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工信部材料司副司长潘爱华:轻量化材料是当前新材料发展战略重点领域
来源:中国建材报 刘秀枝  2017-01-16 14:54:04
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原文:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?show=detail&c_id=246&news_id=4313        2017年1月14-15日,中国电动汽车百人会论坛(2017)在钓鱼台国宾馆召开。本次论坛的主题为“提升核心技术、创新引领发展”,总参会人数超过1500人,100多位发言嘉宾齐聚一堂共商新能源汽车发展大计。会上,国家工业和信息化部材料系副司长潘爱华做了大会主题报告。

以下为发言实录:

        报告共分四个部分,大家知道新能源汽车是《中国制造2025》明确提出来的重点突破领域之一,这里面专门提到轻量化材料作为重要的核心技术,我们要在制造强国建设的过程中予以推动它的工程化和产业化。汽车轻量化从字面上就能理解,是在保障汽车强度和安全性能的前提下,尽可能地降低汽车的重量,从而提高汽车的动力性,减少燃料消耗、降低排气的污染。它的意义主要集中在两点,一个是体现对能源消耗的经济性,就是节能和减排。第二个是车辆性能的优化,主要包括舒适的体验性、驾乘性和智能化。这些数据大家可能都熟悉,轻量化以后,重量每降低10%,燃料效率可以提高6-8%,汽车重量每减轻100公斤,百公里油耗能降低0.3-0.6升,二氧化碳排放可以降低5-8克。在加速性能方面,加速到60公里的时速,1.5吨的车大概需要十秒,如果减重25%就可以减少到8秒。

工业和信息化部材料司副司长 潘爱华
 
        昨天苗圩部长也说过,去年和前年连续两年新能源汽车,以电动汽车为代表的新能源汽车增速都非常快,2016年几乎达到百分之百。到2016年底新能源汽车的保有量已经超过100万辆,连续两年位居全球第一。在这方面电动汽车百人会起到了很重要的作用。对电动汽车来说,因为电池300公斤,所以轻量化的需求更为迫切,通过材料的轻量化,把300公斤的重量再减下来,这就是很现实的需求。

        目前轻量化的途径有三个方面,一个是结构设计的优化,一个是采用轻量化的材料,第三个方面是通过轻量化材料的呈现技术来提高,来突破,从这三个方面来促进汽车的轻量化。

       这张图是汽车轻量化的历程,最开始以钢为主,比较重,后来变成钢和铝。轻量化的材料主要包括碳纤维复合材料、铝合金、镁合金、高强度钢、塑料及非金属复合材料,主要用来改善和替代车身的材料。这几种材料不同的特性这里简单说一下:从材料的比重来说,毫无疑问,钢和铜的比重肯定是最高的,钢是7.6,铜是8.4,铝是2.7。一般塑料的比重在0.5-1.5,纤维增强的复合材料最多不会超过2.0。所以从这个比重来看,工程塑料和碳纤维复合材料对汽车的减重效果肯定是最明显的。

        这张表是国际上几个主要汽车生产国家实行轻量化材料的占比,可以看到德国是占比最高的,它的要求也最高,其次是美国、日本。德国由于欧盟的关系,它的能耗和排放政策很严格,而且德国的工业结构上,高端车、豪华品牌最多,汽车工业很发达,同时它的新材料工业,特别是化工性材料方面,也集中了世界上最优秀的几个企业。另外一方面,它的机械制造企业也很强。所以这样的工业结构使得在推动汽车轻量化方面有着得天独厚的优势。所以它的轻量化比重也是全球最高的,对未来的发展要求也同样是最高的。美国也一样,豪华品牌车型也比较多,而且电动汽车发展也很快,以特斯拉为代表,它的轻量化也做得比较好。我觉得日本是在碳纤维方面全球最好,以动力公司为代表,目前全球遥遥领先第一名。波音公司和宝马汽车上用的碳纤维基本上都是日本的碳纤维。这是它很大的优势。另外一个,它的结构设计上优势也很大。

        前面讲到几种轻量化材料里面以工程材料和碳纤维复合材料重量最低。各个国家在塑料和复合材料汽车上的用量情况,德国超过300公斤,美国、法国是220-249公斤,日本是126-150公斤。中国大约是90-110公斤,但其实有的汽车80公斤都没到。所以从这个图上也可以看出来,发达国家是把汽车用塑料量的多少作为衡量汽车设计和制造水平的重要标志。由于中国这方面还使用得相对较少,所以空间也就更大。这是一个规划,到2020年,发达国家汽车平均用的塑料量可能到500公斤以上,这里也包括塑料的复合材料。

        经过试验分析,现在通过以塑代钢的轻量化技术,用到汽车的外饰上,增加塑料的用量可以起到减少60公斤的效果。在汽车内饰方面如果增加塑料用量可以减少15公斤,这两个加起来可以减重七八十公斤。中国实际上也是塑料的使用和生产大国,光是2015年,光是车用塑料的用量已经到了1046万吨,而且呈逐年上升的趋势。目前我们国家在塑料方面已经形成了约五大类一千多个品种的车用塑料工业体系,应该说种类和数量都是非常大的。

        这是复合材料的情况,复合材料重量轻、强度高、加工方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点,将逐步替代合金,在电子电器方面空间非常大。汽车复合材料的发展结合了化工、机械制造和汽车复合材料设计等多学科的技术,主要集中应用在汽车的底盘,汽车覆盖件和次结构部件。刚才讲到德国在汽车轻量化方面做得很好,主要因为它的工业结构正好和汽车复合材料应用的重点高度吻合。复合材料方面,目前最主流的是两种,一种是玻璃纤维的复合材料,因为玻璃纤维的成本相对比碳纤维更低一些,中国也是玻璃纤维的第一大生产大国。目前在,比如说风电的叶片方面,我们国家的产能和产量都是世界第一,现在已经开始往汽车上应用。碳纤维前面也讲过,这方面最强的是在日本动力公司,技术上也是他们最强的,我们国家应该说还在追赶,低端的也搞了不少,高端的还刚刚开始。用到汽车上的也还是在探索之中。成本,碳纤维也比玻璃纤维更高一些。其他一些化工新材料一样在汽车方面很有潜力。

        目前在车用轻量化材料方面存在的问题,有这样几个,一个是品种数量和性能存在较大的差距。比如说塑料可能也是在汽车上用得相对比较少的原因,第二个是各个跨国汽车集团的材料标准和支撑体系,我们国内的供应商实质上是很难进入跨国汽车集团的供应链。中国目前的车辆还是合资品牌、外资品牌占比较多,特别是高端的车。也可能是因为这个原因,所以国内车用新材料技术和产业的发展明显地滞后于汽车行业的发展。中国汽车行业现在是绝对的全球第一大生产大国,现在每年产销量都在2600万辆以上,今年到2600万辆以上。但是我前面有一张幻灯片没讲,在车用新材料方面,专业的新材料方面只有几个公司做得比较好,而且和德国、日本的公司相比,差距还非常大。

        第三是材料和加工成本控制难度大,国内的车企还无法承受。去年下半年的时候我曾经召集材料行业和汽车行业的同仁们一起开过一个座谈会,大家发现,材料的成本固然有差异,比如说碳纤维复合材料,加工的成本可能表现得更为突出,因为传统的材料的加工技术很成熟,自动化设备都很成熟。用了像碳纤维复合材料这样的新材料以后,相应的加工自动化设备没有跟上,这样使得加工部件的劳动生产力大大降低,也提高了汽车使用的成本。

        第四个差距,国内还没有完整的汽车塑料的零部件技术和材料标准和技术支持标准,就是国内标准没有跟上汽车工业的发展。

        第五个差距,汽车企业和材料企业的融合度不够,所以就发现汽车企业对国内的材料企业技术和材料发展情况都不太熟悉,材料企业也不太清楚汽车行业对材料有什么样清晰的需求。其实中国最大的化工企业——中石化,他们对汽车轻量化也一直很关注,但是和汽车行业还是没有很好地互动起来。这个方面德国是表现得非常好的,我10月份去德国,它的化工新材料企业在汽车新材料方面占比非常高,互动得非常好。

        最后讲一下关于新材料产业发展的问题。去年12月份国家正式成立了一个国家新材料产业发展领导小组,因为新材料也是《中国制造2025》重点突破的领域之一,和新能源汽车是一样的,马凯副总理担任领导小组的组长,这个领导小组的规格和制造强国领导小组的规格是完全一样的。在周一的时候,领导小组召开了第一次会议,马凯副总理对新材料的发展提出了五点要求,一是坚持需求牵引、战略导向。聚焦国家重大战略亟需和产业发展的瓶颈,加快发展一批关键基础材料和前沿新材料。汽车轻量化的材料毫无疑问就属于国家重大战略亟需和产业发展的重点。二是坚持驱动创新、重点突破。三是坚持产用结合,军民融合。四是坚持市场导向,政府推动。

        轻量化材料是当前新材料发展战略重点领域。新材料产业发展领导小组的办公室就放在工信部,由原材料司具体承办。下一步的工作将是围绕着总体的要求和产业发展的需要来深入推进这项工作。在推进汽车轻量化新材料方面有这样几个考虑,一是要通过部内现有的政策来支持汽车轻量化材料的研发和产业化。二是要组织行业协会、企业和专家,把汽车工业材料的标准体系,这个标准的短板补起来。第三个是要鼓励产业链上下游合作,就是材料和企业、和汽车企业能够建立,通过上下游合作的形式,建立联盟,来推动上下游融合。第四个,将考虑创造条件,推动电动汽车行业和材料行业的骨干企业联合起来,成立一个轻量化新材料的产业基金,通过市场的力量来聚集更多社会力量推动汽车轻量化的发展。 文章来源:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?show=detail&c_id=246&news_id=4313