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从垃圾废料到商业化的汽车部件汽车大咖们在行动,福特汽车公司研究团队的一些成员目前正在研究涉及生物聚合物,360资讯网,ChinaNews360.com
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从垃圾废料到商业化的汽车部件汽车大咖们在行动,福特汽车公司研究团队的一些成员目前正在研究涉及生物聚合物
2019年06月16日    阅读量:201    新闻来源:360资讯网 ChinaNews360.com  |  投稿

福特汽车公司研究团队的一些成员目前正在研究涉及生物聚合物、天然纤维增强材料的新应用,并为以前被当作废物的材料带来了新的生命。左起:首席研究科学家Alper Kiziltas博士举着一个采用玻纤增强PCR PP、PA6/6制成的风扇,他蹲在一个覆盖着生物基PET织物的座椅旁边;研究工程师Dan Frantz举着一个用于座椅缓冲的大豆基聚氨酯泡沫块;高级技术负责人Debbie Mielewski博士举着咖啡渣以及由碳化咖啡渣填充的PP成型出的前照灯外壳;研究工程师Cindy Barrera-Martinez博士举着一个竹竿和一个含有回收轮胎橡胶的生物基聚氨酯发动机罩,她站在一个由纤维素/LFT混合复合材料制成的控制台基板后面;博士后研究员Sandeep Tamrakar博士握着一个纤维素/LFT混合复合材料制成的门槛护板;博士实习生Golam Rasul博士握着一个红麻纤维增强PP制成的门垫(图片来自福特汽车公司)


在许多行业领域,“垃圾进,垃圾出”可谓是一个真理——如果你输入的是低质量或价值低,那么你的最终产品也可能如此。


然而,汽车行业却正在通过重新利用通常被认为是无用的废料,以将其制成功能化、美观和有价值的汽车部件,并将这类部件用到已在道路上行驶的汽车之中,从而将上述“真理”抛在了脑后中国机械网okmao.com


通过这种做法,汽车公司正在阻止废弃材料进入垃圾填埋场和河道,并为贫困社区提供了就业机会,为农民带来了额外的收入,同时还降低了汽车部件的重量和成本,稳定了长期的材料价格,实现了汽车的绿色制造。


这就应了另一句话:一个人的垃圾会成为另一个人的财富。


有用的废料


这许多重新得到利用的废料,是食品生产中的农副产品,它们通常是农作物的外表皮,比如生产番茄酱剩余的番茄皮,或生产龙舌兰酒剩余的龙舌兰纤维。


这些不可食用的外皮(通常来自种子)作为植物的组成部分,既不能堆肥也不易堆肥,而且几乎不能用作动物的歇息品。


由于缺乏效用,导致这些外皮堆积成令人生厌的垃圾,如果长时间忽略它们,还会对健康和安全带来威胁。


然而,现在这些纤维外皮正在被证明是有用的,它们可作为天然纤维增强材料而用于各种复合材料之中。


“人们不明白天然纤维是实现轻量化的替代产品。”福特汽车公司可持续材料研究高级技术负责人Debbie Mielewski博士说道,“他们认为,天然纤维只适用于绿化产品,因而去寻找更昂贵的材料来减轻汽车重量,比如碳纤维。但是在福特,我们相信,我们能够利用天然纤维来为汽车减轻数十磅的重量。这些天然纤维不仅是一种丰富的几乎无处不在的当地资源,而且我们的研究表明,它们很善于吸收冲击能量,这一点要远远优于玻璃纤维。此外,天然纤维比玻璃纤维更易于回收,它们就像玻璃一样,在加工中倾向于弯曲而不是断裂,所以不必降低对回收材料性能的预期。它们还更加柔韧,更容易弯曲,与采用玻璃纤维相比,更容易实现各向同性的设计。”


应变百分比(左)和应力百分比(右)与用在乙烯基酯树脂中的玻璃纤维、大麻纤维和纤维束纤维的能量耗散/单位体积的比较,显示出了天然纤维在较低应力状态下耗散的能量,且应变比玻璃纤维的高,从而证明了天然纤维以更高的应变率提供了更好的能量吸收性能(图片来自福特汽车公司)


从垃圾废料到商业化的汽车部件汽车大咖们在行动,福特汽车公司研究团队的一些成员目前正在研究涉及生物聚合物 360资讯网,ChinaNews360.com


正因如此,福特担负起了前戴姆勒克莱斯勒早于21世纪初实施的“在汽车部件中使用许多天然纤维产品”的行动,也就不足为奇了。


然而,前戴姆勒克莱斯勒主要采用来自诸如红麻、亚麻、剑麻和黄麻等植物内皮/韧皮部的传统韧皮纤维来开展研究,与之不同的是,福特却有办法找到以前从未使用过的具有同等效用的纤维。


Mielewski表示,实际上,福特的愿景是,利用当地生产工厂附近可拥有的任何自然资源来降低成本并减少在全球运输天然纤维带来的碳足迹。比如:


►可能在其墨西哥的工厂中使用来自龙舌兰酒生产中产生的龙舌兰纤维;


►在亚洲的汽车部件生产中采用竹纤维;


►在北美的工厂中使用生产番茄酱剩余的番茄皮。


据说,这家汽车制造商甚至正在研究蒲公英、藻类以及从退役的货币中提取的耐用亚麻/棉混合物的用途。


走向椰壳


椰子对于增强汽车部件而言似乎是一种奇怪的选择,但事实证明,在热带巨蟹座和摩羯座之间,椰子产品非常丰富,并且它们的性能在这一地理区域不会因季节、物种和土壤的不同而变得不一致。


在加工厂中,一旦提炼出椰子肉和椰奶,剩下的椰壳及其外壳(椰壳纤维)就会堆积如山,因为村民们通常不具备处理它们的能力。


不幸的是,椰壳不能食用,不能作为动物或人类的就寝品,不易于燃烧,堆肥也很慢。


但积极的一面是,250µm的椰壳纤维直径要比大多数其他天然纤维和合成纤维的直径大得多,这就有助于为复合材料带来更好的弯曲刚度、强度和韧性。


这种纤维的木质素含量高,且固有阻燃性,可防御昆虫和微生物从而减少气味,在潮湿条件下也不易膨胀。


此外,可以将椰壳磨成细粉,以作为矿物填料(比如塑料和复合材料中使用的滑石粉)的更轻、磨损更小的替代品。


通过与美国Essentium Materials LLC等供应商合作,福特从2012福特福克斯纯电动汽车(BEVs)开始,为椰壳纤维和椰壳粉开发了许多应用。


该公司将椰壳纤维与聚丙烯(PP)纤维混合,经过梳理、针刺后制成无纺毛毡。随后对毛毡进行模切,并将其粘贴到纸板(这种纸板本身含有回收纤维)上。接着,将其夹在回收的A面地毯与B面聚酯织物之间,以生产出一种用于覆盖(但允许进入)车载电池组的承重地板/包装架,它也为后备箱中的消费产品组合提供了稳定的表面。


这种多孔毡芯轻质、刚性,可吸收汽车内部的噪声。


这家汽车制造商还将椰壳与来自废轮胎碎片的橡胶混合物磨碎,以生产出一种热塑性弹性体(TPE),然后用其注塑成型2013 福特F-250 Super Duty皮卡上的结构护罩。


与之前矿物增强材料制成的同类部件相比,该部件更轻、成本更低且对模具的磨损更小。


2015年,福特将椰壳粉与切碎的电池壳及美国Milliken & Co.公司提供的镁-硅纤维组合在一起,注塑成型了福特Mustang跑车上的热塑性聚烯烃(TPO)行李箱盖贴花托架和侧门包层,这一有趣的材料组合减小了密度和壁厚,缩短了成型周期并降低了成本。


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