結構膠粘接技術的案例
航天特種材料及工藝技術研究所《ACS AMI》：結構穩健的耐1400℃ 陶瓷納米棒氣凝膠隔熱材料
第一作者：張恩爽
通訊作者：張昊 研究員，李文靜 研究員
第一單位：航天特種材料及工藝技術研究所
DOI：10.1021/acsami.1c02501
在國家自然科學基金(52075510)的支持下，航天特種材料及工藝技術研究所張昊團隊在耐高溫氣凝膠隔熱材料方面取得新進展。在過去近10年時間里，該團隊先后開發出耐650℃和耐1200℃氣凝膠為代表的高性能氣凝膠隔熱材料。本文中，作者針對航空航天領域對高性能、耐1400℃以上氣凝膠隔熱材料的使用需求，設計和制備了一種氧化鋁納米棒，并通過將氧化鋁納米棒與二氧化硅納米顆粒的組裝和退火過程，實現了耐1400℃氣凝膠材料的制備。一方面，納米棒一維單元克服了傳統珍珠項鏈狀氣凝膠骨架的弱點，克服高表面能帶來的燒結問題；另一方面，得益于納米棒的自支撐作用，熱處理過程使合適的硅鋁組分在高溫下生成了耐高溫的莫來石相，并保持三維網絡骨架結構，最終使得該材料耐溫性突破了1400℃。相關研究成果以題為“Insulating and Robust Ceramic Nanorods Aerogels with High-Temperature Resistance over 1400 ℃”發表在ACS Applied Materials & Interfaces上，論文第一作者為張恩爽博士，張昊研究員和李文靜研究員為論文的共同通訊作者。航天特種材料及工藝技術研究所為第一單位。
陶瓷氣凝膠具有耐高溫、抗氧化及熱導率低等特點，尤其是在極端條件下具有良好的隔熱性能。然而，大多數陶瓷氣凝膠是由氧化物陶瓷納米顆粒構成的，在高溫(高于1200℃)下往往存在脆性和結構坍塌的問題。
展開 【科普】淺析結構粘合劑在汽車制造中的作用
乘車結構粘合劑有助于提升車身剛性和抗沖撞擊性
要采用結構粘合劑，并不僅僅材料準備好就行。應用的溫度必須保持一定；為了使基材表面具備良好的粘附性，還需要進行清潔、打磨等處理工藝；選擇合適的粘合劑并配備涂膠機器人。同時，結構粘合劑仍需提升環境耐蝕性和長期耐久性，對于越來越多的新材料出現，也需要更多的結構粘合劑來應對。
目前，在結構粘合劑的使用上歐美廠商顯得更開放一些，從上世紀90年代開始豪華廠商就開始引進這一工藝，如今不少緊湊型車型也開始使用結構粘合劑用于車身制造，只不過和豪華車相比，使用的長度差距是顯而易見的。比如說配備碳纖維車身的寶馬i系列電動車，車身的粘合是通過長達160米的結構粘合劑來完成的。
在未來隨著碳纖維復合材料的逐步應用，編織、粘接的工藝將會取代傳統金屬車身的沖壓和焊接工藝，在結構粘合劑上，陶氏化學的復合材料結構膠注射粘接技術，傳統的白車身焊接工藝將受到車身輕量化潮流的影響而被新工藝取代，甚至在未來一天，我們不禁思考汽車還需不需要白車身。
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展開 結構粘合劑在汽車制造中的作用解析
同時，結構粘合劑仍需提升環境耐蝕性和長期耐久性，對于越來越多的新材料出現，也需要更多的結構粘合劑來應對。
目前，在結構粘合劑的使用上歐美廠商顯得更開放一些，從上世紀90年代開始豪華廠商就開始引進這一工藝，如今不少緊湊型車型也開始使用結構粘合劑用于車身制造，只不過和豪華車相比，使用的長度差距是顯而易見的。比如說配備碳纖維車身的寶馬i系列電動車，車身的粘合是通過長達160米的結構粘合劑來完成的。
在未來隨著碳纖維復合材料的逐步應用，編織、粘接的工藝將會取代傳統金屬車身的沖壓和焊接工藝，在結構粘合劑上，陶氏化學的復合材料結構膠注射粘接技術，傳統的白車身焊接工藝將受到車身輕量化潮流的影響而被新工藝取代，甚至在未來一天，我們不禁思考汽車還需不需要白車身。
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同時，結構粘合劑仍需提升環境耐蝕性和長期耐久性，對于越來越多的新材料出現，也需要更多的結構粘合劑來應對。
目前，在結構粘合劑的使用上歐美廠商顯得更開放一些，從上世紀90年代開始豪華廠商就開始引進這一工藝，如今不少緊湊型車型也開始使用結構粘合劑用于車身制造，只不過和豪華車相比，使用的長度差距是顯而易見的。比如說配備碳纖維車身的寶馬i系列電動車，車身的粘合是通過長達160米的結構粘合劑來完成的。
在未來隨著碳纖維復合材料的逐步應用，編織、粘接的工藝將會取代傳統金屬車身的沖壓和焊接工藝，在結構粘合劑上，陶氏化學的復合材料結構膠注射粘接技術，傳統的白車身焊接工藝將受到車身輕量化潮流的影響而被新工藝取代，甚至在未來一天，我們不禁思考汽車還需不需要白車身。
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汽車輕量化的“三駕材料馬車”
得益于陶氏復合材料結構膠注射粘接技術，全新 BMW7 系的車體框架中，碳纖維增強復合材料被用于加固車頂橫梁結構以及B 柱和 C 柱、底部側圍、中央通道和后部支撐。相比上一代車型，全新 BMW7 系最大減重達130kg。
全新BMW7 的白車車身圖及車身細部圖。
以上復合材料是作為加強件而存在的，這相當考驗復合材料和鋼材或鋁合金之間的連接技術，也提升了膠結或鉚接技術在這方面的應用前景。此外，BMW i 系列采用的全碳纖維車身 設計則更為直接，碳纖維零件的預成型模具可由多個接合在一起，來生產表面積較大的碳纖 維部件，最終通過特殊的粘接劑組裝。
不同于碳纖維材料，工程塑料用于替代汽車上的有色金屬及合金部件。其剛性大，電絕緣性 好，能在較寬的溫度范圍內承受機械應力，還能在苛刻的化學物理環境中使用。玻璃鋼（FRP）、 ABS、PVC、PA 等都屬于這個范疇，以玻璃鋼為例，可用于制造保險杠、艙門板、翼子板、 儀表臺等。目前在汽車上，非金屬材料占 26％~28％，塑料占 9％，仍相當大的提升空間。
事實上國外發達國家已經將汽車中塑料的占比來衡量汽車制造和設計水平。以汽車工業大國 德國為例，每輛汽車使用塑料制品為 300Kg，約占汽車材料消耗總量的 22%，相比 2000 年， 發達汽車國家的塑料平均使用量僅為 120Kg（世界平均水平為 105Kg），可見發展速度迅猛。 而在 2010 年，中國每輛汽車平均塑料用量才為 70 千克，還不及發達國家十年前的水平。
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