کاربرد کامپوزیت ها در صنعت خودرو سازی

صنعت کامپوزیت یکی از صنایع رو به رشد در عرصه مواد مهندسی است. امروزه به خاطر مزایایی که کامپوزیت ­ها نسبت به فلزات دارند ، توسعه زیادی پیدا کرده­اند. از جمله می­توان به کاربرد قطعات کامپوزیتی در صنعت خودرو اشاره کرد.
اکثر قطعاتی که در خودرو کاربرد دارند فلزی هستند ، اما فلزات محدودیت ­هایی دارند که راه را برای استفاده از قطعات کامپوزیت در صنعت خودرو باز کرده است. کامپوزیت­های مورد استفاده در صنعت خودرو بیشتر از نوع کامپوزیت ­های زمینه پلیمری هستند. این کامپوزیت ‌ها از مواد ترمو­ست (گرما­سخت) و ترمو پلاستیک (گرمانرم) تشکیل شده­ اند که توسط الیاف شیشه تقویت می ­شوند.

* مزایا و صرفه ­جویی ­ها

به علت مزایایی که قطعات کامپوزیتی نسبت به قطعات فلزی دارند و صرفه ­جویی ­هایی که در اثر استفاده از آن ها ایجاد می­ شود ، هر روز قطعات بیشتری از خودرو به قطعات کامپوزیتی تبدیل می­شود. در فلزات امکان ریخته­ گری با ضخامتهای کم وجو ندارد. اگر با ورق نیز به شکل ­دهی قطعه پرداخته شود ، دور­ ریز زیاد دارد و ضایعات را زیاد می کند. در صورتی که برای کامپوزیت ­ها این محدودیت وجود ندارد و به خاطر قدرت سیلان بالا می­ توانند تمام قالب را پر کرده و شکل قطعه مورد نظر را کامل کنند.

در زیر به بعضی از مزایا و صرفه ­جویی ­های ناشی از استفاده از مواد کامپوزیت در صنعت خودرو ، اشاره شده است:

1- سبکی:

این قطعات به خاطر وزن مخصوص کم دارای وزن کمتری نسبت به قطعات فلزی هستند. وزن تا حدود نصف و حتی بیشتر کاهش پیدا می­کند. طبیعتاً این کاهش وزن در کاهش مقدار سوخت و استفاده از موتورهایی با قدرت کمتر و کوچک تر موثر خواهد بود. این مساله باعث صرفه ­جویی در مصرف سوخت و در نتیجه کاهش آلودگی می­گردد.

?- خواص مکانیکی بالا:
به همان نسبت که وزن قطعات کم می شود ، مقاومت مکانیکی آنها در ابعاد مختلف افزایش می یابد و به­ طور متوسط در تمام خواص مکانیکی خواص بهتری نسبت به فلزات از خود نشان می­ دهند. این مسئله باعث افزایش عمر قطعات خواهد شد.

3- مقاومت در برابر خوردگی:

بر خلاف فلزات تاثیر مواد نمکی و شیمیایی و اکسید شدن در قطعات کامپوزیتی کم است یا اصلاً وجود ندارد که باعث صرفه ­جویی در هزینه­ های نگهداری و افزایش عمر قطعات می ­شود و استفاده از قطعات در محیط­ های مرطوب را برای مدت طولانی فراهم می ­نماید.

4- سرمایه­ گذاری کم:

بر خلاف قطعات فلزی برای تولید قطعات با استفاده از کامپوزیت­ها سرمایه­­­گذاری کمتری لازم است. به­طور مثال اگر برای تولید یک قطعه از فلز چند قالب لازم باشد ، برای تولید همان قطعه با کامپوزیت ، از یک یا دو قالب بیشتر استفاده نمی ­شود.

5- سهولت تولید:
این قطعات را می ­توان با ماشین آلات کمتر و با سهولت بیشتری نسبت به فلزات و با تعداد بیشتری تولید کرد.

* روشهای تولید

با توجه به­ نوع قطعه و خواص مورد نظر ، در قطعات کامپوزیتی با زمینه پلیمر ، روش ­های مختلفی برای تولید وجود دارد. در زیر به شرح بعضی از آن­ ها پرداخته­ شده است:

1) روش های دستی (Hand Lay-up): که روش پیچیده ­ای نیست و تیراژ پایین دارد. این روش برای قطعات ساده که انتظار بالایی از نظر خواص مکانیکی از آن ها نداریم استفاده می­ شود ، مانند شناورها ، قایق ها، گلدانها و اتاقکها.

2) روش (RTM (Resin Transfer Molding: در این روش یک قالب رزینی وجود دارد که پارچه­ ای از فایبرگلاس در آن قرار می ­گیرد و سپس رزین تزریق می گردد. این روش از دقت و صافی سطح بیشتری نسبت به روش دستی برخوردار است. ولی چون فشار بالا نیست به هم پیوستگی کمتری نسبت به روش SMC دارد. RTM نسبت به روش دستی به سرمایه­گذاری بیشتری نیاز دارد.

3) روش: (SMC (Sheet Molding compound: در این روش ابتدا مواد ترموست (گرماسخت) با الیاف شیشه تقویت شده و سپس بصورت ورق در می آید و سپس تحت گرما و فشار در قالب پرس شده و شکل می گیرد.

4) روش (GMT (Glass Matt reinforced Thermoplastic: در این روش مواد ترمو پلاستیک (گرمانرم) با پارچه ­ای از فایبر گلاس مسلح شده و تحت فشار شکل می ­گیرند.

5) روش (FW (Filament Winding: این روش عمدتاً برای تولید قطعات مدور استفاده می شود که به صورت پیوسته تولید می ­شوند ، مثلاٌ برای تولید لوله ­ها، به دور هسته­ ای استوانه­ ای ، فایبر گلاس آغشته به رزین پیچیده می ­شود و بعد مواد تحت گرما حالت نهایی به خود می گیرند.

6) روش (BMC (Bulk Molding Compound: توده ­ای از خمیر که شامل مواد پلیمری و فایبرگلاس می­باشد ، تحت فشار به قالب تزریق می شود.

7) روش (LFT (Long Fiber Thermoplastic: در این روش مواد ترمو پلاستیک با الیاف شیشه در داخل اکسترودر مخلوط می ­شوند و پس از خروج از اکسترودر تحت فشار ، قطعه شکل نهایی را به خود می­گیرد.

روش­ های SMC و GMT بیشتر در ساخت قطعات در صنعت خودرو کاربرد دارند. امروزه تمام بدنه خودرو از روش SMC تولید می ­شود. به ­طور مثال می ­توان به خودرو رنو مدل spas اشاره کرد که تمام بدنه آن کامپوزیتی است. سپرها ، سینی زیر موتور ، قطعات زیر خودرو (Under body cover) ، سقف خودور ، قاب چراغ­ ها ، سینی جا چراغی ، جای فن و غیره از جمله قطعاتی هستند که معمولاٌ از کامپوزیت ­ها ساخته می ­شوند.

منبع: شبکه تحلیلگران تکنولوژی ایران