納米復合材料在汽車工業(yè)中的應用

 

納米技術在過去十幾年已引起人們極大的興趣，納米材料作為納米技術的一個分支領域，也獲得了廣泛的研究，并導致了新材料的發(fā)展、生產(chǎn)和商業(yè)化。汽車工業(yè)正是納米復合材料的眾多應用領域之一，納米復合材料的零部件正在汽車工業(yè)中得到應用。

 

（一）綜合研究

 

    納米復合材料被定義為在固體基體（通常是聚合物）中含有納米級填充物，這些填充物被稱為納米物質(zhì)（如納米顆粒、納米管、納米纖維等）。納米物質(zhì)是汽車制造業(yè)中納米復合材料部件的基礎。

 

     1、納米物質(zhì)的特征

 

     ①增加了顆粒和它周圍環(huán)境的接觸面積，加劇了顆粒和周圍基體之間的相互作用，提高了材料的力學、化學和熱學性能（1g25nm大小的顆粒具有20m2的表面積）。

 

     ②透明性：當顆粒粒徑小于30nm時，可見光的反射可以忽略不計。

 

    2、納米材料的獲取途徑

 

     一是從上至下的途徑，其特點在于從“大”開始使其變“小”，例如在半導體工業(yè)中采用的方法；另一種從下至上的途徑，其特點在于將原子或分子組裝為物質(zhì)，如化學工業(yè)采用的方法。

 

    3、納米材料產(chǎn)品在汽車工業(yè)中各種不同功能的應用：

 

     ①用于制備微粒過濾器中的燃料催化劑載體以防止煙霧；

 

     ②納米顆粒增強的輪胎具有更好的耐磨性和透氣性；

 

     ③用于汽車涂層，顯示了極好的防刮擦性能，提高表面光澤；

 

     ④用于頭燈和擋風玻璃的高親水性防霧涂層，形成水膜而不是水滴；

 

     ⑤用于具有力學性能更好而重量更輕的結(jié)構塑料零部件。

 

（二）具體應用    1、納米粘土是汽車零部件中用得最多的納米物質(zhì)。

 

     在2002年，通用汽車公司是第一家生產(chǎn)出填充有納米粘土的汽車零部件的汽車制造商。雪佛蘭Astro和Safari貨車的輔助臺階用填充3%納米粘土的熱塑性烯烴制得，與采用傳統(tǒng)滑石粉填充物相比，更輕、剛性更好、低溫不脆。盡管該應用吸引了很大關注，但現(xiàn)在已經(jīng)停止。2004-2005年發(fā)布的雪佛蘭IMPALA車身邊上一個裝飾物由納米粘土制得，這個重新設計的部件節(jié)約了3~25%的重量，但性能遭到質(zhì)疑。2005年，每一輛通用HammerH2SUT貨車的貨架裝飾物中含有3公斤的納米粘土。

 

     其他納米粘土在汽車上的商業(yè)化應用實例有：Maserati引擎隔間蓋用Ube的尼龍-6納米復合材料制得，納米粘土占有2%的重量比例；戴姆勒克萊斯勒用含有納米填料和傳統(tǒng)填料的PolykemiAB聚丙烯制造SmartForfour車的門內(nèi)手柄；奧迪和Putsch公司用填充納米粘土的PP/PS代替涂漆的ABS開發(fā)了A3的加熱口，納米粘土使60~80%的PP與20~40%的PS相容，提高了抗刮擦性能，帶來豪華的表面感覺。    2、碳納米管是更新的產(chǎn)品（在1991年發(fā)現(xiàn)），由于具有非常高的力學強度（比蜘蛛絲還強）和高電導率，因此具有非常高的商業(yè)潛力。

 

     雷諾汽車曾在前擋板中采用納米管來增強PP/PPE合金。碳納米管取代了擋板中的炭黑，用于靜電噴漆中。然而由于費用的原因這個項目已經(jīng)停止。燃料輸送管道也是碳納米管納米復合材料的一種應用。（三）主要問題    納米材料減輕了重量，增加了力學性能，改善了表面及外觀狀況。但當前只有少量納米科技產(chǎn)品被整合到汽車應用之中，這主要是因為：

 

     1）要將填料很好的分散并分布在基體中，必須對納米物質(zhì)進行功能化處理。這種功能化處理和與基體相容的能力是一種非常獨特的技術，只有少數(shù)幾個公司掌握。

 

     2）納米物質(zhì)非常昂貴，其附加值往往不足以平衡其成本。

 

     3）添加納米填料往往需要重新考慮零部件設計以及工藝技術（新模具，改變的流變性能等），這也需要在零部件的費用計算中重新考慮。

 

     4）必須考慮納米的毒性以及再回收問題。    納米復合材料在汽車市場中不斷發(fā)展，但是考慮到費用和性能，納米物質(zhì)帶來的有競爭力的優(yōu)勢還有待進一步確認，當前工藝技術還需更好的發(fā)展和改進，需要重新考慮包括零部件設計在內(nèi)的整個工藝體系。

 

本文摘自: 復材中國

 

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