Vật liệu siêu nhẹ giúp xe ô tô tiết kiệm năng lượng

Trước đây, tấm chắn cản trước và sau của các xe ô tô nhỏ thường được sản xuất từ hệ thống polyurethane với cốt thép ngắn, có độ dày khoảng 3.0 mm. Nhưng những nỗ lực để giảm trọng lượng bằng phương pháp giảm độ dày của tấm chắn cản hoặc sử dụng kết hợp chất độn đặc biệt với mật độ vật liệu thấp hơn thất bại. Những tính chất cơ khí quan trọng, như độ bền cơ học, độ cứng và chịu lực va đập là không đáp ứng yêu cầu.

Tấm chắn cản trước của ô tô với vật liệu ma trận siêu nhẹ. Ảnh Advanced Science News

Hiện nay, công ty Đức BASF và công ty Ý, STR ô tô đang phối hợp với nhau phát triển một vật liệu trọng lượng nhẹ mới có tên là Elastolit và đưa vào sản xuất. Theo phát biểu của đại diện hai công ty, vật liệu mới này dựa trên cơ sở vật liệu cơ bản polyurethane có suất đàn hồi lớn (high modulus) có khả năng chịu nhiệt độ cao, có độ cứng và độ bền chịu lực khi va đập, cung cấp giải pháp sáng tạo mới cho vấn đề phức tạp này.

 “Những tính chất cơ học được cải thiện của vật liệu ma trận cho phép nhà thiết kế giảm khoảng 20% độ dày thành của các bộ phận đi cùng (gắn vào xe) mà không làm giảm chất lượng của trang bị”, kỹ sư Jürgen Schneider, thuộc văn phòng Phát triển Kỹ thuật tại công ty BASF Polyurethanes giải thích. Điều này rất đúng đối với các bộ phận nhỏ sản xuất hàng loạt, liên quan đến sự ổn định kích thước và độ chính xác kích thước của thiết bị trong điều kiện khí hậu nhiệt đới. Độ cứng và độ bền cao, khả năng chịu nhiệt cao của vật liệu có tác động tích cực trong việc đảm bảo không có sự biến đổi lớn về kích thước của các bộ phận này.

Vật liệu ma trận siêu nhẹ. Ảnh Advanced Science News

Phụ thuộc vào yêu cầu và ứng dụng của thiết bị, vật liệu ma trận trọng lượng nhẹ mới này có thể được điều chỉnh các thông số vật lý bằng cách tích hợp với các chất độn khác nhau, chẳng hạn như sợi khoáng tiêu chuẩn cho các thành phần như tấm chắn cản, kết hợp sợi khoáng / carbon cho các bộ phận thẳng đứng với hệ số giãn nở nhiệt thấp hệ số, hoặc kết hợp với sợi carbon và quả cầu thủy tinh rỗng nhỏ nhẹ cho các bộ phận mà giảm trọng lượng đến tối thiểu là ưu tiên hàng đầu.

Cả hai công ty cho biết, trong đợt sản xuất đầu tiên ứng dụng vật liệu ma trận  polyurethane có suất đàn hồi lớn, trọng lượng xe giảm thành công 0,6 kg trên mỗi m2. Đối với các tấm chắn cản phía sau, trọng lượng được giảm xuống tới 1,5 kg.

Nhóm nghiên cứu cũng thấy được tiềm năng rất lớn đối với các ứng dụng do sức chịu nhiệt cao của vật liệu. Nhờ tính năng kháng nhiệt độ cao của vật liệu, các nhà khoa học có thể nghiên cứu ứng dụng trong thiết kế chế tạo các khoang động cơ.