Nanokompozyty polimerowe w motoryzacji

Nanokompozyty polimerowe w to jeden z nowszych trendów w przemyśle tworzyw sztucznych. Choć ich produkcja wciąż jest na bardzo znikomym poziomie, to jednak są firmy, które zaczynają z nich korzystać.

Nanokompozyty polimerowe to jakościowo nowa grupa materiałów. Otrzymywane są w wyniku modyfikacji tradycyjnych tworzyw poprzez zdyspergowanie w matrycy polimerowej dodatków rozdrobnionych do wymiarów kilku nanometrów. Niewielkie napełnienie w zasadniczy sposób poprawia szereg właściwości wyjściowego polimeru.

Pierwsze prace z nanokompozytami polimerowymi zostały zainicjowane przez firmę Toyota ponad 20 lat temu przy wykorzystaniu najnowszych technik badawczych pozwalających na śledzenie zjawisk w skali milionowych części milimetra. Znacznie wcześniej praktycznie wykorzystywano wzmacniające i przewodzące właściwości sadz w przemyśle gumowym oraz modyfikację tworzyw sztucznych, głównie polietylenu wysokiej gęstości, w celu istotnego obniżenia oporności powierzchniowej i skrośnej.

Zalety nanokompozytów polimerowych to m.in. zwiększona sztywność bez utraty udarności, stabilność wymiarowa, poprawa efektu barierowego, zwiększona stabilność termiczna i odporność na działanie ognia, dobre właściwości optyczne, ograniczenie defektów powierzchniowych wyrobów, a także podwyższona lepkość i stopień krystalizacji w stosunku do polimeru wyjściowego. Do wad należy zaliczyć natomiast ich bardzo wysoką cenę, a także skomplikowany proces wytwórczy w efekcie czego występują trudności z uzyskaniem dużego i równomiernego stopnia zdyspergowania w polimerze, a także skłonność nanonapełniacza do aglomerowania.

W tej chwili światowa produkcja nanokompozytów polimerowych to ok. 1,5 tys. ton, z czego 1 tys. ton to poliamidy wzmacniane MMT dla przemysłu opakowaniowego i samochodowego, a 0,5 tys. ton to nanokompozyty wzmacniane nanorurkami węglowymi na bazie PPO/poliamid do produkcji części samochodowych. Cały rynek dla nanokompozytów polimerowych wart jest ok. 211 mln dolarów i w ciągu ostatnich pięciu lat wzrósł o ponad 100 proc.

Warto przyjrzeć się zatem kilku najbardziej znanym przykładom zastosowania opisywanych materiałów. I tak jeśli chodzi o przemysł samochodowy to choćby Ford zamierza wprowadzić tablice rozdzielcze oraz panele nadwozia z nowych tworzyw. Ma to na celu zwiększenie odporności na zarysowanie i uszkodzenie powierzchni. Poważnie analizowana jest możliwość wykorzystania barierowych właściwości nanokompozytów polimerowych przy konstrukcji tworzywowych zbiorników na paliwo.

Koncern rozwija technologie otrzymywania nanokompozytów na bazie polipropylenu. Stosowanie podgrzanego płynów SCF (Super Critical Fluids) zwiększa ich penetrację w głąb cząstek napełniacza oraz rozwarstwia skupiska płytek montmorylonitu (MMT) modyfikowanego związkami organicznymi. Druga metoda wykorzystuje energię ultradźwięków. Obie eliminują bądź ograniczają potrzebę stosowania kompatybilizatorów. Z kolei Toyota stosuje nanokompozyty na bazie poliamidu jako wewnętrzną warstwę w rozdmuchu wielowarstwowym zbiorników paliwowych. Zewnętrzne warstwy wykonane są z polietylenu wysokiej gęstości.

Oferowane są też nanokompozyty PA6 do produkcji opakowań. Ich właściwości barierowe eliminują praktycznie przenikalność tlenu. I tak np. Butelki PET z wewnętrzną warstwą barierową na bazie PA 6 zapewniają możliwość nawet sześciomiesięcznego przechowywania piwa.