汽车工业发展历程及化工材料在汽车轻量化中的运用分析

汽车工业作为我国国民经济的关键领域，近年来致力于节能减排目标的实现，成功研发了一系列新技术。通过运用高分子材料替换钢材，实现了汽车轻量化的目标，并取得了显著成效。本研究以汽车轻量化过程中化工材料的运用为切入点，深入探讨了中国汽车工业的发展现状，并对化工材料在汽车轻量化进程中的应用进行了详尽的分析。

关键词：汽车；轻量化；化工材料；运用

引言

汽车产品的发展历程中，依次经历了独立生产制造、流水线作业生产制造以及工业产业链条生产制造三个关键阶段。在这些阶段的发展过程中，科学技术和管理技术的应用始终是推动汽车产品生产制造进步的关键因素。目前，汽车产业动力系统正朝着多元化方向发展，涵盖了柴油、汽油、油气混合、天然气、甲醇、电力以及新能源等多种动力形式，这些动力形式广泛应用于汽车的生产与制造过程。在这些动力中，新能源汽车的发展势头尤为迅猛。此外，随着新型材料的问世和广泛应用，汽车制造业正迎来一场变革，在这个过程中，化工材料以及汽车轻量化设计理念正逐步成为主流，并在众多发展道路上扮演着核心角色。

汽车轻量化概述

众多汽车产业发展道路中，汽车轻量化举措有助于提升汽车的节能效果，并显著增强其在加速和操控方面的表现，从而为用户带来新颖且舒适的驾驶感受。这一发展模式，不仅成为汽车产业整体升级转型的新途径，而且与我国汽车制造业的升级方向相契合，同时满足了生态文明建设的要求。因此，该领域的未来发展态势相对明朗。在近年来的发展中，我国汽车产业以节能减排为宗旨，成功研发了一系列新技术。通过使用高分子材料等新型化工产品来替换传统钢材，有效减轻了汽车重量，并取得了显著成效。观察汽车轻量化的实现途径，一方面，这一进程与我国汽车产业的“工业设计水平”提升有着紧密的联系。另一方面，新材料的研究与设计，以及化工材料在汽车各部件中的运用，正逐渐展现出多样化的特点。因此，在汽车结构设计以及化工材料研发应用的双重推动下，有助于实现汽车轻量化的全面进步和持续发展。

汽车轻量化中的化工材料运用现状分析

针对汽车轻量化领域内化工材料的运用情况，我们将对其应用现状、具体使用部位以及所发挥的作用等方面进行详细剖析。

汽车轻量化领域所采用的化工原料，主要集中于塑料和复合材料两大类。在塑料领域，工程塑料占据了主导地位，其中包括尼龙、高级聚烯烃和聚碳酸酯等。而在复合材料领域，树脂基纤维增强材料则成为主流，具体包括碳纤维类的高性能纤维和环氧树脂类热固性树脂材料等。此外，复合材料通常归类于高分子材料范畴，其成型、加工和应用过程，均能遵循具备“质量体系管理标准”特性的工艺流程进行生产。同时，它还致力于达成“个性化定制生产”的宗旨。这类材料在汽车轻量化生产要素上的竞争优势，主要体现在技术含量丰富、功能强大、性能卓越以及质量轻薄等几个方面。分析当前化工材料在汽车轻量化领域的应用情况，我们发现其应用范围已遍及汽车各个部分。例如，动力系统组件、车窗组件、内饰和外饰部分，以及车身结构等方面，几乎囊括了汽车的全部构成要素。以塑料这一在汽车轻量化中应用较为广泛的材料为例，它已在汽车上实现了40个具体部位的应用。

以车身内部化工材料的运用现状为参照，我们可以看到，在“白车身”以及车身覆盖件的主要结构部分，这些材料已经得到了有效的应用。具体来说，在“白车身”领域，工程塑料和CFRP—碳纤维复合材料等轻量化材料的应用，主要集中在增强受力结构的强度。以宝马7系列汽车为例，在骨架加固件的材料选择上，CFRP—碳纤维复合材料成为了首选。具体来说，以钢材构成的车身基本框架上，特别在车顶横梁、C柱与A柱的加固部件、行李箱以及车内隔断等特定区域，引入了CFRP——碳纤维复合材料。从应用效果来看，车身骨架的减轻量大约为40公斤，而整个车型的减轻量则大约在130公斤左右。此外，在B柱部分采用尼龙塑料加固件，也能使整体减轻量增加至2.9公斤。在宝马i3系列车型中，广泛采用了CFRP碳纤维复合材料，这一举措在宝马i7系列已减轻的重量数据基础上，实现了进一步的减重目标，将减轻量提升至250至350公斤之间，平均减轻量更是接近300公斤。

汽车轻量化中的化工材料用量分析

观察汽车轻量化进程中的化工材料使用状况，可以发现，一方面，化工新材料的广泛应用正逐步取代传统钢材，确立了“以塑料代替钢铁”的崭新应用模式。以聚丙烯（PP）为例，这一替代策略主要得益于其四大显著优势的充分发挥，即其耐久性、外观、环保性以及综合性能，从而成功实施了“以塑料代替钢铁”的变革方案。另一方面，在当前汽车轻量化领域化工材料的使用现状上，我们正逐步将先前多样化的应用模式，转变为“专用专用”的策略，并更加突出在各个不同部位，采用“最为适宜”的化工新材料。以聚乙烯（PE）的应用为例，它主要集中用于燃油箱，这正属于汽车油箱“专用专用”的典型应用。化工材料在推动汽车轻量化方面，不仅展现出多样化的特点，而且特别注重其在具体应用中的精准性和效用最大化。

北京石油和化学工业规划院在2019年1月发布的“中国车用塑料量分析及预测”报告显示，我国在汽车轻量化过程中，化工材料的消耗量较为显著。以“中国制造2025”规划中的关键年份为参照，即2017年、2020年及2025年，聚乙烯（PE）在这三个年份的汽车领域消耗量分别约为10万吨、20万吨、22万吨；聚丙烯（PP）的消耗量则分别为190万吨、210万吨、280万吨；而尼龙（PA）的消耗量则分别为23万吨、30万吨、50万吨。不同塑料材料在我国汽车中的用量分析与预测如表1所示。

表1 中国车用塑料量分析与预测 单位：万t

综合上述数据分析和预测成果，观察我国在汽车轻量化道路上的产业转型，展现出一定的成长潜力。同时，化工材料的应用正逐渐向多元化与专用化相结合的模式发展。尽管如此，仅以车用塑料消耗量作为衡量标准的分析和预测，仍无法全面揭示汽车轻量化过程中化工材料的使用状况。因此，我们必须对化工材料在汽车减轻重量方面的应用过程中所显现出的问题进行深入剖析。

汽车轻量化中的化工材料运用问题

首先，在分析汽车轻量化对化工材料的“需求侧”以及化工材料的“供给侧”时，可以发现二者之间存在着“非均衡性”。一方面，由于化工材料相关产品的研发设计相对滞后，导致在化工“新材料”领域仍存在“短板”。这一现象进而导致了初级化工材料的供给量较大，而新型材料的供给量则相对不足。另一方面，针对汽车轻量化对化工材料的需求，初级化工材料面临生产过剩的困境；与此同时，在涉及高分子合成材料以及较为新颖的化工材料领域，却未能充分满足汽车工业在轻量化方面的进展要求。以PC、PA产品为例，其自给率分别仅为35%和50%，尽管存在拓展潜力和盈利空间，但由于缺乏创新性的研发设计，导致产品应用受到限制。此外，工程塑料的改性产品亦存在一些问题。通过参与国际间的行业竞争，我们能够对其性能进行对比，发现其中仍有改进和提升的空间。

其次，化工材料的各类产品在质量管理体系的标准构建上存在一些缺陷，这进而引发了产品系列在使用上的不规范现象。与此同时，生产工艺与汽车轻量化市场的定制需求之间也存在一定的分歧，这种情况很容易在订单处理完毕后，导致生产和应用之间的脱节。在现今阶段，大数据技术已被广泛运用于汽车轻量化领域。通过对各类化工材料应用数据的持续研究，我们大体可以得出其产品系统性能不佳的结论。究其原因，主要是汽车产业在初步转型期间，对新型汽车产品生产制造全产业链的分析不够全面，这导致了化工材料研发设计与汽车轻量化发展之间存在一定的“不匹配”。在突破性新材料研发领域，受限于“创新不足”，我们未能构建起一套有效的“材料推动发展”的机制。

汽车轻量化中的化工材料运用建议

为了解决上述问题，我们应当借鉴汽车轻量化产业在发展过程中形成的“产业链思维”。需将汽车轻量化过程中所使用的化工材料，作为一个独立的专业项目来对待。接着，采用现代产业链中的“6+1”模式以及“4+1”模式，来提升化工材料的研发与设计能力。

在现今的大数据应用背景下，我们能够依据“订单处理、工艺改进、生产加工以及售后服务”这四大核心环节，推行化工材料的综合生产制造模式，从而使之与我国汽车行业在轻量化进程中的“定制化需求”相契合，进而构建起一个相对平衡的“需求与供给”体系。

例如，从化工材料产品创新发展的视角出发，依托于整体经济体系架构所倡导的“系统性思维”，采用“产业链生产制造与系统性生产管理相结合”的基本策略，遵循“化工新材料研发项目启动、产品设计、材料生产、订单处理、市场销售、售后服务”的“6+1”流程，逐步推进化工新材料的开发工作，同时参照我国同行业质量管理体系的标准，努力解决其系列产品在系统性方面存在的不足。

此外，需从“中国制造2025”工业战略的高度出发，培育专注于为汽车轻量化提供服务的化工材料产业，通过优化产业链条上的资源配置，逐步提升我国化工材料的自给能力，同时，推动化工材料产业的快速扩张，以实现与汽车轻量化产业的整体协调发展。

结语

总结来看，首先，在推动汽车轻量化的进程中，必须对化工材料的选用部位、使用量以及潜在问题进行详尽的剖析。其次，这包括对材料在汽车结构中的具体应用、使用比例以及可能出现的风险进行深入的研究。另一方面，我们应当采用国际与国内市场的“双重视角”，关注汽车轻量化领域内，国内外同行在新型材料研发设计及其实际应用方面的最新进展。力求在相同的发展阶段，运用“大数据”技术对我国汽车轻量化所需的材料进行深入分析，为新型材料的研发及传统化工材料的运用提供更为精确的工艺参数，以此拓宽我国汽车产业在轻量化发展道路上的化工材料应用潜力。

来源：期刊-《化工管理》；作者：丁伟，张艳

(商丘师范学院)