在“雙碳”環(huán)境下，采用新技術(shù)、新材料、新工藝是供應(yīng)鏈領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳減排（第一屆全國有色金屬電化學(xué)與碳減排會議）的關(guān)鍵，從汽車零部件的開發(fā)設(shè)計到研究試制，從批量生產(chǎn)到原材料選用，幾乎各個環(huán)節(jié)都可以深入挖掘潛力，減少碳排放。因此，新型材料在汽車上的應(yīng)用，對于汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展意義重大。
目前，汽車車身用材料大致可分為兩大類，第一類是金屬材料，包括鋼板、鑄鐵等重金屬材料，以及鋁、鎂、鈦等輕金屬及其合金材料、泡沫金屬等材料；第二類是非金屬材料，包括工程塑料、纖維、樹脂、玻璃、橡膠、非金屬泡沫材料、非金屬復(fù)合材料等。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，復(fù)合材料和納米材料將會在未來汽車材料中廣泛應(yīng)用。
在全球節(jié)能與環(huán)保的大勢所趨下，汽車材料的使用圍繞著輕量化、更環(huán)保、低VOC、更健康、更舒適等方向發(fā)展。
汽車產(chǎn)業(yè)在經(jīng)過了多年高速增長后，正進(jìn)入產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和技術(shù)升級的新時期。在“雙積分”法規(guī)以及新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策的雙重驅(qū)動下，車用材料也迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。傳統(tǒng)以鋼為主的汽車用材結(jié)構(gòu)，正向鋼鋁混合、全鋁車身、塑料復(fù)合材料和鎂合金等多材料混合應(yīng)用的趨勢發(fā)展。
番茄、蛋殼、大豆，這些東西看起來與被稱作是“鋼鐵之軀”的汽車風(fēng)馬牛不相及，但汽車制造商、零部件廠商、材料廠商正在將越來越多的生物材料引入汽車制造業(yè)。實際上，福特早在上世紀(jì)20年代起就致力于生物材料的使用，當(dāng)時亨利·福特就在T型車上使用了麥草。此后，大豆材質(zhì)的泡沫、密封件、墊圈，蓖麻材質(zhì)的泡沫、塑料及天然纖維增強(qiáng)材料均開始被福特及其他車企使用。
生物基材料是指以可再生資源（如農(nóng)作物、廢棄物、樹木、其他植物及其殘體和內(nèi)含物等）為原料，通過生物合成、生物加工、生物煉制過程獲得的生物質(zhì)合成材料、生物質(zhì)再生材料和基礎(chǔ)化工原料。
相比于傳統(tǒng)的石油基材料，生物基材料具有降低原料成本等優(yōu)勢，因此，生物基材料正成為未來汽車材料發(fā)展的一大趨勢。近幾年來，各大汽車巨頭以及原材料供應(yīng)商也紛紛針對汽車巿場，定向?qū)I(yè)地開發(fā)用于汽車加工的生物基材料汽車零部件，為汽生態(tài)汽車?yán)砟钭⑷胄碌幕盍Α?/span>
生物基材料在汽車上的應(yīng)用方式主要分為三種：
一是生物基材料傳統(tǒng)應(yīng)用，如木質(zhì)內(nèi)飾、棉紡織品和皮革座椅等；
二是生物基原材料加工成聚合物，該生物基聚合物具有與傳統(tǒng)石油基塑料相類似的性能；
三是生物基材料作為增強(qiáng)材料或填充材料與樹脂制備成復(fù)合材料。
生物基材料的傳統(tǒng)應(yīng)用主要是指直接應(yīng)用生物基原材料而無需復(fù)雜的生物合成或化學(xué)合成作用。如利用木材制備汽車實木面板，利用天然橡膠制備汽車輪胎、油管以及傳動帶等，利用動植物油制備齒輪潤滑油和車身涂料，利用棉花制備汽車棉紡制品內(nèi)飾，利用動物的皮毛制備汽車皮革內(nèi)飾等。原料來源可再生，能夠完全降解，而且在使用過程中對人體無毒無害，屬于比較理想的汽車用材料。
制造商Flexform Technologies釆用樹脂噴涂非織造麻纖維的氈狀墊，然后在模具中壓制成適當(dāng)?shù)男螤?，如汽車車門內(nèi)板。他們還創(chuàng)造了一種由韌皮纖維和聚合物纖維混合的無紡布墊，將該墊加熱并模塑成型，可以用于汽車內(nèi)飾件，而且不需要使用任何樹脂，材料質(zhì)輕且堅固。
奔馳LX概念車使用從甘蔗渣中提取的纖維做原料，制造車身零件，經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚恚收崂w維車身結(jié)構(gòu)具有一定的剛度和耐久性，而且可生物降解，體現(xiàn)出保護(hù)和尊重自然環(huán)境的理念。
1. 新型生物材料不斷涌現(xiàn)
美國俄亥俄州立大學(xué)教授卡特里娜·科尼什曾在美國農(nóng)業(yè)部工作過，年輕時遇到的一件事給她留下了深刻印象。
當(dāng)時她看到一輛卡車裝載著剛摘下來的滿車番茄從農(nóng)場運出來，與大多數(shù)人關(guān)注點不同的是，她瞬間意識到，放在最下層的番茄能承受那么大的壓力，那么番茄皮一定非常結(jié)實。
25年過去了，科尼什現(xiàn)在成了一名替代天然橡膠、橡膠生物合成領(lǐng)域的國際權(quán)威專家。她始終沒有忘記年輕時的那件事，并致力于研發(fā)更多生物材料。
科尼什認(rèn)為，番茄皮可以取代部分會造成環(huán)境污染的炭黑材料，可用在汽車懸架襯套、發(fā)動機(jī)支架、輪胎、軟管和其他部件中。
同樣，蛋殼也可以取代部分炭黑材料。科尼什要求企業(yè)把不用的工業(yè)廢料垃圾袋送到她的實驗室。經(jīng)過篩選，她發(fā)現(xiàn)蛋殼磨成細(xì)粉也可以作為炭黑材料的增強(qiáng)劑。
目前，美國俄亥俄州立大學(xué)的研究人員，正與該國知名零部件供應(yīng)商天納克以及至少一家大型車企共同合作，測試橡膠部件中的番茄皮和蛋殼，希望未來這些材料能用于制造汽車零部件。
事實上，意識到番茄皮用處的人并非只有科尼什。早在2014年，福特宣布與美國食品生產(chǎn)商亨氏合作，探討利用番茄皮制造汽車零部件。亨氏的番茄醬名聲在外，每年用到的番茄多達(dá)數(shù)百萬噸。
亨氏研究人員一直在尋求番茄皮、莖、籽等加工副產(chǎn)品的再利用渠道。福特和亨氏希望通過研究，將番茄的加工副產(chǎn)品制成既輕又足夠堅固，可滿足車用需求的新型材料。例如，經(jīng)過干燥處理的番茄皮等可用于制作車輛的布線支架和儲物格。
此外，福特旗下的野馬、金牛座、開拓者等多款車型的座椅采用了李爾開發(fā)的大豆發(fā)泡材料，這種發(fā)泡材料基于大豆油制造，性能優(yōu)異。
福特在2013年洛杉磯車展上展示了Fusion Energi插電式混合動力車，其座椅靠背、彈性坐墊、座椅頭枕、門板內(nèi)嵌等部件采用了可口可樂開發(fā)的植物性可回收材料，而這種材料的原料之一就是甘蔗制糖過程中剩余的植物纖維。
目前，科尼什和其他數(shù)千名化學(xué)家，以及各個國家實驗室、零部件供應(yīng)商和汽車制造商的實驗室材料科學(xué)研究人員，正在從分子水平上對汽車制造進(jìn)行重新思考。這正是天納克首席技術(shù)官本·帕特爾所聲稱的席卷汽車行業(yè)“材料科學(xué)革命”的一部分。
2. “新四化”帶來材料新變革
一直以來，輕量化、燃油經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能減排以及對更環(huán)保的可回收零部件的追求，推動著汽車零部件的變革。不過，以“新四化”（電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化）為代表的未來移動出行方式使得供應(yīng)商們開始重新改造汽車零部件，日益增加的汽車使用強(qiáng)度對零部件的耐久性提出更高要求。
供應(yīng)商已經(jīng)在為此做準(zhǔn)備。一些供應(yīng)商考慮的目標(biāo)是，制造出能承受每年10萬英里使用強(qiáng)度的汽車零部件，并實現(xiàn)100萬英里的預(yù)期壽命。
此外，隨著網(wǎng)約車的出現(xiàn)，越來越多的私家車出現(xiàn)了使用率上升的情況。根據(jù)美國RideGuru拼車共享信息庫的數(shù)據(jù)，一些優(yōu)步和來福車的全職司機(jī)每周的拼車?yán)锍谈哌_(dá)1000英里，每天有數(shù)十人乘坐一輛車，這讓供應(yīng)商不得不重新考慮座椅泡沫、門窗密封條、機(jī)械部件甚至油漆的磨損率問題。
電動化也是汽車行業(yè)的大趨勢之一。“電動化在分子水平上給汽車帶來了新的挑戰(zhàn)?！碧旒{克全球性能材料工程執(zhí)行董事羅德·哈迪表示。他還補(bǔ)充道：“未來，電動汽車將比內(nèi)燃機(jī)汽車耐用得多，因此電動汽車上的零部件也必須同樣耐用?！?/span>
另外，據(jù)天納克全球彈性材料部門總經(jīng)理史蒂夫·普爾曼介紹，在電動汽車中可以聽到一些驅(qū)動系統(tǒng)的噪聲，而這些噪聲在燃油車中通常被發(fā)動機(jī)的聲音所淹沒。汽車制造商已經(jīng)要求天納克開發(fā)新的傳動系統(tǒng)支架和懸架部件，以消除這些噪聲。
3. 耐久性讓材料迎成本挑戰(zhàn)
未來的自動駕駛汽車的零部件壽命可能是現(xiàn)在汽車的10倍，但這些零部件的售價不可能是它們所替換零部件的10倍。事實上，不少供應(yīng)商表示，汽車制造商根本不想多花一分錢。
“計算成本是一個很復(fù)雜的問題。如果只看純粹的部件成本，有些可能會更貴。不過，如果它改變了生產(chǎn)效率和復(fù)雜性呢？如果它減少了部分更細(xì)小零部件呢？如果它降低了維修成本呢？有很多不同的方法來計算成本?！迸撂貭栒f。
這將是一個復(fù)雜的計算問題，供應(yīng)商引入由新材料（中國鎳鈷新材料技術(shù)創(chuàng)新論壇）制成的部件后，看起來可能比現(xiàn)有部件成本更高，但實際上可能更便宜。一些供應(yīng)商正在研究如何在不大幅提價的情況下推出并交付下一代零部件。
比如：麥格納的座椅部門幾年前就已推出一種名為Freeform的座椅面套材料，要在共享汽車上推廣使用。這種材料的成本略高于麥格納目前使用的材料，但該公司計算發(fā)現(xiàn)，采用Freeform的成本與之前大致相同。
因為它大大簡化了座椅的制造過程，取消了導(dǎo)引線、拱圈夾等部件，而這些東西通常用來將座椅和泡沫墊連接到座椅框架上。采用Freeform后，只是簡單地拉開拉鏈，就可以快速清洗和更換座椅內(nèi)飾。
麥格納座椅泡沫制造全球總監(jiān)芮妮·肖文表示，F(xiàn)reeform是麥格納首批反映分子水平創(chuàng)新的座椅產(chǎn)品之一。麥格納預(yù)計，這種產(chǎn)品將在大約一年后投產(chǎn)。
“麥格納所要做的是，對我們的化學(xué)體系在分子水平上進(jìn)行大規(guī)模的改變。我們正在和我們的供應(yīng)商打交道，并獲得更高分子量的材料。這使我們能夠提高最終產(chǎn)品的耐用性和性能，更適用于今天的汽車市場。”肖文說。
當(dāng)然，面臨成本問題的新型材料也不在少數(shù)，有些生物基材料成本是石油基材料的3倍左右。如何降低成本，并達(dá)到車用需求，還要靠研究人員的進(jìn)一步攻關(guān)。
以科尼什的研究為例，研究人員需要確保用磨碎的番茄皮和磨碎的蛋殼制成的發(fā)動機(jī)罩，至少要與使用橡膠炭黑材料制造的傳統(tǒng)部件擁有一樣的耐用性，且成本不會太高。
4. 零部件企業(yè)迎接新材料革命
就像汽車制造商為電動汽車、自動駕駛技術(shù)等投入巨資一樣，零部件供應(yīng)商在開發(fā)新產(chǎn)品時也面臨巨額支出。美國零部件供應(yīng)商庫柏標(biāo)準(zhǔn)公司的業(yè)務(wù)包括車身密封、減震器、汽車專用緊固件、燃油輸送系統(tǒng)等，該公司首席技術(shù)官克里斯·庫奇表示，電動化已經(jīng)席卷整個行業(yè)，雖然汽車制造商現(xiàn)在還沒有要求他們提供壽命極長的零部件，但庫柏標(biāo)準(zhǔn)公司認(rèn)為這是遲早的事，并已經(jīng)在為此做準(zhǔn)備，研發(fā)預(yù)算不斷增長，希望在材料科學(xué)方面取得進(jìn)展。
當(dāng)然，新材料（中國鎳鈷新材料技術(shù)創(chuàng)新論壇）的開發(fā)不是一蹴而就的。據(jù)庫奇介紹，庫柏標(biāo)準(zhǔn)公司花了5年時間成功開發(fā)出一種名為Fortrex的密封件，以此取代傳統(tǒng)的橡膠密封條。Fortrex是一種高性能的彈性材料，重量較傳統(tǒng)的密封材料輕30%，且抗磨損性能很好，可以提供更好的保護(hù)，抵御大自然的風(fēng)雨侵蝕。
可以預(yù)想到的是，未來汽車將在各個方面發(fā)生變化，甚至包括涂料及鍍膜加工。全球最大的汽車涂料供應(yīng)商之一——艾仕得公司首席技術(shù)官巴里·斯奈德透露，該公司一直在加大研發(fā)支出，以及時應(yīng)對汽車產(chǎn)業(yè)變革。
帕特爾認(rèn)為，當(dāng)今汽車行業(yè)創(chuàng)新的速度比歷史上任何時候都要快，得益于互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，汽車業(yè)也正在經(jīng)歷一場新材料革命，會有更多人致力于開發(fā)新材料解決方案，讓未來的汽車生活變得更智能、更美好。
2048
0 
分享 0
舉報 0
收藏 0
反對 0
點贊 0
中冶有色技術(shù)平臺
