纳米技术与汽车(2)

科研人员发现,当微粒达到纳米量级时会出现一种新奇现象,它的周期性边界被破坏,从而使其声、光、电、磁、热力学等性能呈现出与传统材料的极大差异。根据纳米材料的结构特点,把不同材料在纳米尺度下进行合成与组合,可以形成各种各样的纳米复合材料,例如纳米功能塑料。

一般塑料常用的种类有PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PVC(聚氯乙烯)、ABS(方烯腈-丁二烯-苯乙烯)、PA(聚酰胺)、PC(聚碳酸酯)、PS(聚苯乙烯)等几十种,为满足一些行业的特殊需求,用纳米技术改变传统塑料的特性,呈现出优异的物理性能,强度高,耐热性强,重量更轻。随着汽车应用塑料数量越来越多,纳米塑料很可能会普遍应用在汽车上。

这些纳米功能塑料最引起汽车业内人士注意的有阻燃塑料、增强塑料、抗紫外线老化塑料、抗菌塑料等。

阻燃塑料是以纳米级超大比表面积的无卤阻燃复合粉末为载体,经表面改性可制成的阻燃剂,利用纳米技术添加到聚乙烯中。由于纳米材料的粒径超细,经表面处理后具有相当大的表面活性,当燃烧时其热分解速度迅速,吸热能力增强,从而降低基材表面温度,冷却燃烧反应。同时当阻燃塑料燃烧时,超细的纳米材料颗粒能覆盖在被燃材料表面并生成一层均匀的碳化层,此碳化层起到隔热、隔氧、抑烟和防熔滴的作用,从而起到阻燃作用。这种阻燃塑料具有热稳定性高,阻燃持久、无毒性等优点,消除了普通无机阻燃剂由于添加量大对材料力学性能和加工材料污染环境带来的缺陷,可以取替有毒的溴类、锑类阻燃材料,有利环境保护。目前汽车设计要求规定,凡通过乘客座舱的线路、管路和设备材料必须要符合阻燃标准,例如内饰和电气部分的面板、包裹导线的胶套,包裹线束的波纹管、胶管等,使用阻燃塑料能够轻易达到要求。

增强塑料是在塑料中填充经表面处理的纳米级无机材料蒙脱土、CaCO3、SiO2等,这些材料对聚丙烯的分子结晶有明显的聚敛作用,可以使聚丙烯等塑料的抗拉强度、抗冲击韧性和弹性模量上升,使塑料的物理性能得到明显改善。增强增韧塑料可以代替金属材料,由于它们比重小,重量轻,因此广泛用于汽车上可以大幅度减轻汽车重量,达到节省燃料的目的。这些用纳米技术改性的增强增韧塑料,可以用于汽车上的保险杠、座椅、翼子板、顶蓬盖、车门、发动机盖、行李舱盖等,某至还可用于变速器箱体、齿轮传动装置等一些重要部件。

抗紫外线老化塑料是将纳米级的TiO2、ZnO等无机抗紫外线粉体混炼填充到塑料基材中。这些填充粉体对紫外线具有极好的吸收能力和反射能力,因此这种塑料能够吸收和反射紫外线,比普通塑料的抗紫外线能力提高20倍以上,据报道这类材料经过连续700小时热光照射后,其扩张强度损失仅为10%,如果作为暴露在外的车身塑料构件材料,能有效延长其使用寿命。

抗菌塑料是将无机的纳米级抗菌剂利用纳米技术充分地分散于塑料制品中,可将附着在塑料上的细菌杀死或抑制生长。这些纳米级抗菌剂是以银、锌、铜等金属离子包裹纳米TiO2、CaCO3等制成,可以破坏细菌生长环境。据介绍无机纳米抗菌塑料加工简单,广谱抗菌,24小时接触杀菌率达90%,无副作用。高效的抗菌塑料可以用在车门把手、方向盘、座椅面料、储物盒等易污垢部件,尤其是公交车扶手采用无机纳米抗菌塑料,可以大大减少疾病的传播,改善车上卫生条件。

车汇通
2003年1月17日

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参考文献:
1、.纳米功能塑料在汽车制造业中的应用前景.《汽车工艺与材料》2002年第11期
2、汽车工程手册「材料分类」部分