽車整車質(zhì)量每減少10%，可降低燃油消耗6%～8%，減少二氧化碳排放4.5%，制動距離縮短5%，轉(zhuǎn)向力減少6%。輪胎滾動阻力每降低20%~30%， 可節(jié)油5%~7%，每百公里二氧化碳排放量可減少400克。

由此可見，汽車輕量化是降低能耗、減少碳排放的重要方向。尤其對新能源汽車而言，輕量化不僅可以節(jié)約能源，而且可以在電池容量相同的條件下增加汽車的續(xù)航里程、延長電池壽命，需求更加迫切。

問：汽車輕量化材料的市場應(yīng)用情況如何？

答：加大輕量化材料應(yīng)用力度已成為汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。據(jù)統(tǒng)計，目前輕量化材料在整個汽車制造中的平均占比為10%~15%。

輕量化材料的應(yīng)用受到多種因素影響，包括材料的性能、成本、可靠性、大規(guī)模生產(chǎn)能力及市場需求等。

高端汽車和電動汽車通常更多地采用輕量化材料。例如，在一些高端豪華汽車和超級跑車中，輕量化材料的占比可能超過30%，甚至更高。

在傳統(tǒng)汽車市場，輕量化材料的應(yīng)用程度相對較低。

隨著技術(shù)不斷發(fā)展和成本持續(xù)降低，預(yù)計輕量化材料在汽車制造中的應(yīng)用程度會逐漸增加。據(jù)預(yù)測，到2030年，輕量化材料的應(yīng)用占比有望在20%~30%。

問：在汽車行業(yè)，有哪些輕量化材料已經(jīng)得到應(yīng)用？

答：包括金屬輕量化材料，如鋁合金、高強度鋼和鎂合金，以及非金屬輕量化材料，如碳纖維復(fù)合材料和玻璃纖維增強塑料等。

汽車材質(zhì)塑料化是當今汽車制造的一大趨勢。車用改性塑料質(zhì)量輕、強度高，只有普通鋼材重量的15%～20%，比木材更輕，對汽車輕量化有極大的促進作用。復(fù)合材料具有比強度和比模量高、密度小、質(zhì)量輕、強度高、安全等級高等優(yōu)點，是汽車輕量化的理想材料。汽車內(nèi)飾件、外飾件、結(jié)構(gòu)件和輪胎是輕量化材料應(yīng)用的主要部件。

目前，汽車輕量化材料樹脂原料主要有PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）、PA（聚酰胺）、PU（聚氨酯）、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、PC（聚碳酸酯）、PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）；復(fù)合材料主要有填充改性材料、發(fā)泡材料、纖維增強材料等。

纖維增強材料在“以塑代鋼”方面起到越來越重要的作用，主要有短纖維增強材料和長纖維增強材料（LFT）。LFT具有突出的力學性能，包括優(yōu)良的剛性和韌性，低收縮、高尺寸穩(wěn)定性和低翹曲性，極高缺口沖擊強度，與金屬相當?shù)臒崤蛎浵禂?shù)，優(yōu)異的抗動態(tài)疲勞性能。未來汽車的車門、車頂、座椅部件、輪轂及汽車周邊結(jié)構(gòu)件，都會更多地使用LFT。由于LFT可塑性強、強度高，未來甚至車身都會使用LFT。

常見的非金屬輕量化材料包括碳纖維復(fù)合材料、玻璃纖維增強塑料、聚合物復(fù)合材料、聚合物泡沫材料等，在汽車市場的應(yīng)用將越來越廣泛。汽車制造商不斷探索和采用新的非金屬輕量化材料，以實現(xiàn)汽車的輕量化和性能提升。

當然，非金屬輕量化材料的應(yīng)用仍面臨一些挑戰(zhàn)，如制造成本、可靠性和大規(guī)模生產(chǎn)等，需要進一步研究和發(fā)展。

問：有哪些國際知名公司研發(fā)生產(chǎn)輕量化材料？

答：汽車輕量化材料具有較高的技術(shù)門檻和附加值，目前主要由國外化工巨頭和國內(nèi)少數(shù)改性企業(yè)生產(chǎn)。如國外的沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司、塞拉尼斯、科思創(chuàng)、蘭蒂奇、安特普、佳施加德士、巴斯夫、歐文斯科寧、蒂森克虜伯、阿塞洛米塔爾、利安德巴賽爾、薩博、肯聯(lián)、3M等公司。國內(nèi)樹脂供應(yīng)商主要為中國石化、中國石油，復(fù)合材料改性企業(yè)主要為金發(fā)、聚隆、普利特、中廣核俊爾、聚賽龍、匯通、道恩等企業(yè)。

絕大部分知名車企都開展輕量化研究、利用輕量化材料。對新能源車企而言，電池能量密度短期內(nèi)較難提升，最大化減重成為增加續(xù)航里程的必然選項。

問：輕量化材料國產(chǎn)化替代情況如何？

答：國內(nèi)車用改性塑料行業(yè)起步較晚，盡管有超過3000家改性塑料生產(chǎn)企業(yè)，但年產(chǎn)能超過3000噸的只有70余家，過萬噸的寥寥無幾，大部分企業(yè)規(guī)模偏小，生產(chǎn)技術(shù)能力和質(zhì)量保證能力欠缺，很難滿足高檔汽車的要求，高檔汽車專用塑料國產(chǎn)化程度低。

據(jù)統(tǒng)計，目前國內(nèi)企業(yè)在車用改性塑料的市場占有率僅為30%~40%，進口替代空間巨大。

問：中國石化在輕量化材料方面有哪些貢獻？

答：中國石化依托在三大合成材料的產(chǎn)業(yè)和技術(shù)優(yōu)勢，聚焦“以塑代鋼”，通過“產(chǎn)銷學研用”24家單位協(xié)同攻關(guān)，取得5項基礎(chǔ)理論研究成果，開發(fā)出涉及9種35個牌號的合成材料成套工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)、6類復(fù)合材料制備技術(shù)，并建成了工業(yè)生產(chǎn)示范線，相關(guān)產(chǎn)品已在燕山石化、揚子石化、鎮(zhèn)海煉化、石家莊煉化、茂名石化、上海石化等14家企業(yè)進行生產(chǎn)，并在超50家汽車零部件及整車企業(yè)試產(chǎn)了前端框架、碳纖維輪轂、門內(nèi)護板、輪胎氣密層等29種汽車制件。總體技術(shù)處于世界先進水平，部分處于世界領(lǐng)先水平。

通過改進生產(chǎn)工藝和提高材料性能，中國石化生產(chǎn)的聚丙烯材料具有較好的強度、韌性和耐腐蝕性能，可用于制造汽車的內(nèi)飾件、儀表板和門板等，幫助汽車降低重量、提高燃油效率。

中國石化生產(chǎn)的橡膠材料具有輕量化、耐磨、抗老化等特性，可用于汽車輪胎、密封件等部件。

中國石化所屬企業(yè)通過技術(shù)創(chuàng)新、設(shè)備升級和質(zhì)量控制等手段，不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量和性能，滿足汽車行業(yè)對高性能、高品質(zhì)材料的需求。同時，這些企業(yè)也積極參與國內(nèi)外的合作項目，推動汽車輕量化技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。

問：輕量化材料的發(fā)展趨勢是什么？

答：輕量化材料潛力巨大。汽車材料向輕量化、環(huán)保、舒適感知、智能化、安全五個方面發(fā)展。微發(fā)泡、低密度、長玻纖等技術(shù)為汽車材料輕量化提供了創(chuàng)新解決方案。此外，碳纖維復(fù)合材料、玻璃纖維增強二維材料、玄武巖纖維復(fù)合材料也是未來的發(fā)展方向。（潘亞男 整理）

鎮(zhèn)海煉化：環(huán)保型車用聚丙烯成為標桿產(chǎn)品

日前，鎮(zhèn)海煉化1號聚丙烯裝置排產(chǎn)320噸M60RHI產(chǎn)品。“相比原來的產(chǎn)品，這個牌號韌性要強一點，是為下游企業(yè)量身定制的。”鎮(zhèn)海煉化合成材料部技術(shù)員戴文威說。

M60RHI產(chǎn)品具有“三高兩低”特性，即高熔指、高剛性、高韌性及低氣味、低VOCs，這類產(chǎn)品又被稱為環(huán)保型聚丙烯，主要用于汽車改性料。該批產(chǎn)品將定向銷往下游某塑料企業(yè)，用來生產(chǎn)連續(xù)玻纖增強聚丙烯，可用于車門組合件、儀表骨架板、車身門板模塊、前端組件、座椅骨架、車頂板、蓄電池的托架及車胎架等。

環(huán)保型車用聚丙烯是鎮(zhèn)海煉化的拳頭產(chǎn)品，目前已生產(chǎn)M30、M50、M60、M100系列產(chǎn)品，M代表著熔指，熔指越高則原料流動性越強，不同熔指的環(huán)保型車用聚丙烯產(chǎn)品可用于汽車的不同部件。

2015年8月，鎮(zhèn)海煉化首次開發(fā)生產(chǎn)環(huán)保型車用聚丙烯M60RHC，此后項目研發(fā)團隊加強與國內(nèi)知名改性塑料生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)交流，通過一系列攻關(guān)，不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量和排產(chǎn)量，根據(jù)不同客戶需求開發(fā)的M30、M50、M100等一系列牌號，大量應(yīng)用于汽車改性料，尤其在低氣味方面居國內(nèi)領(lǐng)先水平，成為市場標桿產(chǎn)品。2017年底，中國石化“十條龍”攻關(guān)項目——“環(huán)保型高剛高韌聚丙烯樹脂開發(fā)”順利通過鑒定。

今年，鎮(zhèn)海煉化專門成立創(chuàng)新創(chuàng)效攻關(guān)團隊，聚烯烴專家掛帥組織對環(huán)保型車用聚丙烯進行提質(zhì)升級，解決了產(chǎn)品改性后沖擊性能衰減的問題，提高了剛韌平衡性，并進一步降低產(chǎn)品的氣味和VOCs。據(jù)統(tǒng)計，上半年該類汽車料已生產(chǎn)近2萬噸，全部發(fā)往下游客戶。（卞江岐）

燕山石化：穩(wěn)步增產(chǎn)汽車輕量化合成材料

近年來，輕量、舒適、綠色、環(huán)保成為汽車工業(yè)發(fā)展的主要方向。在此背景下，燕山石化不斷擴大“以塑代鋼”汽車輕量化合成材料生產(chǎn)規(guī)模，今年產(chǎn)量已超兩萬噸。

燕山石化以市場需求為導(dǎo)向，充分發(fā)揮在高分子材料領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)、技術(shù)和人才優(yōu)勢，持續(xù)優(yōu)化產(chǎn)品的關(guān)鍵性能指標，以滿足市場對產(chǎn)品更高性能的要求。

燕山石化在氣相法聚丙烯生產(chǎn)裝置上利用氫調(diào)法成功開發(fā)出高流動共聚聚丙烯，系列產(chǎn)品具有良好的常、低溫抗沖擊性能，兼具較高剛性，廣泛應(yīng)用于汽車保險杠和內(nèi)飾件等零部件領(lǐng)域。與降解法生產(chǎn)的產(chǎn)品相比，該系列產(chǎn)品流動穩(wěn)定性好，揮發(fā)性有機物（VOCs）含量低、氣味小，白度好且色度穩(wěn)定，可較好地滿足駕駛室安全環(huán)保的要求。目前，該系列產(chǎn)品已通過歐盟RoHS認證、美國FDA檢測。

為滿足人們對汽車駕駛室高標準空氣質(zhì)量的要求，燕山石化成功開發(fā)出高模量珠粒發(fā)泡聚丙烯專用料，VOCs含量較低，同時具有優(yōu)異的綜合性能和較輕的質(zhì)量，在汽車內(nèi)飾件中的應(yīng)用越來越多。目前已開發(fā)應(yīng)用的內(nèi)裝零部件有汽車內(nèi)飾用墊塊、座椅系統(tǒng)、行李箱工具盒、方向盤、遮陽板、重型車臥鋪及臥鋪下工具箱等。

燕山石化開發(fā)的一系列汽車輕量化專用材料，既支持了車輛降油耗電耗、減少碳排放，也助力集團公司加快邁向世界一流企業(yè)。下一步，燕山石化將踐行綠色發(fā)展理念，在做大做強汽車輕量化專用料的基礎(chǔ)上，持續(xù)加強高端綠色產(chǎn)品的開發(fā)，全力打造高性能合成材料研發(fā)和生產(chǎn)基地，助力實現(xiàn)“雙碳”目標。（杜 洋 閆雨航）

茂名石化：多種專用料通過嚴苛性能測試

“我有一個夢想，有朝一日能買到一輛全部由茂名石化車用材料生產(chǎn)的小汽車。”茂名石化研究院車用聚烯烴產(chǎn)品研發(fā)工程師封水彬博士說，“近年來，我們圍繞汽車輕量化開展了多項研發(fā)，產(chǎn)品強度足、重量輕，足以讓汽車‘減脂增肌’，離實現(xiàn)夢想越來越近了。”

汽車保險杠是汽車表面積大、形狀復(fù)雜的薄壁結(jié)構(gòu)部件。我國汽車安全標準要求所用材料具有優(yōu)異的抗高、低溫沖擊韌性，剛性及良好的耐老化性能。茂名石化分別開發(fā)了高熔指高抗沖K7726H、K9930H保險杠專用料。

汽車燃油箱是事關(guān)安全的重要部件，產(chǎn)業(yè)門檻極高，之前，我國汽車燃油箱專用料全部靠進口。茂名石化開發(fā)了汽車燃油箱專用料HXB4505N，國內(nèi)首家通過國家汽車質(zhì)量檢測中心嚴格的質(zhì)量檢測。該牌號產(chǎn)品已長期用于國內(nèi)某些汽車品牌，去年更是實現(xiàn)出口。

目前，中國石化重大科技項目“綠色環(huán)保汽車輕量化材料技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用”已開始產(chǎn)業(yè)化實施，茂名石化作為主要參與單位之一，組織開展研發(fā)、加快量產(chǎn)速度，已有多個牌號產(chǎn)品受到市場青睞，用于輪胎、保險杠、油箱、儀表板、車門護板、發(fā)動機冷卻風管、蓄電池等汽車部件生產(chǎn)。

今年以來，茂名石化科研人員先后走訪調(diào)研了7家知名燃油箱加工和汽車主廠客戶，優(yōu)化產(chǎn)品方案，指導(dǎo)客戶對產(chǎn)品進行嚴苛的性能測試，為茂名石化產(chǎn)品贏得良好口碑，擴大了產(chǎn)品銷路，上半年產(chǎn)銷量超過5100噸。

“車子越輕才能越省油，我們的目標就是在保證安全性的前提下，用塑料取代金屬，讓環(huán)境友好理念深植汽車行業(yè)。”茂名石化研究院院長梁勝彪說。（譚 捷）