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,巨鑫公司將引進最先進的技術,運用于汽車行業(yè)中.
(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(如納米顆粒、納米管、納米纖維等)。納米物質是汽車制造業(yè)中納米復合材料部件的基礎。
1、納米物質的特征
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,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。
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的整個工藝體系。