توسعه ی كاربرد مواد كامپوزيتی در خودروکامپوزیت ها

گردآوری: پگاه محمد حسین پور

منبع: سايت تحليل گران تكنولوژی ايران

تحقيق در مورد مواد كامپوزيتی برای ساخـت قطعـات و بـدنـه خودرو چنـديـن دهـه است كـه جريان دارد. در دهه ۱۹۳۰ بنا به درخـواسـت هـنـری فــورد، دانشمندان شركت "فورد موتور" شروع به جسـتجوی راه ‌هـای توسعه قطعات ارگانيكی ( آلی) خودرو كردنـد. در سـال ۱۹۴۰ ماده مناسبی برای اين كار پيدا شد و آن روغن سويا بود.بنا به گفته دانشمندان، روغن سويامی­توانست در داخل پلاستيك تقويت‌ شده با الياف، قالب­گيری شود و به طور شگفت‌انگيزی استحكام داشته باشد. (مقاومت به ضربه آن ۱۰ برابر فولاد بود) و هنری فورد، خود با ضربه زدن با يك تبر به يك قطعه ساخته شده از روغن سويا آن را امتحان كرد. اما روغن سويا دارای دو مشكل عمده بود: زمان زيادی برای خشك شدن نياز داشت و براحتی قالب­گيری نمی­شد.امروزه تحقيقات برای مواد كامپوزيتی ايده­آل ادامه دارد. اما تمركز بر روی مواد بشرساخته­ای است كه قابليت قالب­گيری و شكل­دهی برای بدنه­های سبك و آﺋروديناميك داشته باشند، زيرا اين مشخصه­ها برای خودرو‌های آينده ضروری به نظر می­رسند.كامپوزيت‌ های پيشـرفـته كـه امروزه توسعـه يافـته­اند، مـواد پليمری بشرساخته­ای هستند كه پس از تشكيل، محكم­تروچقرمه­تر (Tougher) و بسيار بادوام­تر از هر دو ماده اوليه می شوند. اين مـواد جديد، تركـيبی از اليـاف محكم كـربن و الياف چقـرمـه "كِولار" با پلاستيك­های مقاوم در برابر خوردگی هستند كه با هم تشكيل كامـپوزيتی می­دهند كـه بسيار بهتر از فولاد و آلومينيوم عمل می كند. اما اصولی كه در پس اين كامپوزيت­های پيشرفته وجود دارد، چيزی غير از آنچه كه هنری فورد در سال ۱۹۴۰ برای دستيابی به آن تلاش می­كرد نيسـت. شايد كامـپوزيـت‌هـای پيشرفته بيشتر در كاربردهـای ويـژه نظامی نظيـر هواپيماهـا شـناختـه شـده باشـد، ولــی در بسياری از اشيای روزمره نظير بدنه قايق­ها، چوب­های ماهی­گيری، اسنوبورد و راكت‌های تنيس نيزمی­توان آنهارا به‌كاربرد. كامپوزيت‌های ساختاری، نوع ديگری از كامپوزيت‌ها هستند كه دارای كارايی كمتری نسبت به كامپوزيت‌های پيشرفته می­باشند و در سـقف خـودرو و قسـمت داخـلی درهـای خـودرو‌هـای امروزی استفاده می‌شوند. داشبوردهای ضد ضربه­ای كه بر روی ماشين­های كوپه، ون­ها و خودرو­های چهاردر ديده می­شوند، ازكامپوزيت‌های ساختاری ساخته شده­اند كه نسبت به قطعات فولادی مشابه، دارای مقاومت در برابر ضربه و خوردگی بهتری می باشند. اگر چه مدل­های ويژه­ای نظير: "شورولت كوروت"، " ساترن" و"داج‌وايپر"، دارای داشبوردهای ساخته شده از كامپوزيتهای ساختاری می­باشند، ولی برای استحكام بيشتر به وسيله يك چارچوب فولادی تقويت شده­اند.كامـپوزيت­هـای پيشرفته­ تر كـه برای خودرو­ها و كاميون­های آينده در حال توسعه هستند، نقشی بيشتـر از يك شـئ تـزئينـی در اتوميبل­های آينده خواهند داشت و آنقدر مستحكم خواهند شد كه كل خودرو از آن ساخته شود.ü استحكام بالا و وزن سبك کامپوزيت‌های پيشرفتهكامپوزيت­های پيشرفته به اين خاطر در خودرو­هـای مسابقه­ای مورد استفاده قرار می­گيرند كـه علاوه بر وزن بسـيار سـبك، در مقـابل فشار زيادی كـه در طول مسابقه خصوصاً هنگام تصادفات ايجاد می شود، مقاوم هستند.ازاوايل دهه ی۸۰ كامپوزيت‌های پيشرفـته به طور مـتداول در اتاق سـرنشـين خودرو­های مسابقـه­ای فرمـول يك، مورد اسـتفاده قـرار می­گيرنـد و به گـونه­ای طـراحی شده­اند كه از جان راننده هنگام تصادفـات با سـرعت‌هـای بالای ۱۰۰ مايل در ساعت، محافـظت كنند.راه‌ حـل كـليدی بـرای كـاهش مصرف سوخـت در خودرو­هـا، بـدون كـاهش فـضای داخـلی و كارايی خودرو استفاده از مواد سبك نظير كامپوزيت‌ها می باشد. مصـرف سـوخت كـم ، شتـاب و كاركـرد بـالای ماشين هـمگی با كـاهش وزن آن قـابـل دسـتيـابـی است.
۵
در سال ۱۹۹۱ جنرال موتورز خودروی به نام" اولترالايت" كه تماماً از كامپوزيت­های پيشرفته تشكيل شده بـود، سـاخت. اين ماشين تقـريباً ۵۰ درصد سبكـتر از خودرو­های چهار سرنشين هم‌اندازه خود بود كه به آن شتاب۸/۷ (برای صفر تا ۶۰ مايل) می­بخشيد و مسافت طی شده، ۶۲ مايل به ازای هر گالن سوخت گازی بود.از زمان آزمايش هنری فورد در دهه ۱۹۳۰، سازندگان خودرو به گران‌قيمت بودن قطعات خودرو كـامپوزيتی پی بـرده­اند و تنهـا برای خـودرو‌های ويژه­ای نظير "كوروت" كه از سال ۱۹۵۳ با داشبوردهـای فايبرگـلاس توليد شده‌اند ، از كامپوزيت‌ها استفاده می­كردند.با اين حال در طی اين سال‌ها، روش­های توليد پيشرفت كرده­اند و اكنون كامپوزيت‌های ساختاری كه ارزانتـر از كامـپوزيت‌هـای پيشـرفته می­باشند در خودرو­های امـروزی بسـيار متداول شده­اند. روش­های ساخـت جديد ماننـد "RTM " (فوق پرسرعت) و "خشـك شـدن سـريع تـوسـط پرتوهای الكترونی" ، قيمت‌ها را تا حدی پايين آورده است كه به زودی استفاده از كامپوزيت‌های پيشرفته در خودرو­های معمولی توجيه اقتصادی خواهد داشت. ü توسعه ی کاربرد كامپوزيتهای پيشرفته در خودروشركت‌های خودرو­سازی نظير "جنرال موتورز" ، " فورد" و "دايملر- كرايسلر" ، تمام تلاش تحقيقاتی خود را بر روی توسعه كـامپوزيت‌های پيشـرفته بـرای مصارف خودرو قرار داده­اند. كرايسـلر در تحـقيقات كامپوزيت پيشتاز است و برنامه تحقيقاتی را از سـال ۱۹۹۴ در دستـور كـار خود قرار داده و هدف آن توليد يك ماشين ارزان‌قيمت برای توليد در كشـورهـای در حـال توسعـه نظير چين بود. نتيجه اين برنامه توليد (CCV) يا (Composite Concept Vehicle) بود كه در سال ۱۹۹۷ در نمايشگاه خودرو، در فرانكفورت به نمايش درآمد. اگـرچـه اين خودرو هرگـز توليد نشد ولی ثابت كرد كـه قـطعـات بزرگ ساخته شده از كامپوزيت، مقاومت لازم در برابر فشارهای حاصل از رانندگی و تصادف را دارنـد. بدنـه سـاخـته شـده از كامپوزيت ساختاری در"CCV" در واقـع چهـار بخـش بـود كـه همگی از PET ( پلی اتيلن­ تری فتالات) تقـويت شـده با الـياف كوچـك شيشـه ساختـه شـده بـود.در حـال حاضـر تـلاش‌هـای "دايملر- كرايسلر" بر توسعه ی فرآيند ساخت قطعات مجزا، مانند سـقـف­های محكـم بـرای" جـيپ- رانگلر"، استوار شده است، به اين اميد كه روزی بدنه ی كامل يك خودرو را با يك قالب توليد نمايد.خودرو‌های تماماً ساخته شده از كامپوزيت­های پيشرفته نيز از اهداف مورد توجه شركت­های خودروسازی هستند. مدل فولكس واگن "Lupu" كه از كامپوزيت‌های پيشرفته ساخته شده است، برای توليد در سال ۲۰۰۴ برنامه­ريزی شده است و ادعا می­شود كه دارای مسافت طی شده ی ۲۳۵ مايل به ازای هر گالن سوخت ديزلی می­باشد.در چند سال آينده ما شاهد توليد انبوه، اولين خودرو­های ساخته شده از كامپوزيت‌های پيشرفته خواهيم بود كه كارايی و مصرف سوخت بسيار بهتری خواهند داشت.

٦