Как исследователи отрасли ищут новые автомобильные ингредиенты

Когда-то в середине 1990-х годов, когда Катрина Корниш жила в Калифорнии и работала в Министерстве сельского хозяйства США, она увидела груз свежесобранных помидоров в бункере, который перевозили с фермы в кузове грузовика.

Корниш, который имеет докторскую степень по биологии растений в Университете Бирмингема в Англии, не рассматривал эту нагрузку томатов, как большинство людей. Вместо этого она подумала о помидорах на дне контейнера и поняла, что шкуры должны быть достаточно жесткими, чтобы выдержать такой стресс.

Перенесемся вперед почти на четверть века. Корниш в настоящее время является профессором в Университете штата Огайо и международным авторитетом в области производства альтернативных натуральных каучуков, их свойств и продуктов, а также биосинтеза каучука. Она никогда не забывала эти помидоры, и благодаря ее новаторским исследованиям, вполне возможно, что томатная кожура может оказаться в вашей следующей машине.

Шкуры томатов могут заменить часть экологически чистой сажи, содержащейся в резине, используемой в втулках подвески, опорах двигателя, шинах, шлангах и других частях автомобиля.

«Помидоры, выращенные для пищевой промышленности, были выращены примерно одинакового размера», - сказал Корниш. «И меня просто поразило, что у них тоже должны быть действительно жесткие кожуры, потому что нижняя часть не сдавливается 500-ю сидящими на ее голове. Ну, какие свойства вы хотите в армирующем наполнителе? это действительно круто и сильно. Вот почему я посмотрел на томатную кожуру".

Также изучается применение в автомобильной промышленности? Яичная скорлупа.

Яичные скорлупы также могут заменить часть технического углерода. Корниш попросила компании отправить мусорные мешки с их промышленными отходами в ее лабораторию. Просеяв это, она обнаружила, что яичная скорлупа, размолотая в мелкий порошок, также может действовать как усиливающий агент в саже.

Исследователи OSU, работающие с коллегами по поставщику Tenneco и, по крайней мере, одним крупным автопроизводителем, проводят испытания кожуры томатов и яичной скорлупы в резиновых компонентах для автозапчастей.

Если они окажутся в автомобильных деталях, это не будет впервые, когда что-то подобное произошло. Оболочка кешью и полученное из них масло содержатся в большинстве тормозных колодок и колодок.

Корниш и тысячи других химиков и исследователей материаловедения в национальных лабораториях, поставщиках и автопроизводителях переосмысливают автомобиль на молекулярном уровне. Это часть того, что Бен Патель, который в последнее время занимал должность технического директора Tenneco, называет «революцией в материаловедении», проходящей через автомобильную промышленность. И что за рулем это может быть не совсем то, что вы думаете.

Game-чейнджеры
Легкий вес, экономия топлива, сокращение выбросов и поиск более экологически чистых утилизируемых деталей традиционно приводят к изменениям в компонентах автомобиля. Но то, как автомобили будут использоваться в будущем, заставляет поставщиков изобретать строительные блоки многих частей автомобиля.

Мобильность, в том числе совместная поездка, может быть самым большим фактором. Средний автомобиль простаивает около 95 процентов времени. По данным Министерства транспорта США, американцы в среднем около часа или около того дня за рулем. Но, по некоторым оценкам, автомобили с автономным управлением в конечном итоге могут эксплуатироваться до 20 часов в день. Такое использование потребует гораздо более надежных компонентов, которые поставщики уже готовятся производить. Цель, к которой стремятся некоторые поставщики: создавать компоненты для транспортных средств, способные выдерживать 100 000 миль в год и обеспечить ожидаемый срок службы в 1 миллион миль.

Большее число находящихся в частной собственности пассажирских транспортных средств уже демонстрирует более высокие показатели использования, что позволяет заглянуть в будущее с тем, как автомобили должны будут меняться, когда количество рабочих часов увеличивается. По данным информационной базы RideGuru, некоторые водители Uber и Lyft, занятые полный рабочий день, накапливают до 1000 миль в неделю на своих автомобилях. Они видят, как десятки людей в день въезжают и выходят из транспортных средств, что создает новые соображения относительно степени износа таких деталей, как пена для сидений, уплотнения дверей, механические компоненты и даже краска.

Электрификация также приносит новые проблемы на молекулярном уровне, говорит Род Хади (Rod Hadi), исполнительный директор Tenneco по глобальному проектированию материалов. Некоторые шумы трансмиссии, которые обычно заглушаются автомобилем с бензиновым двигателем, можно услышать в электромобилях. Автопроизводители попросили Tenneco разработать крепления для трансмиссии и компоненты подвески, которые не дадут услышать эти шумы, говорит Стив Полман, генеральный менеджер по глобальным эластомерам в Driv, бывшем подразделении Tenneco, которое разрабатывает компоненты для управления поездкой.

«Частоты шума, которые генерируют двигатель и трансмиссия, как правило, ниже, чем частоты электромобилей», - сказал Хади во время поездки в глобальный центр исследований и разработок Tenneco в Милане, штат Огайо. «Таким образом, материал, который мы разрабатываем с точки зрения изоляции, меняется, потому что мы сейчас ищем изоляцию, которая происходит на более высоких частотах. И то, как мы смотрим на материальное развитие, меняется из-за этого».

«Электрический автомобиль будет гораздо более долговечным, чем автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, и все остальное в автомобиле будет длиться столько же», - добавил Хади.

Стоимость вызова
Завтрашние самоходные автомобили могут иметь компоненты, которые служат в 10 раз дольше, чем современные автомобили. Но эти детали не могут стоить в 10 раз дороже, чем компоненты, которые они заменяют. Фактически, поставщики говорят, что автопроизводители не хотят тратить на копейки больше, чем платят сейчас.

Это рассмотрение затрат является сложной проблемой, сказал Патель.

«Если вы посмотрите на затраты только на уровне компонентов, что-то может показаться более дорогим. Но что, если это изменит скорость и сложность вашего производства и / или производственного процесса? Что произойдет, если сократятся два других компонента? сокращает расходы на гарантию? Существует несколько способов расчета стоимости », - говорит он.

Это будет сложное уравнение, поскольку поставщики вводят компоненты, изготовленные из новых материалов, которые - по крайней мере, на основе отдельных позиций - могут стоить дороже, чем существующая деталь, но в действительности могут оказаться менее дорогими.

Некоторые поставщики выясняют, как доставить запчасти нового поколения без значительного повышения цен.

Подразделение рассадки MegaSupplier Magna International только что представило материал отделки сидений, который он называет Freeform, который является естественным для транспортных средств для совместного использования. Материал стоит немного больше, чем сегодня использует Magna, но компания подсчитала, что Freeform в итоге обойдется автопроизводителям примерно в то же время, потому что это значительно упрощает процесс изготовления сидений. Freeform устраняет такие вещи, как направляющие провода и зажимы для борова, которые обычно используются для крепления сиденья и пенопластовой подушки к раме сиденья. Вместо этого Freeform просто расстегивает молнию, обеспечивая быструю очистку обивки сидений и внесение изменений.

Freeform - один из первых продуктов для сидения Magna, который отражает инновации на молекулярном уровне, говорит Рене Шовен, глобальный директор по производству пеноматериалов Magna Seating. Magna рассчитывает начать производство материала примерно через год. «То, с чем мы сталкиваемся в Magna, - это массовое изменение наших химических систем на молекулярном уровне», - сказал Шовен. «Мы имеем дело с нашими поставщиками и получаем материалы с более высокой молекулярной массой. Это позволяет нам повысить долговечность и производительность конечного продукта. Это также относится и к сегодняшнему рынку».

'Приближается'
В Cooper Standard, производящем резиновые и пластмассовые изделия, такие как уплотнители окон и шланги для топливной и тормозной систем, CTO Крис Коуч контролирует растущий бюджет на исследования и разработки с целью достижения успехов в области материаловедения, чтобы не допустить превращения своей продукции в товарные. Куш говорит, что, хотя в отрасли уже происходит электрификация, автопроизводители еще не требуют компонентов с чрезвычайно долгим жизненным циклом.

"Мы думаем, что это идет", сказал Коуч. «Мы постоянно спрашиваем наших клиентов, и они, как правило, говорят:« Мы тоже думаем об этом ».

«Мы еще не получаем котировки, требующие 10-кратного жизненного цикла, - но мы действительно думаем, что он наступает, и мы готовимся к нему. Мы инвестируем в материалы, которые могут пройти путь».

Подобно тому, как бюджеты автопроизводителей резко возросли на оплату новых технологий, которые будут использоваться в электрифицированных и автономных автомобилях, поставщики сталкиваются с большими расходами по мере развития своей продукции. Несмотря на это, некоторые не смогут, считает Патель.

«Реальность такова, что компании, торгуемые на бирже, которые должны отчитываться каждую ночь и день и должны сравнивать их с годовыми улучшениями, всегда будут делать то, что в их интересах в краткосрочной перспективе», - сказал Патель. «По определению, исследования - это длинная игра. При этом компании, которые имеют сильный баланс, которые не борются с долгами и имеют сильного лидера, должны инвестировать в новые материалы».

Зажигалка резиновая заменитель
Компания Cooper Standard потратила пять лет на разработку дверного уплотнения, которое называется Fortrex и заменяет традиционное резиновое уплотнение. Уплотнение Fortrex, которое на ощупь напоминает мягкий, гибкий пластик, весит примерно на 30 процентов меньше, чем традиционное уплотнение. Это, вероятно, никогда не изнашивается и обеспечивает лучшую защиту от ветра и воды.

«Это были значительные инвестиции и требовали от корпорации постоянных усилий в области исследований и разработок в течение многих лет», - сказал Кауч. «Это свидетельствует о том, что Cooper Standard является инновационной компанией. Это часть нашей стратегии, побеждающей благодаря инновациям и материаловедению».

«Но это не произойдет в одночасье. Вы не включаете и не выключаете его в зависимости от экономической специфики бизнеса в этом месяце. Вы должны выдержать это, чтобы реализовать некоторые из этих высокоэффективных инноваций».

Патель считает, что ключом к успеху для новых материалов является масштаб и разнообразная и надежная база поставок.

«Если оно не будет масштабироваться экономически, это вызовет много волнений, но затем оно быстро исчезнет», - сказал он. «И это никому не приносит пользы, потому что это заставляет людей ломать голову ради чего-то нового. Консервативные люди используют проверенные и проверенные материалы, а это не то, что катализирует новые инновации».

Эластичная краска
Почти ни одна часть будущих автомобилей не останется без изменений. И это включает в себя краску и покрытия под краской. Axalta, один из крупнейших в отрасли поставщиков покрытий, в последние годы увеличил свои расходы на НИОКР, чтобы не отставать от изменений в конструкции автомобилей, сообщил технический директор Барри Снайдер в интервью Automotive News . По словам Снайдера, в то время как Axalta работает над новыми материалами для краски, такими как составы, которые могут помочь автомобилям с автоматическим управлением видеть другие транспортные средства, она также использует свои существующие технологии по-новому.

«Если вы попытаетесь защитить стальной автомобиль, это довольно просто с точки зрения защиты от коррозии», - сказал он. «Технология коррозии существует уже давно. Полностью алюминиевый Ford F-150 корродирует немного иначе, чем сталь, но он все еще монолитен, и вы можете придумать решение, которое будет работать для всего кузова.

«Теперь переместитесь в место, где вы объединяете в одном корпусе различные марки стали, алюминия, магния, углепластика, и у вас есть эта головоломка. Каждая из них корродирует по-разному и может влиять на коррозионную стойкость каждого из них. другое: когда вы красите и кладете в духовку, они расширяются с разной скоростью, а когда остывает, она снова сжимается. У вас должна быть пленка краски, которая может расширяться и сжиматься по всем этим различным подложкам и выглядеть превосходно «.

Патель видит, что инновации приходят быстрее, чем когда-либо в истории. И он считает, что Интернет является движущей силой изменений в материалах транспортных средств. Из-за всемирной информации в Интернете все больше умов будут заняты созданием материальных решений, так же, как Катрина Корниш считала жесткую кожуру томатов.

«Сегодня ребенок, сидящий в Африке или Индии или в каком-либо другом месте, может видеть, в то же время, что и вы, или я, последнюю публикацию, выходящую из Гарварда, Массачусетского технологического института, Беркли, Йельского университета или где-либо еще. То, что вы сделали, открыто. передний конец воронки для миллиардов людей.

«Это увеличивает шансы на что-то творческое», - сказал Патель. «Вы вступаете в брак с той скоростью, с которой компании готовы идти на риск и инвестировать, и это все ускоряет инновации».