Графен сделает машины намного легче и прочнее. Технология уже существует

В автомобильной промышленности давно используют пластик, усиленный стекловолокном, например стеклонаполненный полипропилен для производства множества деталей кузова и салона. Но даже такой распространенный материал можно улучшить за счет новых нанотехнологий. Ученые и исследователи разработали композит Gratek, который, по заявлению разработчиков, делает детали примерно на 20% прочнее и на 18% легче, чем стандартный стеклонаполненный полипропилен. Такое стало возможно благодаря применению графена.

Производство автомобиля — очень сложный процесс. Новые материалы сделают их более технологичными.

Где применяется графен в автопроме

Графен часто называют «чудо-материалом». Это одноатомный слой углерода с решеткой в форме сот, который сочетает рекордную прочность, гибкость и химическую устойчивость. Помимо этого, графен обладает высокой электрической и теплопроводностью, что открывает широкие возможности для применения в сложных технических системах.

Использование графена в автомобильных композитах позволяет одновременно снижать массу и повышать механическую прочность деталей. Для автопроизводителей это особенно важно, так как уменьшение массы автомобиля помогает снизить расход топлива или увеличить запас хода электромобилей, а усиление конструкции повышает безопасность и долговечность.

Не забывайте о нашем Дзен, где очень много всего интересного и познавательного!

Что такое композит Gratek

Исследователь Нелло Дэвид Сансоне из Университета Торонто в лаборатории Multifunctional Composites Manufacturing Laboratory изучал способы интеграции графеновых нанопластинок в стеклонаполненный полипропилен. В сотрудничестве с производителем автокомпонентов Axiom Group удалось разработать материал Gratek, который сочетает стекловолокно, полимерную матрицу и малую долю графена.

Детали из Gratek могут появиться в серийных машинах уже совсем скоро.

Ранее попытки использовать графен в автодеталях сталкивались с серьезной проблемой: нанопластинки склонны собираться в кластеры при переработке. Такие сгустки создают области локального напряжения и приводят к растрескиванию и разрушению материала. Это сводило на нет потенциальные преимущества графена, делая конструкцию менее надежной.

Сансоне предложил оригинальный подход: специальная технология заставляет графеновые нанопластинки связываться только со стеклянными волокнами в полипропиленовой матрице. В результате графен равномерно распределяется по волокнам и не образует опасных зон. Усиленные таким образом волокна становятся прочнее, и их требуется меньше. Именно поэтому Gratek получается примерно на 20% прочнее и на 18% легче классического стеклонаполненного полипропилена.

Если ищите что-то интересное на AliExpress, не проходите мимо Telegram-канала "Сундук Али-Бабы"!

При этом доля графена в материале меньше 1%, что делает композит не таким дорогим, как может показаться. Дополнительный плюс — уменьшенное содержание стекла приводит к меньшему износу режущего и сверлильного оборудования при обработке деталей, что снижает производственные затраты.

Впрочем, у Gratek есть один заметный недостаток: из-за графена материал получается черным, и изменить этот цвет практически невозможно. Для наружных и интерьерных деталей, где важна цветовая вариативность, это может стать серьезным ограничением. Поэтому параллельно была разработана альтернатива — композит Clatek.

Эти два материала очень разные, но могут применяться вместе.

В Clatek вместо графеновых нанопластинок используют глинообразные нанотрубки галлуазита. По заявленным характеристикам, этот материал демонстрирует сопоставимую с Gratek прочность и жесткость, но изначально он белый, а после создания его можно окрашивать. Это делает его пригодным для декоративных и видимых элементов автомобильного дизайна. Так конструкторы получают два инструмента: высокопрочный черный композит для силовых частей и настраиваемый по цвету материал для деталей, где важен внешний вид.

Присоединяйтесь к нам в Telegram!

Перспективы новых композитов в промышленности

Ожидается, что Gratek вскоре будет поставляться крупному автопроизводителю по контракту, а Clatek должен выйти на коммерческий рынок примерно в течение двух лет. Эти материалы демонстрируют, как наноструктурированные наполнители могут менять подход к проектированию автодеталей, позволяя одновременно облегчать конструкции, повышать их надежность и снижать нагрузку на производственное оборудование.

Сансоне также разрабатывает следующую линейку продвинутых материалов под названием AegisX в стартапе NanoMorphix. Цель — создание прозрачной и текстильной брони для военных, оборонных, аэрокосмических задач и индивидуальной защиты. Это показывает, что подходы, успешно реализованные в автомобильных композитах, могут быть адаптированы и к другим отраслям, где требуются высокая прочность при минимальной массе и новые функциональные свойства.