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至石墨烯材料有望将车辆的塑料部分减重20%

发布时间:2021-11-26

石墨烯材料有望将车辆的塑料部分减重20%

回顾过去,石墨烯材料在 2004 年由英国北部曼彻斯特大学的研究人员正式分离出来,目前仍只是1种只有“10几岁”的新材料,但已开始稳步向成熟量产推动。未来10年内,石墨烯材料可能将给设计和制造领域带来巨大改变,包括提升电动汽车和自动驾驶汽车的效力。

我们仅需向某些塑料中添加非常少许的石墨烯,便可显著改变塑料的特性和性能。在汽车行业的宣扬中,新技术总是被冠以“革命性”的描写,但这常常是美好的欲望,并不是所有人都相信。但是,对1种新兴材料而言,只要在“革2是加快建设国家动力电池创新中心、增材制造创新中心命性”前面加上“可能”2字,这类描写就非常客观了。这就是石墨烯,它“可能”是1种“革命性”汽车技术。回顾过去,石墨烯材料在 2004 年由英国北部曼彻斯特大学的研究人员正式分离出来,目前仍只是1种只有“10几岁”的新材料,但已开始稳步向成熟量产推动。未来10年内,石墨烯材料可能将给设计和制造领域带来巨大改变,包括提升电动汽车和自动驾驶汽车的效力。

至石墨烯材料有望将车辆的塑料部分减重20%

Versarien 公司是1支由 Andrew Deakin 博士担负首席技术工程师的先进材料工程团体,致力于将石墨烯材料的利用从理论研究推行至实际生产,让这类新兴材料充分发挥下降重量、强化材料及优化电池的作用。“只要使用得当,我认为石墨烯材料有望将车辆的塑料部份减重20%,这将是革命性的。另外,凭仗出色的导电性能,石墨烯材料还有望优化电池性能,进而显著延长电池的使用寿命。”

至石墨烯材料有望将车辆的塑料部分减重20%

作为1种同素异形体,石墨烯是1种石墨(通经常使用于铅笔和干式润滑剂)衍生物。目前,距离将石墨烯材料大范围利用至汽车量产中仍需进行大量研发工作。Deakin 博士1直致力于推行石墨烯在车辆设计和制造中的利用,但也同时坦诚面对可能的挑战:“石墨烯在某些场景下的利用可能在几年后能够实现,在其他场景下的利用则可能需要10多年,具体时间通常难以判断,但我对这类材料的潜力充满信心。”

预测显示,到 2020 年,全球汽车行业每一年的塑料使用量可能高达 600 万吨塑料,但终究用量可能有所浮动:比如,如果通过添加石墨烯制造更坚固、更轻质的塑料,并用其替换其他质量密度更大的材料,塑料的终究用量可能会有所增加。

增强塑料

De点蚀akin 博士及其团队致力于将塑料强度提高 30% 以上,从而到达减少用量但又能到达同等或更高强度的目的。但是,目前车辆制造中经常使用的塑料种类高达 13 种,而所有类型的塑料都必须经过测试程序。

Deakin 博士表示,“我们必须肯定将石墨烯加入塑料的方式,及具体混入的比例,比如 1%到 5%;接着,我们必须改进各种必须工艺和技术;最后,我们将优化全面测试,进而将小范围生产推动至工业范围。”目前,Deakin博士已开始利用石墨烯材料,优化轮胎、复合车身面板、CFRP 材料及电池的性能。

他表示,“最初阶段,我们必须找出最具意义的利用场景,也正因如此,我们正在寻求大量行业专家的帮助。举例来讲,我们可以利用石墨烯将轮胎寿命延长至现有水平的 1.5 倍,乃至 2 倍,并同时下降制造进程对塑料微粒的需求,这对保护环境极具意义。最近的1份报告指出,在终究倾倒至海洋的直径不到 1 mm的塑料微粒垃圾中,有超过 28%均来自轮胎。”石墨烯还有助于下降电池的重量和尺寸,进而有效延长电动是工矿企业、科研单位、大专院校、工程质量监督站等部门的理想检测装备车的续航里程,并有提高电池充电速度的潜力。

另外,石墨烯还可以改良塑料板或缓冲器的耐冲击强度,另外当利用至车辆底盘时,也能够取得类似的性能提升。固然为了获得理想效果,也必须不断优化石墨烯的混合比例。另外一方面,石墨烯通常没法用于铝材或钢材的增强,但“直接使用通过石墨烯增强后的塑料替换这些金属材料”也是1个可选的思路。

Deakin 博士解释说:“如果使用石墨烯加固塑料,部件的改变刚度将保持不变,乃至有所提高,且耐冲击强度也会提高。因此,预计未来将有愈来愈多的场景开始使用质量更轻的塑料、CFPR 和 GRP 材料。”

Versarien 在 2014 年收购 2D 专家公司,当时后者每天的石墨烯产量仅为 1 克,当今随着新装备的投用,公司预计将在今年晚些时候将单日石墨烯产量增加到 1 千克(2.2磅)。

对此,Deakin 博士表示这相当于生产要素增加了 1000 倍。简单计算,如果每台装备的日均产量可以提升至 10 千克(22 磅),则 100 部装备便可将公司的单日产量提升至 1 吨。Deakin 博士补充说,“另外,在显著优化塑料性能时,我们还必须控制加入塑料的石墨烯用量(可能只有 1%或更少),这点非常重要。”

Deakin 博士对石墨烯生产装备及其工作方式的细节3缄其口,仅表示塑料厂家可以在现有生产车间中轻松安装这类装备。

在Deakin 博士的定义中,“真实的”石墨烯仅包括1层单原子厚的单层碳原子层。但是,Versarien 石墨烯材料的大部份鳞片均不超过 5 层、90%的鳞片均不超过 10 层,平均横向尺寸仅为 2 微米。

另外,可回收性是任何新材料在正式开始利用之前必须考量的重要问题。Deakin 博士认为,石墨烯的出现将使旧塑料“重焕新生”(例如当塑料因紫表4为某日系汽车保险杠新老材料标准对照外线照耀出现退化时),也就是保持其原始特性或性能,重新进入供应链。

但是,我们仍需面临1个长时间存在的问题:即“通过添加石墨烯下降车辆的塑料使用量”的本钱效益到底如何?Deakin 博士说:“我们预计,通过使用我们的技术,这类石墨烯解决方案将在未来几年中真正具有本钱效益,大约需要5年时间。”那末,这类唯一1层单原子厚的石墨烯究竟是否可以称得上1种真实的“革命性”材料? 这就需要时间来验证了。