در زمانی که بهره‌وری انرژی اهمیت فزاینده‌ای پیدا می‌کند، صنعت خودروسازی فناوری‌های جدید تولید خودرو را پیاده‌سازی می‌کند و به دنبال مواد نوآورانه برای ایمن‌تر و در عین حال سبکتر کردن خودروها است. علاوه بر راه حل های مورد استفاده در صنعت هوافضا، مانند الیاف کربن(فیبر کربن) و کولار، پلاستیک های فوم دار خلاقانه ممکن است گزینه جالبی باشند.
فیبر کربن – خواص و کاربردها
فیبر کربن یا CFRP در واقع یک کامپوزیت تقویت شده با فیبر کربن است. معمولاً به شکل یک پارچه چند لایه روکش شده با رزین است که دارای حداقل وزن و در عین حال مقاومت مکانیکی قابل توجهی است. کربن تا چهار برابر بیشتر از فولاد درجه بالا استحکام کششی دارد و در عین حال بسیار انعطاف پذیر است که منجر به استفاده از آن در هواپیماها، فضاپیماها و اتومبیل های اسپورت و سایر کاربردها شده است. معروف ترین نمونه خودرویی که برای آن از فیبر کربن استفاده شده، لکسوس LFA است. بدنه آن از 65 درصد از همین ماده تشکیل شده است.
تولید اجزای فیبر کربن – چگونه انجام می شود و از کامپوزیت کربن چه ساخته شده است؟
استحکام فیبر کربن به آن اجازه می دهد تا نه تنها برای ساخت قطعات بدنه خودرو، مانند سقف یا درب صندوق، بلکه برخی از قطعات مکانیکی یا اجزای داخلی، از جمله ستون ها یا پانل های کف استفاده شود. برای ساخت قطعات از کربن، از قالب هایی استفاده می شود که با شکل محصول نهایی مطابقت دارد. این ها را می توان به چهار روش مختلف پر کرد. اولین و پر زحمت ترین آنها شامل گذاشتن لایه هایی از پارچه است که سپس با دست با رزین اشباع می شود. روش دوم شامل استفاده از به اصطلاح پیش آغشته یا لایه های پیش اشباع شده با رزین است. سومین فناوری، قالب‌گیری انتقال رزین است که شامل پر کردن قالب با فشار از لایه‌های پارچه با رزین است. آخرین و سریع‌ترین روش به نام C-SMC (ترکیب قالب‌گیری ورق تقویت‌شده با فیبر کربن) شامل تزریق رزین مخلوط با الیاف ریز به داخل قالب است. با این حال، نقطه ضعف تقویت کامپوزیت ساخته شده با استفاده از این روش، مقاومت کمتر محصول نهایی است. مرحله نهایی تولید در هر دو مورد، آنیل کردن قطعات فیبر کربن برای چند ساعت در دمای حدود 180 درجه سانتیگراد است. هنگامی که رزین سخت شد، قطعات می توانند به صورت مکانیکی پردازش شوند.
آیا فیبر کربن مضر است؟
فیبر کربن دارای تعدادی خواص عالی است، اما بسیاری از مردم در مورد تأثیر آن بر سلامت انسان تعجب می کنند. محصولات کربنی تمام شده با روکش رزین کاملا ایمن هستند. الیاف کربن تنها در مرحله تولید، زمانی که بریده می شوند، اثرات مضری دارند. میکروفیبرها باعث تحریک و آسیب پوست می شوند که می تواند منجر به عفونت های بیشتر شود. گرد و غبار فایبرگلاس همچنین اثر تحریک‌کننده‌ای روی چشم‌ها دارد و – در صورت استنشاق طولانی مدت با هوا – حتی می‌تواند باعث فیبروز و سرطان ریه شود. به همین دلیل افرادی که به صورت روزانه با محصولات فیبر کربنی کار می کنند از لباس های محافظ مناسب و ماسک مجهز به فیلتر مخصوص استفاده می کنند.
KEVLAR – کاربرد در ساخت خودرو
کولار که به الیاف آرامید نیز معروف است چیست؟ این یک پلیمر مصنوعی است که به طور تصادفی در دهه 1960 در ایالات متحده اختراع شد. در آن زمان، تیمی از محققان به دنبال ماده ای سبک و قوی بودند که بتواند جایگزین لاستیک در لاستیک ها شود، که قرار بود کاهش مصرف بنزین را ممکن کند. نتیجه یک پلیمر بسیار قوی با درجه بالایی از نظم ذرات بود که بیش از پنج برابر سبکتر از فولاد است و دارای استحکام کششی بسیار بالایی به اندازه 3620 مگاپاسکال است. برای شکستن الیاف آرامید، نیرویی دو برابر فیبر کربن و چهار برابر نیروی فولادی لازم است. در کاربردهای خودرویی، از آن به طور گسترده در ساخت بدنه‌های اتومبیل‌های مسابقه‌ای سبک وزن و عملکردی استفاده می‌شود، اما نه تنها. همچنین می‌توان آن را در مدل‌های محبوب خودرو یافت، جایی که از آن برای تقویت اجزای حیاتی مانند تسمه تایم و شیلنگ‌های رادیاتور استفاده می‌شود. در ورزشهای موتوری نیز وظیفه مهم محافظت از کلاچ را به عنوان جزئی از آسترهای ویژه بر عهده دارد.
لایی کردن کلاچ با کولار – چه کاری انجام می دهد؟
پوشش اصطکاکی فیبر کولار حتی در دماهای بالا نیز بسیار بادوام است، بنابراین به راحتی گشتاور بیشتری را به موتورهای پرقدرت مانند موتورهای مورد استفاده در خودروهای اسپرت یا خودروهای خارج از جاده منتقل می کند. عمر کلاچ به طور قابل توجهی طولانی تر از آسترهای سنتی است، بنابراین برای شرایط کاری سخت توصیه می شود.
خواص و کاربردهای گرافن
گرافن یک ماده فوق العاده است که هنوز به طور کامل توسط علم مدرن با همه امکاناتش کشف نشده است. این ماده با ساختاری دوبعدی متشکل از مولکول‌های کربن که الگویی از شش ضلعی‌های کامل را تشکیل می‌دهند، سبکتر و قوی‌تر از فیبر کربن و کولار است. یک کیلومتر مربع گرافن تنها 757 گرم وزن دارد، اما بسیار انعطاف پذیر است و خواص الکتریکی عالی دارد. این یک ماده ایده آل است نه تنها برای تولید بدنه های بسیار سبک، بلکه در آینده می تواند برای تولید باتری های بسیار کارآمد یا حتی نمایشگرهای لمسی رول آپ نیز استفاده شود. در حال حاضر جدیدترین کاربردهای گرافن در صنعت خودروسازی شامل تولید رنگ های ضد خوردگی خودرو، قوس چرخ ها و همچنین آبکاری آزمایشی یک مسابقه سبک تک سرنشینه است. گفته می شود گرافن مورد استفاده در تولید آن 20 درصد سبک تر از فیبر کربن و تا 200 برابر قوی تر از فولاد است.
پلی پروپیلن فوم شده EPP – خواص مواد و کاربردها
در میان نوآوری‌های مواد در صنعت خودرو، پلی پروپیلن منبسط شده EPP، ماده‌ای که در ابتدا در مدل‌سازی و بعداً در ساختار سپر خودرو به رسمیت شناخته شد، وجود ندارد. ساختار سبک و فوم این ماده از 95 درصد هوا تشکیل شده است، بنابراین اجزای خودرو EPP حدود 50 درصد سبک تر از همتایان خود ساخته شده از پلاستیک سنتی هستند، اما بسیار قوی هستند. ترکیبی از مقاومت مکانیکی و حداقل وزن باعث می شود EPP گاهی اوقات با فیبر کربن مقایسه شود. وجه تمایز مهم آن به اصطلاح حافظه شکل آن است. تحت ضربه به طور دائم تغییر شکل نمی دهد، اما به شکل اولیه خود باز می گردد. به لطف این ویژگی، در حال حاضر انقلابی در تولید قطعات مسئول ایمنی، مانند پشتی سر، پایه صندلی، ستون خودرو و پانل درب خودرو ایجاد کرده است. به دلیل خواص عایق، صوتی و الکتریکی عالی، این ماده در تولید بسته های باتری برای خودروهای برقی و همچنین ذخیره سازی هیدروژن نیز کاربردهای آینده پیدا کرده است. فرآیند ساخت قطعات EPP بسیار آسان است و شامل کف کردن رزین پلی پروپیلن و سپس تزریق فوم به داخل قالب تحت فشار کم است. آنچه ارزش برجسته کردن دارد، این ماده از نظر اقتصادی برای تولید انبوه صنعتی بهینه است و به طور گسترده در تولیدکنندگان مواد خام در انواع مختلف در دسترس است.
فیبر کربن، گرافن، کولار یا EPP – کاربردها و ویژگی ها
مسابقه تکنولوژیک برای نهایی کردن یک خودروی فوق سبک و فوق قوی هنوز ادامه دارد. موادی مانند فیبر کربن، گرافن و کولار به دلیل قیمت نسبتاً بالا هنوز در تولید انبوه در مقیاس بزرگ گسترده نیستند. در مقایسه، قالب گیری تزریقی اجزای EPP یک فناوری شناخته شده و در دسترس است که امکان ساخت سریع و مقرون به صرفه اجزای تکرارپذیر را حتی با اشکال بسیار پیچیده یا با درج های اضافی از مواد مختلف فراهم می کند. روش‌های تولید مورد استفاده در 44 کارخانه ما که در 9 کشور پراکنده شده‌اند، اجازه می‌دهند که تمام پارامترهای محصول دقیقاً با نیازهای طراحی فردی مطابقت داده شوند.
برای اطلاعات بیشتر با تیم ما تماس بگیرید. شماره تماس: 47951 021
منبع: Carbon fiber, Kevlar, graphene – modern materials used in the automotive industry
