福特含石墨烯的聚氨酯泡沫降低了汽车的噪音和重量

福特汽车公司已成功地将石墨烯融入多元醇中，生产出一种聚氨酯（PU）泡沫，在降低汽车噪音的同时也减轻了汽车的重量。

这种材料入围了2021年聚氨酯创新奖，该奖项由聚氨酯工业中心（CPI）在聚氨酯技术会议期间颁发。

石墨烯是碳的一种形式，其厚度为一个原子。它几乎是透明的，但密度很高，氦气无法穿过它。

2004年，当曼彻斯特大学的两位科学家描述他们如何通过使用普通的胶布来提取这种材料时，它就变得引人注目了。他们的工作为他们赢得了2010年的诺贝尔物理学奖。

在这两位科学家获奖后不到十年，福特公司就能够将石墨烯纳入多元醇中。

现在，这种泡沫被用于福特公司的所有北美车辆中。

将石墨烯融入泡沫塑料

福特公司可持续发展和新兴材料技术专家Alper Kiziltas说，开发泡沫的最大挑战之一是将石墨烯这样的纳米材料分散到粘稠的聚合物中，并保持其在混合过程中不坍塌。

Kiziltas说，XG科学公司提供了与聚氨酯化学兼容的石墨烯，而且数量充足，成本合理。一级聚氨酯成型商Eagle Industries参与了泡沫的加工。

他说，含有石墨烯的多元醇不能像一般的添加剂那样加工。为了保持石墨烯的特性，必须对材料进行不同的加工。

Kiziltas说：“再加上Eagle公司制造工艺的需要，我们开发了一种独特的方法，将石墨烯与泡沫的多元醇结合并分散开来。”

福特公司开发聚氨酯的另一个挑战是概念上的。对于新材料，人们通常认为，如果一种应用消耗更多的材料，它将获得更好的性能。

Kiziltas说，与直觉相反的是，福特公司开始降低石墨烯在多元醇中的浓度。随着浓度的降低，所产生的泡沫的性能得到了改善。

他说，石墨烯现在占泡沫的比例不到0.3%。“我们得到了非常好的机械、热和物理性能。”

Kiziltas说，用石墨烯配制聚氨酯是非常简单的。除了添加石墨烯之外，它几乎不需要任何改变。

其他挑战是公司引进新材料时面临的典型挑战。

一个是成本，因为客户对价格很敏感。Kiziltas说，福特公司必须确保新的泡沫材料至少不影响成本。

另外，由于泡沫是一种新材料，福特必须确保它能满足或超过零件的要求，Kiziltas说。

他说，与没有石墨烯的泡沫相比，压缩强度和模量增加了约20%。热变形提高了30%。吸音系数增加了25%。

他说，用这种泡沫制成的部件的重量要轻10%以上。

汽车生产商急于减少他们的车辆重量，因为他们在一箱燃料上可以走得更远，使他们能够排放更少的气体。

福特在2018年推出了这种泡沫，它被用于发动机盖、油泵盖和燃油管道盖等部件。

这些盖子仅限于内燃机。然而，福特看到了这种泡沫在电动汽车（EV）中的潜在用途。

事实证明，发动机的白噪声掩盖了日常驾驶中的隆隆声和吱吱声。这些恼人的声音在电动汽车中更加明显，因为它们没有内燃机。

Kiziltas说，福特的泡沫可用于车头内衬、门板和地毯下，以减少电动汽车的噪音。

他说，汽车行业以外的公司也在询问这种泡沫。