دور ألياف الكربون في صناعة السيارات

سواء كان تحسين منتج حالي أو تصميم منتج جديد تمامًا ، فإن اختيار مادة جسم السيارة يعد خطوة مهمة للغاية بالنسبة إلى صانع السيارات ،

تعد المواد المركبة ثاني أكبر فئة من المواد بعد المعادن الحديدية والسبائك (68 بالمائة من وزن السيارة) ولها مجموعة واسعة من التطبيقات في صناعة السيارات. تُستخدم المواد البلاستيكية في المكونات الداخلية وتجميعات الأبواب والمقاعد ، وتشكل حوالي 50 بالمائة من المركبات التجارية. تطور استخدام البلاستيك بمرور الوقت ، واستخدمت المواد البلاستيكية المبكرة بسبب خصائصها الميكانيكية الجيدة ، ومظهرها الممتاز ، وتلوينها الذاتي ، وما إلى ذلك. ولكن الآن ، يتم استخدام البلاستيك بشكل أساسي في السيارات ، وهو يمثل حوالي 10-15 في المائة من الوزن الإجمالي للسيارة ، بسبب وزنها الخفيف ، والمتانة ، والمتانة ، والتصميم المرن ، ومقاومة التآكل ، والأداء العالي والتكلفة المنخفضة.

توفر أحدث تقنيات المواد المركبة مزايا كبيرة مقارنة بالمواد التقليدية في صناعة السيارات. اليوم ، تعتبر المواد المركبة مادة واعدة للعديد من التطبيقات. المركبات البلاستيكية المقواة بالألياف هي مواد أخف توفر مجموعة واسعة من المزايا لصناعة السيارات بسبب كثافتها المنخفضة وطاقتها المحتملة لتقليل وزن السيارة. المركبات هي بدائل مثالية للهياكل المعدنية التي تمتص طاقة الصدمات في تطبيقات المركبات والعسكرية بسبب خصائص أداء الصدمات المحسّنة ، وقدرات امتصاص الطاقة ، والوزن الخفيف ومقاومة التآكل. يمكن أن تساعد المقاومة الممتازة للتآكل والخصائص الكيميائية الأخرى الشركات المصنعة على إطالة عمر المكونات الفردية والمركبات بأكملها. أدت التحسينات في تصميم السيارة ، وتغيير المتطلبات التنظيمية ، والتركيز على الاستدامة ، واستخدام المواد خفيفة الوزن في المركبات إلى نمو هائل في المكونات البلاستيكية في صناعة السيارات. يمكن تشكيل البلاستيك في أشكال هندسية معقدة من مواد خام متجددة وله مجموعة متنوعة من البوليمرات ، مما يسهل استبدالها في عدة أجزاء ويسهل وضعها في الملحقات المتكاملة. يوضح الرسم البياني الزيادة في استخدام المواد البلاستيكية وتطبيقاتها في المكونات الخارجية والداخلية للمركبة.

تشير ألياف الكربون إلى مادة مصنوعة من ذرات الكربون مرتبة في بلورات مطولة ومنسوجة في نسيج. يمكن تشكيل النسيج المدمج مع راتنجات الايبوكسي في أي شكل تقريبًا لا يمكن بناؤه بالمواد التقليدية ، لذلك بدأت صناعة السيارات في استخدام ألياف الكربون لإنشاء مكونات قوية وخفيفة الوزن لزيادة السرعة وتحسين الديناميكا الهوائية وكفاءة الوقود. البلاستيك المقوى بألياف الكربون (CFRP) مادة مركبة متينة وخفيفة الوزن ومكلفة ، ولكن عند استخدامها في صنع الجسم ، فهي أخف بنسبة تزيد عن 50 بالمائة من الهيكل الفولاذي و 30 بالمائة أخف من هيكل الألمنيوم. تتميز بالعديد من المزايا مقارنة بالمعادن التقليدية ، وقوة الشد ، والوزن الخفيف ، والمقاومة الكيميائية ، ومقاومة درجات الحرارة العالية ، والتمدد الحراري المنخفض ، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب هياكل تحمل الأحمال ، وتنتج أشكالًا وأجزاء معقدة. قوة CFRP تجعل CFRP بديلاً محتملاً للمواد التقليدية مثل الفولاذ في العديد من التطبيقات ، مثل ألواح الهيكل ، والتعليق ، والتوجيه ، والمكابح (كربيد السيليكون المقوى بألياف الكربون) ، وغيرها من الملحقات. لا يزال CFRP يستخدم بشكل أساسي للعناصر غير الهيكلية والزخرفية ، ولكن في العقد الماضي كان هناك تقدم كبير في التطبيقات الهيكلية ولديه القدرة على تصنيع هياكل الشاسيه ، والمصدات ، وحوامل المحرك ، وألواح السقف ، والمصدات الخلفية ، وغطاء المحرك ، وهيكل التقوية .

كما يتضح من الشكل ، في عام 2012 ، شكلت صناعة السيارات 5 في المائة من استخدام ألياف الكربون العالمية (2150 طنًا) ، واستمرت في النمو في السنوات التالية. والسبب هو أن التغييرات في التشريعات وتفضيلات المستهلك تجبر صانعي السيارات على استخدام ألياف الكربون لإنتاج مركبات المهام الخفيفة التي تستهلك الوقود بكفاءة وتنبعث منها كميات أقل من الكربون عند الاستخدام. وفقًا لتوقعات سوق CRP العالمي لعام 2013 ، من المتوقع أن تنمو تطبيقات ألياف الكربون في صناعة السيارات بنحو 34 بالمائة سنويًا ، لتصل إلى ما يقرب من 23 طنًا ، 000 بحلول عام 2020.

المواد المركبة لديها الإمكانات والإمكانيات الممتازة لإنتاج مكونات وهياكل السيارات خفيفة الوزن. البلاستيك المقوى بألياف الكربون (CFRP) ، الذي له خصائص مرتبطة مباشرة باحتياجات صناعة السيارات ، له تأثير بالفعل ، حيث يستخدمه أيضًا في صنع هياكل الجسم ومكونات السيارات الأخرى. في حين أن البلاستيك والمواد المركبة قد تكون جزءًا من حل رئيسي لشركات صناعة السيارات ، فإن تكاليف معالجة هذه الألياف مرتفعة للغاية ، وقد أثار البحث في إنتاج ألياف ومركبات منخفضة التكلفة اهتمام الصناعة ، مما أدى إلى تطوير مكونات هيكل السيارة الرئيسية . من الممكن استخدام الألياف على نطاق متوسط ​​وكبير. يساعد على تقليل الوزن وتحسين كفاءة وقود السيارة.