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垃圾廢料到商業化的汽車部件 實現汽車綠色制造

   日期:2019-06-17     來源:PT現代塑料    評論:0       [ 進入汽車材料社區 ] [ 汽車材料館 ]
中國國際膠粘劑及密封劑展
核心提示:在許多行業領域,“垃圾進,垃圾出”可謂是一個真理——如果你輸入的是低質量或價值低,那么你的最終產品也可能如此。
       【中國汽車材料網】福特汽車公司研究團隊的一些成員目前正在研究涉及生物聚合物、天然纖維增強材料的新應用,并為以前被當作廢物的材料帶來了新的生命。左起:首席研究科學家AlPEr Kiziltas博士舉著一個采用玻纖增強PCR PPPA6/6制成的風扇,他蹲在一個覆蓋著生物基PET織物的座椅旁邊;研究工程師Dan Frantz舉著一個用于座椅緩沖的大豆基聚氨酯泡沫塊;高級技術負責人Debbie Mielewski博士舉著咖啡渣以及由碳化咖啡渣填充的PP成型出的前照燈外殼;研究工程師Cindy Barrera-Martinez博士舉著一個竹竿和一個含有回收輪胎橡膠的生物基聚氨酯發動機罩,她站在一個由纖維素/LFT混合復合材料制成的控制臺基板后面;博士后研究員SandeEP Tamrakar博士握著一個纖維素/LFT混合復合材料制成的門檻護板;博士實習生Golam Rasul博士握著一個紅麻纖維增強PP制成的門墊。
  在許多行業領域,“垃圾進,垃圾出”可謂是一個真理——如果你輸入的是低質量或價值低,那么你的最終產品也可能如此。
  
  然而,汽車行業卻正在通過重新利用通常被認為是無用的廢料,以將其制成功能化、美觀和有價值的汽車部件,并將這類部件用到已在道路上行駛的汽車之中,從而將上述“真理”拋在了腦后。
  
  通過這種做法,汽車公司正在阻止廢棄材料進入垃圾填埋場和河道,并為貧困社區提供了就業機會,為農民帶來了額外的收入,同時還降低了汽車部件的重量和成本,穩定了長期的材料價格,實現了汽車的綠色制造。
  
  這就應了另一句話:一個人的垃圾會成為另一個人的財富。
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  有用的廢料
  
  這許多重新得到利用的廢料,是食品生產中的農副產品,它們通常是農作物的外表皮,比如生產番茄醬剩余的番茄皮,或生產龍舌蘭酒剩余的龍舌蘭纖維。
  
  這些不可食用的外皮(通常來自種子)作為植物的組成部分,既不能堆肥也不易堆肥,而且幾乎不能用作動物的歇息品。
  
  由于缺乏效用,導致這些外皮堆積成令人生厭的垃圾,如果長時間忽略它們,還會對健康和安全帶來威脅。
  
  然而,現在這些纖維外皮正在被證明是有用的,它們可作為天然纖維增強材料而用于各種復合材料之中。
  
  “人們不明白天然纖維是實現輕量化的替代產品。”福特汽車公司可持續材料研究高級技術負責人Debbie Mielewski博士說道,“他們認為,天然纖維只適用于綠化產品,因而去尋找更昂貴的材料來減輕汽車重量,比如碳纖維。但是在福特,我們相信,我們能夠利用天然纖維來為汽車減輕數十磅的重量。這些天然纖維不僅是一種豐富的幾乎無處不在的當地資源,而且我們的研究表明,它們很善于吸收沖擊能量,這一點要遠遠優于玻璃纖維。此外,天然纖維比玻璃纖維更易于回收,它們就像玻璃一樣,在加工中傾向于彎曲而不是斷裂,所以不必降低對回收材料性能的預期。它們還更加柔韌,更容易彎曲,與采用玻璃纖維相比,更容易實現各向同性的設計。”
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  應變百分比(左)和應力百分比(右)與用在乙烯基酯樹脂中的玻璃纖維、大麻纖維和纖維束纖維的能量耗散/單位體積的比較,顯示出了天然纖維在較低應力狀態下耗散的能量,且應變比玻璃纖維的高,從而證明了天然纖維以更高的應變率提供了更好的能量吸收性能(圖片來自福特汽車公司)
  
  正因如此,福特擔負起了前戴姆勒克萊斯勒早于21世紀初實施的“在汽車部件中使用許多天然纖維產品”的行動,也就不足為奇了。
  
  然而,前戴姆勒克萊斯勒主要采用來自諸如紅麻、亞麻、劍麻和黃麻等植物內皮/韌皮部的傳統韌皮纖維來開展研究,與之不同的是,福特卻有辦法找到以前從未使用過的具有同等效用的纖維。
  
  Mielewski表示,實際上,福特的愿景是,利用當地生產工廠附近可擁有的任何自然資源來降低成本并減少在全球運輸天然纖維帶來的碳足跡。比如:
  
  ?可能在其墨西哥的工廠中使用來自龍舌蘭酒生產中產生的龍舌蘭纖維;
  
  ?在亞洲的汽車部件生產中采用竹纖維;
  
  ?在北美的工廠中使用生產番茄醬剩余的番茄皮。
  
  據說,這家汽車制造商甚至正在研究蒲公英、藻類以及從退役的貨幣中提取的耐用亞麻/棉混合物的用途。
  
  走向椰殼
  
  椰子對于增強汽車部件而言似乎是一種奇怪的選擇,但事實證明,在熱帶巨蟹座和摩羯座之間,椰子產品非常豐富,并且它們的性能在這一地理區域不會因季節、物種和土壤的不同而變得不一致。
  
  在加工廠中,一旦提煉出椰子肉和椰奶,剩下的椰殼及其外殼(椰殼纖維)就會堆積如山,因為村民們通常不具備處理它們的能力。
  
  不幸的是,椰殼不能食用,不能作為動物或人類的就寢品,不易于燃燒,堆肥也很慢。
  
  但積極的一面是,250µm的椰殼纖維直徑要比大多數其他天然纖維和合成纖維的直徑大得多,這就有助于為復合材料帶來更好的彎曲剛度、強度和韌性。
  
  這種纖維的木質素含量高,且固有阻燃性,可防御昆蟲和微生物從而減少氣味,在潮濕條件下也不易膨脹。
  
  此外,可以將椰殼磨成細粉,以作為礦物填料(比如塑料和復合材料中使用的滑石粉)的更輕、磨損更小的替代品。
  
  通過與美國Essentium Materials LLC等供應商合作,福特從2012福特福克斯純電動汽車(BEVs)開始,為椰殼纖維和椰殼粉開發了許多應用。
  
  該公司將椰殼纖維與聚丙烯(PP)纖維混合,經過梳理、針刺后制成無紡毛氈。隨后對毛氈進行模切,并將其粘貼到紙板(這種紙板本身含有回收纖維)上。接著,將其夾在回收的A面地毯與B面聚酯織物之間,以生產出一種用于覆蓋(但允許進入)車載電池組的承重地板/包裝架,它也為后備箱中的消費產品組合提供了穩定的表面。
  
  這種多孔氈芯輕質、剛性,可吸收汽車內部的噪聲。
  
  這家汽車制造商還將椰殼與來自廢輪胎碎片的橡膠混合物磨碎,以生產出一種熱塑性彈性體(TPE),然后用其注塑成型2013 福特F-250 SUPer Duty皮卡上的結構護罩。
  
  與之前礦物增強材料制成的同類部件相比,該部件更輕、成本更低且對模具的磨損更小。
  
  2015年,福特將椰殼粉與切碎的電池殼及美國Milliken & Co.公司提供的鎂-硅纖維組合在一起,注塑成型了福特Mustang跑車上的熱塑性聚烯烴(TPO)行李箱蓋貼花托架和側門包層,這一有趣的材料組合減小了密度和壁厚,縮短了成型周期并降低了成本。
 
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