造车也用纳米技术?!
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作为一项新型接合技术,NMT纳米接合成形技术已得到了人们的广泛关注,如能在汽车行业得到广泛应用,必将有效地提升产品的竞争力,引领汽车轻量化发展到新的高度。
铝合金材料是汽车车身轻量化的一个重要发展方向,但由于铝合金材料和普通钢铁材料的性质差异,常导致各种问题,比如焊接问题、涂装电泳问题以及因总装装配操作不当而导致部件损伤等问题。
虽然存在诸多问题,但如果放弃铝合金轻量化就意味着前期开发工作毫无价值,那么有没有既可以使用铝合金材料又能使车身得到轻量化效果的技术呢?当然有!这就是能够加快汽车轻量化进程,并使汽车制造水准得到大规模升级的——NMT技术,即纳米接合成形技术。
NMT技术原理
通过试验发现,将铝合金材料浸入某些特定的具有胺基(-NH2)的溶液中,铝合金的表面会产生一些细小的表面变化,通过电子显微镜进行观察时,发现被处理过的铝合金表面会形成大量的细小凹坑,这些凹坑的直径只有20~40nm,如果能够将其他非金属、金属材料注入这些凹坑中,并使之接合,那么就可以使用这种新型的复合材料来加工生产各种轻量化的汽车用零部件。
在进行了无数次试验后,国外某非金属材料生产企业终于掌握了此项技术,并命名此项技术为纳米接合成形技术,简称“NMT”。该技术的核心是使铝合金材料与金属处理液之间发生反应,在被处理的铝合金材料表面形成相当数量的纳米级凹坑,之后,另一种材料(被充入凹坑内的材料)只需能够满足一定的温度和压力的条件,即可“嵌入”经过处理的铝合金材料的纳米凹坑中,最终形成复合体。
处理后的铝合金表面(白色区域为形成的纳米级凹坑)
NMT技术工艺
NMT技术的关键在于如何处理铝合金材料的表面,并使铝合金材料的表面均匀形成纳米级的凹坑。经过NMT技术处理后的铝合金材料能够和多种非金属和金属材料进行无缝接合,通过这种工艺形成的复合型材料具有一定的吸声、隔音、阻尼、减振和轻量化等性能,适用于电子、军工和航空航天等行业。其他类型的铝合金复合材料多采用粘接、焊接和铆接等方式进行连接,接合位置常常留有空隙,随时间的推移存在被空气氧化而影响接合强度的风险。经过反复摸索和试验,国外某非金属材料生产企业掌握了适合的工艺方法来处理铝合金材料,使之能均匀产生纳米级凹坑并实现与非金属(树脂等材料)无缝接合。这种工艺流程与普通的钢铁表面处理过程十分相似,但其中有一个特殊工序,即铝合金材料经过该公司研制的特有的金属处理液进行处理。
铝合金材料表面处理工艺流程
这种将细小的凹坑全部填充、凝固并不留空隙的现象被称为“锚栓效应”。铝合金材料和树脂等材料之间的接合强度正是依靠“锚栓效应”来实现的,最终凝固后的树脂材料和铝合金材料之间不含有何胶黏剂,但其接合强度远远超过胶黏接合强度。
NMT技术在汽车行业的应用前景
这种铝合金材料与树脂材料接合形成的复合材料经过了严苛的试验,试验结果表明该种复合材料具有良好的抗拉性能,断裂强度为23~26MPa,在-55℃~150℃的热冲击测试中同样也表现出了优良的性能,经过3000次的冲击试验后,显示的结果证明复合材料的接合强度没有明显下降,对于振动也具有良好的阻尼性能。在高温、高湿和高盐的测试中,复合材料的接合强度同样没有发生变化。
具备如此优良性能的复合材料在汽车行业中的应用可以涉及到诸多方面。
1.ECU外壳
具有良好导热性能的铝合金材料,在用作ECU外壳时,可以增加ECU的导热性能,提高设备运转的稳定性,对于汽车行驶的安全性有着重要的作用。铝合金复合材料的运用使得ECU的重量可以进一步减轻,甚至可以减重到原重量的70%,即减重30%。
2.内饰件
在内饰件方面应用铝合金复合材料可以最大程度地减轻车身的重量,比如,座椅骨架和车门内板的部分部件应用该复合材料,不仅可以减少紧固件的使用量,而且车内噪声水平可以得到一定程度的降低,带给驾乘者最大程度的安静和舒适。
3.中控台和仪表台支架
汽车中控台和仪表台支架通常情况下使用钢铁等金属材料制作,不仅重量大而且增加劳动强度,使用该复合材料后这种情况得到了大大改善。仪表台的支架采用铝合金复合材料时,只需支撑在左、右侧围内板上,其余支架可采用树脂材料,这样可以大大减轻支架的重量。在很好地保证安尺寸精度的同时,具有弹性的材料代替了以前使用螺栓连接的部位,让人工操作变得更加轻松,只需轻轻一拍,预先设计好的锁扣结构就会将零部件牢牢地组合成一体。
4.汽车座椅
通常的情况下汽车座椅重20~30kg,使用该复合材料后,不仅骨架的重量得以大幅降低,座椅中的弹簧等部件也可以使用塑胶弹簧,新型的复合材料座椅的重量甚至可以减轻到通常情况下的50%。
除此之外,NMT技术在其他汽车零部件上也可以得到很好的应用,雨刮器、车灯等部件可以做的更加轻薄,外观更加大气华丽,底盘隔音材料选择范围可以更大,并且这些复合材料相比普通的阻尼材料具有更出色的阻尼性能。
NMT技术的应用简化了汽车零部件的生产过程,提高了生产效率,节约了制造成本,可以使产品的成本更低。生产汽车内饰件一般是在模具中预先成形后,利用胶黏剂进行粘接固定其他金属和非金属部件,而应用NMT技术后可以做到多个部件一次成形,减少生产工序,降低成本。
目前的问题是,尚无公认的测量这种铝合金复合材料接合强度的方法,在汽车工业中的测量方法也尚未建立,目前NMT技术在汽车工业中的应用较少,仅停留于外观装饰件上,例如德国奔驰重卡的中网正在使用NMT技术。如果能够找到一种公认的强度测量方法,将会大大推动NMT技术在汽车行业的应用。
结语
采用铝合金复合材料来代替传统的钢制部件,可以最大程度地实现整车的轻量化,这将会是今后各大汽车企业轻量化工作的一个发展方向。
目前,国外很多车企已将铝合金材料应用在车身外覆盖件等部位,在我国,因受到多方面的制约,铝合金复合材料仅应用在车内饰件、电子部件和小型车载辅助部件(装饰性行李架等)等对强度要求不高的部位。不过相信随着NMT技术的不断发展,待其克服强度测量方法的障碍,并进一步简化、优化生产方法,汽车行业对铝合金复合材料的使用范围将会不断扩大,应用也将更加广泛,铝合金复合材料必将迎来更加广阔的新天地。

汽车内饰材料的阻燃整理方法及标准介绍
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随着汽车人均保有量的增加,汽车内成为人们第二个重要的活动空间,仅此于建筑室内。因此,汽车制造企业普遍开始选择使用多种多样的内饰材料以优化车内环境。为了满足舒适性和安全性等多种要求,汽车内饰材料也朝着多功能化方向发展。阻燃整理就是其中非常重要的一部分。
所谓“阻燃整理”,不是指整理后的材料在接触火源时不会燃烧,而是使材料在火焰中的可燃性降低,蔓延速度减缓,不形成大面积燃烧。离开火焰后能很快自熄,不再燃烧或阴燃阶段。
汽车内饰材料的种类较多,大体可分为四种:纤维纺织与皮革类、塑料类、橡胶类、复合材料类。这些材料均属于易燃或可燃性材料。同时,内饰材料一般分布在汽车顶棚、地垫、车门内衬、座椅、安全带、行李舱等部位,与人体接触紧密,在发生火灾时,这些材料的燃烧可对人体造成较大的损伤。而车在行驶过程中由于电路短路、机械故障、交通事故等原因都易造成火灾。因此,汽车内饰材料的阻燃整理对提高汽车安全性具有较大的现实意义。
那么,汽车内饰材料阻燃通常有哪些常用方法呢?对于汽车内饰材料的阻燃整理而言,塑料和橡胶类材料一般只做表面涂层。即,在塑料和橡胶制品表面喷涂一层阻燃剂。而纺织类材料,如,车内地毯、座椅面料、顶棚内饰料等。常用方法有两种:
01 使用高性能阻燃纤维
所谓阻燃纤维是指在纤维生产过程中通过提高高聚物的热稳定性或者纤维后处理的方式使得纤维在燃烧时只发生阴燃,不产生火焰。使用这类阻燃纤维制作的汽车内饰料就具有阻燃性能,但阻燃纤维的生产成本较高。
02 织物/纤维毡的阻燃后整理
通过后整理的方式将阻燃剂附于纤维表面。常见整理方法有:
喷涂法:
将阻燃整理剂直接喷涂于纺织品表面。具体有喷雾法、刮刀涂布法、压延涂布法等。喷涂法阻燃剂附着牢度不高,在纺织品的使用过程中由于摩擦等原因易脱落,影响阻燃效果。
浸渍法:
织物放在阻燃液中浸渍一定时间,取出烘干即可,有时阻燃整理可与染色工艺同浴进行。浸渍过程产生化学键的交联和毛细作用,使得纺织品吸附阻燃剂的量较大,附着牢度较高。
浸轧焙烘法:
处理工艺为浸轧整理液→烘干→焙烘→后整理。该工艺在浸渍的基础上增加压轧工序,烘干后增加焙烘工序,进一步提高整理液的上载量和附着牢度。是目前使用最多的整理工艺。
内饰材料燃烧性能指标和常见的测试方法
材料阻燃性能的指标:
极限氧指数:
极限氧指数是指聚合物在氧和氮混合气体中当刚能支撑其燃烧时氧的体积分数浓度,是表征材料燃烧行为的常用指数。氧指数高表示材料不易燃烧,氧指数低表示材料容易燃烧。一般认为氧指数<22属于易燃材料,氧指数在22---27之间属可燃材料,氧指数>27属难燃材料。
热释放性能:
包括热释放速率、总热释放量、热重损失等。一般通过可燃物燃烧过程的质量损失、放热效果等方面衡量其燃烧性能。如:TG、DTA、DSC测试。
发烟量:
用透过烟的光强度衰减量描述的烟密度来度量。发烟量越大,对火灾中人员的救助和灭火越不利。
材料燃烧性能测试方法:
极限氧指数法:
GB/T 5454-1997《纺织品 燃烧性能试验 氧指数法》
GB/T 8924-2005《纤维增强塑料燃烧性能试验方法氧指数法》
GB/T 2406-1993《塑料燃烧性能试验方法 氧指数法》
ANSI/ASTM、D2863 《塑料制品燃烧性能测试标准 氧指数法》
燃烧实验法:
GB 32086-2015《特定种类汽车内饰材料垂直燃烧特性技术要求和试验方法》
GB 8410-2006《汽车内饰材料的燃烧特性》
FMVSS 302 《汽车内饰材料的燃烧特性》
ASTM D6413-2008 《纺织品燃烧性能 垂直法》
ASTM D 5132 《车辆内部防火测试》
ASTM D1230-94(2001) 《标准服装纺织品可燃性的试验方法》
DIN75200 《汽车内部材料用材料燃烧性能的测定》
FMVSS 302《联邦交通车辆的内部装饰材料的燃烧性能》
CMVSS 302 《加拿大交通车辆的内部装饰材料的燃烧性能》
发烟性实验:
GB/T 14802-1993《纺织品 烟浓度测定 减光系数法》
GB/T 8323.1-2008《塑料 烟生成 第1部分:烟密度试验方法导则》
锥形量热法:
ISO5660-1《燃烧热释放速率测试/锥形量热仪测试》
企业燃烧性能测试标准:
DBL 5307 奔驰-汽车内饰要求和测试规范
GM L-T06-302G-79 通用汽车标准
Mitsubishi ES-X60410 三菱-氧指数测试
VW TL 1010 大众-汽车内部材料燃烧性能要求
Volvo STD 5031 沃尔沃-汽车内饰材料阻燃防火

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