福特汽車公司已成功地將石墨烯融入多元醇中，生產(chǎn)出一種聚氨酯（PU）泡沫，在降低汽車噪音的同時(shí)也減輕了汽車的重量。
這種材料入圍了2021年聚氨酯創(chuàng)新獎(jiǎng)，該獎(jiǎng)項(xiàng)由聚氨酯工業(yè)中心（CPI）在聚氨酯技術(shù)會(huì)議期間頒發(fā)。
石墨烯是碳的一種形式，其厚度為一個(gè)原子。它幾乎是透明的，但密度很高，氦氣無(wú)法穿過(guò)它。
2004年，當(dāng)曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家描述他們?nèi)绾瓮ㄟ^(guò)使用普通的膠布來(lái)提取這種材料時(shí)，它就變得引人注目了。他們的工作為他們贏得了2010年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
在這兩位科學(xué)家獲獎(jiǎng)后不到十年，福特公司就能夠?qū)⑹┘{入多元醇中。
現(xiàn)在，這種泡沫被用于福特公司的所有北美車輛中。
將石墨烯融入泡沫塑料
福特公司可持續(xù)發(fā)展和新興材料技術(shù)專家Alper Kiziltas說(shuō)，開(kāi)發(fā)泡沫的最大挑戰(zhàn)之一是將石墨烯這樣的納米材料分散到粘稠的聚合物中，并保持其在混合過(guò)程中不坍塌。
Kiziltas說(shuō)，XG科學(xué)公司提供了與聚氨酯化學(xué)兼容的石墨烯，而且數(shù)量充足，成本合理。一級(jí)聚氨酯成型商Eagle Industries參與了泡沫的加工。
他說(shuō)，含有石墨烯的多元醇不能像一般的添加劑那樣加工。為了保持石墨烯的特性，必須對(duì)材料進(jìn)行不同的加工。
Kiziltas說(shuō)：“再加上Eagle公司制造工藝的需要，我們開(kāi)發(fā)了一種獨(dú)特的方法，將石墨烯與泡沫的多元醇結(jié)合并分散開(kāi)來(lái)。”
福特公司開(kāi)發(fā)聚氨酯的另一個(gè)挑戰(zhàn)是概念上的。對(duì)于新材料，人們通常認(rèn)為，如果一種應(yīng)用消耗更多的材料，它將獲得更好的性能。
Kiziltas說(shuō)，與直覺(jué)相反的是，福特公司開(kāi)始降低石墨烯在多元醇中的濃度。隨著濃度的降低，所產(chǎn)生的泡沫的性能得到了改善。
他說(shuō)，石墨烯現(xiàn)在占泡沫的比例不到0.3%。“我們得到了非常好的機(jī)械、熱和物理性能?！?
Kiziltas說(shuō)，用石墨烯配制聚氨酯是非常簡(jiǎn)單的。除了添加石墨烯之外，它幾乎不需要任何改變。
其他挑戰(zhàn)是公司引進(jìn)新材料時(shí)面臨的典型挑戰(zhàn)。
一個(gè)是成本，因?yàn)榭蛻魧?duì)價(jià)格很敏感。Kiziltas說(shuō)，福特公司必須確保新的泡沫材料至少不影響成本。
另外，由于泡沫是一種新材料，福特必須確保它能滿足或超過(guò)零件的要求，Kiziltas說(shuō)。
他說(shuō)，與沒(méi)有石墨烯的泡沫相比，壓縮強(qiáng)度和模量增加了約20%。熱變形提高了30%。吸音系數(shù)增加了25%。
他說(shuō)，用這種泡沫制成的部件的重量要輕10%以上。
汽車生產(chǎn)商急于減少他們的車輛重量，因?yàn)樗麄冊(cè)谝幌淙剂仙峡梢宰叩酶h(yuǎn)，使他們能夠排放更少的氣體。
福特在2018年推出了這種泡沫，它被用于發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、油泵蓋和燃油管道蓋等部件。
這些蓋子僅限于內(nèi)燃機(jī)。然而，福特看到了這種泡沫在電動(dòng)汽車（EV）中的潛在用途。
事實(shí)證明，發(fā)動(dòng)機(jī)的白噪聲掩蓋了日常駕駛中的隆隆聲和吱吱聲。這些惱人的聲音在電動(dòng)汽車中更加明顯，因?yàn)樗鼈儧](méi)有內(nèi)燃機(jī)。
Kiziltas說(shuō)，福特的泡沫可用于車頭內(nèi)襯、門板和地毯下，以減少電動(dòng)汽車的噪音。
他說(shuō)，汽車行業(yè)以外的公司也在詢問(wèn)這種泡沫。
