Пластик к металлу, сталь к алюминию: будущее за композитами и легкими автомобилями
Изготовление конструкций транспортных средств из комбинации металлов и пластмасс может сделать их значительно легче, прочнее, безопаснее и экологичнее. Но соединить эти материалы вместе, было до недавнего времени сложной проблемой.
Первый жизнеспособный метод сварки пластмассы и металла разработан в университете Мичигана под руководством Пинша Донга, университетского профессора инженерии Роберта Ф. Бека.
Сварка по сути — создание связей между двумя материалами на молекулярном уровне. В течение десятилетий считалось, что пластик и металл принципиально несовместимы, и нет возможности сварить их вместе. Однако исследователи обнаружили, что правильное сочетание температуры и давления может привести к тому, что углерод и кислород в пластике прочно свяжутся с металлом.
— Пинш Донг.
Ученые использовали станок, похожий на сверлильный с цилиндрической вращающейся головкой. Металл помещается поверх пластика, а головка опускается поверх свариваемых объектов. Таким образом нагрев и давление были сосредоточены в одной точке. Результат похож на применение аппарата точечной сварки.
По утверждениям разработчиков технологии, любой металл можно сварить с любым пластиком, который содержит достаточное количество кислородно-углеродных соединений. Ключевым моментом является расчет температуры и давления, которые будут сваривать данную комбинацию материалов.
Для пластиков, в которых недостаточно соединений кислорода и углерода, таких как полипропилен, можно поместить недорогую пластиковую пленку между двумя материалами, чтобы «засеять» связь кислородом и углеродом.
Возможность комбинировать сталь и алюминий может позволить не только сварку, но и новые недорогие способы 3D-печати алюминиевых сплавов на стали. Предыдущие попытки приводили к образованию хрупких соединений на границе раздела двух металлов, снижая прочность сплава.
Новые методы сварки также могут улучшить аккумуляторные батареи и корпуса электромобилей. Сегодня они представляют собой многослойные конструкции, которые обычно скрепляются клеями и механическими креплениями. Их очень трудно разобрать для ремонта или переработки. Сварные аккумуляторные блоки могут быть разобрать и собрать гораздо проще. Они легче, дешевле в производстве и и энергоэффективнее.
— Пинш Донг.
Первый жизнеспособный метод сварки пластмассы и металла разработан в университете Мичигана под руководством Пинша Донга, университетского профессора инженерии Роберта Ф. Бека.
Сварка по сути — создание связей между двумя материалами на молекулярном уровне. В течение десятилетий считалось, что пластик и металл принципиально несовместимы, и нет возможности сварить их вместе. Однако исследователи обнаружили, что правильное сочетание температуры и давления может привести к тому, что углерод и кислород в пластике прочно свяжутся с металлом.
Компьютерные модели показывают, что мы можем сделать конструкции легковых автомобилей и легких грузовиков на 40% легче, создавая их из комбинации металлов и пластика. Меньший вес дает ряд преимуществ, главным образом более высокую эффективность: экономия топливаили больший запас хода у электромобилей. Транспортные средства композитными конструкциями лучше управляются и обеспечивают повышенную безопасность. Проблема заключалась в том, что единственным способом соединения металла и пластика были клеи или механические крепления, которые слишком медленны и дороги для всего, кроме мелкосерийных специальных транспортных средств.
— Пинш Донг.
Ученые использовали станок, похожий на сверлильный с цилиндрической вращающейся головкой. Металл помещается поверх пластика, а головка опускается поверх свариваемых объектов. Таким образом нагрев и давление были сосредоточены в одной точке. Результат похож на применение аппарата точечной сварки.
По утверждениям разработчиков технологии, любой металл можно сварить с любым пластиком, который содержит достаточное количество кислородно-углеродных соединений. Ключевым моментом является расчет температуры и давления, которые будут сваривать данную комбинацию материалов.
Для пластиков, в которых недостаточно соединений кислорода и углерода, таких как полипропилен, можно поместить недорогую пластиковую пленку между двумя материалами, чтобы «засеять» связь кислородом и углеродом.
Возможность комбинировать сталь и алюминий может позволить не только сварку, но и новые недорогие способы 3D-печати алюминиевых сплавов на стали. Предыдущие попытки приводили к образованию хрупких соединений на границе раздела двух металлов, снижая прочность сплава.
Новые методы сварки также могут улучшить аккумуляторные батареи и корпуса электромобилей. Сегодня они представляют собой многослойные конструкции, которые обычно скрепляются клеями и механическими креплениями. Их очень трудно разобрать для ремонта или переработки. Сварные аккумуляторные блоки могут быть разобрать и собрать гораздо проще. Они легче, дешевле в производстве и и энергоэффективнее.
Мы запатентовали этот процесс и уже работаем с производителями над разработкой коммерческого оборудования, которое может быть лицензировано для авто- и других производителей. Я бы сказал, что мы увидим эту технологию в промышленности в ближайшие два года
— Пинш Донг.
- Brenda Ahearn/Michigan Engineeering
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Таинственная «дверь» обнаружена в Антарктиде
Теория заговора против официальной науки: кто окажется прав?...
15 000 американских городов станут призраками в ближайшие десятилетия
Ученые уверены, что «там просто некому будет жить»....
Не по вкусу: комары пьют кровь не у всех подряд
Полезно понимать для защиты от опасных насекомых....
НЛО управляют армией беспилотников, которые следят за военными базами США
Загадочные дроны буквально терроризируют американских военных летчиков....
Странный случай: укус змеи подействовал на австралийца спустя 15 часов
Только 10% укушенных на самом деле получают дозу яда....
Собаки поднялись на новую ступень эволюции
Третья стадия одомашнивания — что это значит?...
20 млн жителей США могут остаться без воды
Великие озера поразила небывалая засуха....
Первые оседлые люди в Европе: в Сербии обнаружили дом возрастом 8000 лет
Обгорелое жилище перевернуло представления о ранних поселенцах....
Вспененный гель быстро останавливает кровотечение и снижает риск заражения
Учёные изобрели спасающую жизнь «повязку»....
Кошки могут понимать многие слова
Но для экспериментов голос хозяина произносил бессмыслицу....
Google срочно переходит на атомную энергию
АЭС опасны, но у Америки просто нет выхода....
Первая частная космическая станция появится на орбите в 2025 году
Комплекс, созданный с учетом проблем астронавтов, потянул на миллиард долларов....
Американские ученые отрицают ускорение глобального потепления
Формально, так и есть, но это ещё не всё....
Окаменелости в Индии рассказали о самом раннем случае разделки слонов людьми
Это произошло не менее 300 тысяч лет назад....
Детекторы ИИ ложно обвинили студентов в плагиате
Ничто не ново на всё 100%....
Режиссер фильма «Я, робот» утверждает, что Илон Маск крадет его идеи
Смех смехом, но новые проекты Маска удивительно похожи на кадры из фильма....