本刊编写组
近年来，我国汽车产业迅猛发展，有力地拉动了经济增长，满足了人民群众对家庭汽车的需求。然而，随着汽车产量和保有量的持续高速增长，也带来环境污染和能耗激增两大严重的负面问题。
在石油消费品中，汽车大约占到35%，比重之大，可见一斑。据统计，汽车排出的CO2占人类CO2排放总量的20%以上。因此，要想降低地球CO2排放总量，就必须首先大力减少汽车的CO2排放量。在不降低汽车有效空间和车身强度的前提下，要想降低汽车能耗，唯一可行的办法就是降低汽车的自重。研究显示，汽车自重每减少10%，燃油消耗可降低6%—8%，排放CO2降低5%—6%。整车重量每减轻100公斤，百公里油耗可以下降0．1升。而燃油消耗每减少1L，CO2排放量就能减少2.45kg。据公安部交管局公布的数据显示，截至2011年8月底，全国机动车保有量达到2.19亿辆。
按照每辆车减少重量100公斤、每辆车每年行驶15000公里计算，则全国每年可以节约燃油300万升，可以减排二氧化碳800万吨。可见，汽车轻量化是实现节能减排的重要手段和方法。为此，世界各国汽车制造商正在积极进行汽车轻量化研发。譬如,欧洲各车厂计划2011年以后出厂的新车以减重7-8％为目标，到2016 年以后,再减重7-8％。
欧洲、美国、日本等主要汽车生产厂商都在推进汽车轻量化项目。欧洲的汽车制造商正在进行“超轻型汽车”工程，力争减轻车重30%。我国汽车轻量化技术战略联盟宣布要通过3-5年时间，使我国汽车平均自重降低8%-10%。而汽车要实现“瘦身”（轻量化）目标，采用更加密度低（质量轻）、强度高、耐腐蚀的材料替代传统的钢材势在必行。
在石油消费品中，汽车大约占到35%，比重之大，可见一斑。据统计，汽车排出的CO2占人类CO2排放总量的20%以上。因此，要想降低地球CO2排放总量，就必须首先大力减少汽车的CO2排放量。在不降低汽车有效空间和车身强度的前提下，要想降低汽车能耗，唯一可行的办法就是降低汽车的自重。研究显示，汽车自重每减少10%，燃油消耗可降低6%—8%，排放CO2降低5%—6%。整车重量每减轻100公斤，百公里油耗可以下降0．1升。而燃油消耗每减少1L，CO2排放量就能减少2.45kg。据公安部交管局公布的数据显示，截至2011年8月底，全国机动车保有量达到2.19亿辆。
按照每辆车减少重量100公斤、每辆车每年行驶15000公里计算，则全国每年可以节约燃油300万升，可以减排二氧化碳800万吨。可见，汽车轻量化是实现节能减排的重要手段和方法。为此，世界各国汽车制造商正在积极进行汽车轻量化研发。譬如,欧洲各车厂计划2011年以后出厂的新车以减重7-8％为目标，到2016 年以后,再减重7-8％。
欧洲、美国、日本等主要汽车生产厂商都在推进汽车轻量化项目。欧洲的汽车制造商正在进行“超轻型汽车”工程，力争减轻车重30%。我国汽车轻量化技术战略联盟宣布要通过3-5年时间，使我国汽车平均自重降低8%-10%。而汽车要实现“瘦身”（轻量化）目标，采用更加密度低（质量轻）、强度高、耐腐蚀的材料替代传统的钢材势在必行。
汽车轻量化，塑料需求大增
在汽车制造中，用来取代钢材的材料一般是塑料复合材料。复合材料是以一种材料为基体，另一种材料为增强体组合而成的材料，通常有碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维等。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的需求。一般复合材料相对密度在1.5—2.0之间，只有碳钢的1/4—1/5，可其力学性能却达到或超过合金钢的性能。因此使用复合材料，可减轻零部件约40%的质量。
现代汽车的材料约有10%以上由复合材料构成，主要被用来制造汽车中的次承力件或非承力件。美国增长咨询公司——弗若斯特沙利文10月上旬发表研究报告称，目前，塑料大都使用在汽车的内外饰件上，如仪表板、车门内板、顶棚、副仪表板、杂物箱盖、座椅及各类护板、侧围内衬板、车门防撞条、扶手、车窗、散热器罩、座椅支架等。而后逐渐向结构件、功能件和车身覆盖件方向发展。目前塑料约占中等大小乘用车质量的12%左右，主要应用在汽车外观、内饰以及引擎盖下的部件，主要车用塑料有聚丙烯（PP）、聚氨酯（PU）、聚酰胺（PA）、ABS等。目前应用于汽车外观和内饰的塑料趋于成熟，而引擎罩下的塑料应用还处于初级阶段。
现代汽车的材料约有10%以上由复合材料构成，主要被用来制造汽车中的次承力件或非承力件。美国增长咨询公司——弗若斯特沙利文10月上旬发表研究报告称，目前，塑料大都使用在汽车的内外饰件上，如仪表板、车门内板、顶棚、副仪表板、杂物箱盖、座椅及各类护板、侧围内衬板、车门防撞条、扶手、车窗、散热器罩、座椅支架等。而后逐渐向结构件、功能件和车身覆盖件方向发展。目前塑料约占中等大小乘用车质量的12%左右，主要应用在汽车外观、内饰以及引擎盖下的部件，主要车用塑料有聚丙烯（PP）、聚氨酯（PU）、聚酰胺（PA）、ABS等。目前应用于汽车外观和内饰的塑料趋于成熟，而引擎罩下的塑料应用还处于初级阶段。
据统计，上世纪90年代欧洲、美国每辆汽车上应用的玻璃钢达到60公斤到80公斤，而目前我国国内每辆汽车上应用的玻璃钢平均还不到10公斤。弗若斯特沙利文公司报告指出，PP是应用在汽车外观和内饰中的主要塑料，约占汽车塑料使用量的45.5%，预计2016年以前用年均量复合增长率为8.5%，2016年用量将达到488万吨；PU是主要应用于车座，约占总使用量的17.5%，同时由于其良好的结构性能，还将在汽车NVH(噪声、振动和声振粗糙度)系统中扩展应用。
预计2016年以前年均用量复合增长率为6.8%，2016年用量将达168万吨；PA主要应用于汽车引擎盖下的部件，包括散热器风扇罩、进气管、发动机罩、散热器末端水箱和电池托盘等位置，在替换金属管、温控器外壳、充电风管、水泵叶轮和出水阀门等部件方面还有很大的发展潜力预计2016年以前年均用量复合增长率可达10.6%，到2016年用量将达122.2万吨；ABS工程塑料主要应用于汽车内饰的仪表板、格栅、装饰、顶棚和汽车音响等部件，预计2016年以前年均用量复合增长率可达4.4%，到2016年用量将达65万吨，总体需求将达到850万吨。如此之大的需求量，无疑为塑料工业的发展注入了新的活力，将极大地促进塑料工业的发展。
预计2016年以前年均用量复合增长率为6.8%，2016年用量将达168万吨；PA主要应用于汽车引擎盖下的部件，包括散热器风扇罩、进气管、发动机罩、散热器末端水箱和电池托盘等位置，在替换金属管、温控器外壳、充电风管、水泵叶轮和出水阀门等部件方面还有很大的发展潜力预计2016年以前年均用量复合增长率可达10.6%，到2016年用量将达122.2万吨；ABS工程塑料主要应用于汽车内饰的仪表板、格栅、装饰、顶棚和汽车音响等部件，预计2016年以前年均用量复合增长率可达4.4%，到2016年用量将达65万吨，总体需求将达到850万吨。如此之大的需求量，无疑为塑料工业的发展注入了新的活力，将极大地促进塑料工业的发展。
复合材料质优价廉，代钢使用前景光明
汽车轻量化所需要的原材料也绝不止塑料一种，常用的就有铝镁合金、钛镁合金、玻璃钢、陶瓷等等，而塑料复合材料能够异军突起，一是靠塑料改性后形成的复合材料的卓越性能；二是靠塑料低廉的价格。低密度与超低密度片状成型塑料是由非金属为主的有机物组成的复合材料即纤维增强塑料，是一种增强纤维和塑料复合而成的材料，常用的是玻璃纤维和热固性树脂的复合材料。随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。
因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。纳米改性塑料可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了合成材料的综合性能。环氧高性能复合材料在各行业应用中具有非常明显的优势。
主要体现在以下几个方面：
一是充分利用和发挥了复合材料各向异性的特点，实现了在更高层次上的材料可设计性，按受力状态铺层。从而合理地、有效地发挥原材料的性能，减轻制品的重量，得到非常高的比强度和比模量；
二是通过精心设计和细心制作，高度实现材料的复合效应，从而充分发挥了各组成材料的潜在能力，获得了原材料所没有的优异性能和新用途；
三是耐疲劳性和减振性优异，即使在已有损伤的情况下也很难观察到损伤在疲劳下的扩展，这是环氧复合材料在航空、航天领域广泛应用的重要原因；
四是材料设计和结构设计，材料成型和构件成型是同时一次完成、不可分开的；
五是由于上述特点，环氧高性能复合材料的设计和制造必须从结构设计、材料、工艺和模具等方面综合考虑，并由这几方面的技术人员协调配合才能完成。
因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。纳米改性塑料可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了合成材料的综合性能。环氧高性能复合材料在各行业应用中具有非常明显的优势。
主要体现在以下几个方面：
一是充分利用和发挥了复合材料各向异性的特点，实现了在更高层次上的材料可设计性，按受力状态铺层。从而合理地、有效地发挥原材料的性能，减轻制品的重量，得到非常高的比强度和比模量；
二是通过精心设计和细心制作，高度实现材料的复合效应，从而充分发挥了各组成材料的潜在能力，获得了原材料所没有的优异性能和新用途；
三是耐疲劳性和减振性优异，即使在已有损伤的情况下也很难观察到损伤在疲劳下的扩展，这是环氧复合材料在航空、航天领域广泛应用的重要原因；
四是材料设计和结构设计，材料成型和构件成型是同时一次完成、不可分开的；
五是由于上述特点，环氧高性能复合材料的设计和制造必须从结构设计、材料、工艺和模具等方面综合考虑，并由这几方面的技术人员协调配合才能完成。
美国复合材料在20世纪90年代则是年年增长，年均增长率约为美国GDP增长率的2倍，为4%一6%不等。2000年，美国复合材料的年增长率为4%左右，年产量达170万吨左右。美国复合材料市场的稳步增长主要归功于汽车用复合材料的迅速增加。复合材料大量使用在汽车上，并使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。中国内地自从改革开放以来，复合材料发展迅速，年均增长率达8%～9%左右，随着中国台湾地区电路板生产基地向内地迁移，中国内地复合材料市场将会有更大的发展，2006年大陆复合材料总产量达185万吨。
一些国家或地区汽车能源使用效率标准的实施，推动了轻型汽车的发展，汽车厂商正在着手加大研发力度，拓展塑料材料在汽车上的应用。宝马汽车公司减轻汽车质量的举措中包括使用低质量的热塑性塑料取代钢材来加固和连接其宝马5系车的部件，这样每辆车可以减重10千克。奔驰和大众汽车也在积极推动用塑料替换金属，以获取更轻便的车型和更优良的性能。
与此同时，金砖四国对汽车需求的增长将给车用塑料供应商提供新的商机。尽管美国和欧洲汽车市场在次贷危机以后需求萎靡不振，但是巴西、俄罗斯、印度和中国的需求依然强劲，因此，汽车生产商以及上游原材料供应商将关注这些地区，为未来车用塑料使用量的提升做准备。
与此同时，金砖四国对汽车需求的增长将给车用塑料供应商提供新的商机。尽管美国和欧洲汽车市场在次贷危机以后需求萎靡不振，但是巴西、俄罗斯、印度和中国的需求依然强劲，因此，汽车生产商以及上游原材料供应商将关注这些地区，为未来车用塑料使用量的提升做准备。
以塑代钢，品牌“减肥”成亮点
现在，随着材料科学的发展，高强度、轻质量的材质越来越先进，在汽车上的运用也越来越广泛。在减重的同时，汽车性能不但没有减弱，而且还有不同程度的改善和提高。如宝马Z43．0si配备的新款3．0升直列6缸发动机仅重161公斤，为同级发动机中最轻的；POLO劲情、劲取的发动机也采用了薄壁缸体，并通过一系列轻量化的改进来减轻机械机构的重量，最终比上一代减负20多公斤。
在北京举行的2011中国国际电动汽车充(换)站建设展览会上，拜耳材料科技公司展出了以聚碳酸酯和聚碳酸酯共混物为主要原料生产的包括电动汽车上多种以塑代钢的汽车轻量化产品，以及各种充电器模型；新一代奥迪R8将更加轻量化，比现款甚至能轻100kg。虽然车身进行了轻量化，但是车身的抗扭强度却提升了30%，达到40000N•m，该数据比兰博基尼Aventador和法拉利458 Italia还要强。
莲花跑车可谓当今汽车轻量化的最为杰出的代表，以莲花2010ExigeCup260为例，该车采用来自Toyota（丰田）的1.8升机械增压发动机，最大马力260马力，搭配6速手排变速箱，其百公里加速却只需4.1秒，达到超级跑车的性能，其秘密就在于车身的轻量化。莲花2010ExigeCup260在顶、尾门、中控台、后扰流尾翼等部位使用碳纤维材质，同时也使用了铝合金机械增压管路、轻量化锻造铝圏、轻量化飞轮和轻量化电池等轻量化材料，这让2010ExigeCup260的重量仅有890kg。
但是莲花并没有失去其操控稳定性能，2010ExigeCup260通过将后底盘刚性增加30％，前308mm后282mm的大刹车碟盘，比2009ExigeCup260的尾翼宽181mm高46mm，在160km/h时可提供42kg下压力的大型扰流尾翼，让Exige车型原本已经非常出色的操控和转向能力获得更进一步的提升；上世纪80年代后期到90年代末，“全塑汽车”的概念曾经在国内汽车界轰动一时。北京、山东、浙江、重庆等地的汽车生产厂家，均生产过全环氧玻璃钢车身。
但基本上是手工糊制，档次有待提高。东风客车公司采用手糊成型工艺生产的一款高速客车的全玻璃钢车身，每辆消耗玻璃钢约250公斤；北京汽车玻璃钢有限公司采用手糊成型工艺生产驾驶室，全车身重量仅600多公斤；哈尔滨哈南工业新城最近正在做一个叫汽车“以塑代钢”的项目，项目大量应用新型高分子复合材料，不仅可以减轻汽车零部件40％的重量，还使采购成本降低40％左右，采用这些材料制造的汽车成本优势突出，市场竞争力非常大。哈尔滨经济技术开发区管委会主任于德志表示，这个项目的研究成果非常喜人。业内专家预测：“全塑汽车”时代即将来临！
在北京举行的2011中国国际电动汽车充(换)站建设展览会上，拜耳材料科技公司展出了以聚碳酸酯和聚碳酸酯共混物为主要原料生产的包括电动汽车上多种以塑代钢的汽车轻量化产品，以及各种充电器模型；新一代奥迪R8将更加轻量化，比现款甚至能轻100kg。虽然车身进行了轻量化，但是车身的抗扭强度却提升了30%，达到40000N•m，该数据比兰博基尼Aventador和法拉利458 Italia还要强。
莲花跑车可谓当今汽车轻量化的最为杰出的代表，以莲花2010ExigeCup260为例，该车采用来自Toyota（丰田）的1.8升机械增压发动机，最大马力260马力，搭配6速手排变速箱，其百公里加速却只需4.1秒，达到超级跑车的性能，其秘密就在于车身的轻量化。莲花2010ExigeCup260在顶、尾门、中控台、后扰流尾翼等部位使用碳纤维材质，同时也使用了铝合金机械增压管路、轻量化锻造铝圏、轻量化飞轮和轻量化电池等轻量化材料，这让2010ExigeCup260的重量仅有890kg。
但是莲花并没有失去其操控稳定性能，2010ExigeCup260通过将后底盘刚性增加30％，前308mm后282mm的大刹车碟盘，比2009ExigeCup260的尾翼宽181mm高46mm，在160km/h时可提供42kg下压力的大型扰流尾翼，让Exige车型原本已经非常出色的操控和转向能力获得更进一步的提升；上世纪80年代后期到90年代末，“全塑汽车”的概念曾经在国内汽车界轰动一时。北京、山东、浙江、重庆等地的汽车生产厂家，均生产过全环氧玻璃钢车身。
但基本上是手工糊制，档次有待提高。东风客车公司采用手糊成型工艺生产的一款高速客车的全玻璃钢车身，每辆消耗玻璃钢约250公斤；北京汽车玻璃钢有限公司采用手糊成型工艺生产驾驶室，全车身重量仅600多公斤；哈尔滨哈南工业新城最近正在做一个叫汽车“以塑代钢”的项目，项目大量应用新型高分子复合材料，不仅可以减轻汽车零部件40％的重量，还使采购成本降低40％左右，采用这些材料制造的汽车成本优势突出，市场竞争力非常大。哈尔滨经济技术开发区管委会主任于德志表示，这个项目的研究成果非常喜人。业内专家预测：“全塑汽车”时代即将来临！
机遇均等，谁将占得先机？
汽车轻量化趋势，增大了对塑料的需求，为塑料产业带来巨大的发展机遇，然而，决不是所有的塑料都能进军器械和市场！只有那些具备优良性能、适合汽车使用、又价格相对低廉的塑料才能进入汽车市场，为汽车制造商所青睐。为此。我国塑料生产企业应该加大研发投入，提高塑料耐热方面的性能；同时加大宣传和推广力度，消除人们对车用塑料性能的误解；集成全国轻量化技术优势，开展产、学、研大联合，建立资源共享的汽车轻量化技术科技创新平台。
积极推进产、学、研的合作与交流；制定汽车轻量化技术重要产品和检测方法等规范及标准；建立高水平的相关产业技术人才培养基地和提供技术咨询的服务机构；建立汽车轻量化技术科技创新平台。研究国内外汽车轻量化技术的现状、发展趋势及发展环境，随时掌握国内外汽车轻量化技术发展动态，探求突破前瞻性技术瓶颈问题的方法与措施。采用定性与定量相结合的方法，分析不同汽车轻量化材料的不同设计理念和不同制造工艺对汽车节能、环保、安全和可靠性的影响。
针对汽车关键零部件对材料的使用要求，开发研究轻质、高性能、易成形、可回收的新型先进轻量化材料，为节能型汽车的设计制造提供材料基础和技术支撑；对汽车轻量化技术及新型材料的应用技术进行深入研究，突破有关汽车轻量化材料开发与制造方面的难点和关键瓶颈技术。开发汽车车身、底盘、动力传动系统等大型零部件整体加工技术和相关的模块化设计和制造技术，使节能型汽车从制造到使用的各个环节都真正实现节能、环保。
研究常用汽车零部件模块化设计数据库及模块化方案，建立模块化设计知识库和专家系统；加强高强度、轻量化先进材料在汽车制造领域的应用基础研究。通过开展基于CAE的冲压工艺设计和优化方法研究，提出轻量化材料冲压回弹预测与补偿、起皱和拉裂预测与消除、毛坯反求与优化的新工艺、新理论与方法。以CAE技术作为获取知识的手段，建立先进材料成型工艺专家库和零件性能数据库，为新材料的推广应用打下坚实的基础，缩短我国与发达国家在基础数据方面的差距。
积极推进产、学、研的合作与交流；制定汽车轻量化技术重要产品和检测方法等规范及标准；建立高水平的相关产业技术人才培养基地和提供技术咨询的服务机构；建立汽车轻量化技术科技创新平台。研究国内外汽车轻量化技术的现状、发展趋势及发展环境，随时掌握国内外汽车轻量化技术发展动态，探求突破前瞻性技术瓶颈问题的方法与措施。采用定性与定量相结合的方法，分析不同汽车轻量化材料的不同设计理念和不同制造工艺对汽车节能、环保、安全和可靠性的影响。
针对汽车关键零部件对材料的使用要求，开发研究轻质、高性能、易成形、可回收的新型先进轻量化材料，为节能型汽车的设计制造提供材料基础和技术支撑；对汽车轻量化技术及新型材料的应用技术进行深入研究，突破有关汽车轻量化材料开发与制造方面的难点和关键瓶颈技术。开发汽车车身、底盘、动力传动系统等大型零部件整体加工技术和相关的模块化设计和制造技术，使节能型汽车从制造到使用的各个环节都真正实现节能、环保。
研究常用汽车零部件模块化设计数据库及模块化方案，建立模块化设计知识库和专家系统；加强高强度、轻量化先进材料在汽车制造领域的应用基础研究。通过开展基于CAE的冲压工艺设计和优化方法研究，提出轻量化材料冲压回弹预测与补偿、起皱和拉裂预测与消除、毛坯反求与优化的新工艺、新理论与方法。以CAE技术作为获取知识的手段，建立先进材料成型工艺专家库和零件性能数据库，为新材料的推广应用打下坚实的基础，缩短我国与发达国家在基础数据方面的差距。
机会总是留给做好充分准备的人， 我国只有在这些方面的研究取得快速进展，才能占得先机，在市场竞争中立于不败之地。
