مواد کامپوزیتی

توسعه ی کاربرد مواد کامپوزیتی در خودروکامپوزیت ها 

تحقیق در مورد مواد کامپوزیتی برای ساخـت قطعـات و بـدنـه خودرو چنـدیـن دهـه است کـه جریان دارد. در دهه ۱۹۳۰ بنا به درخـواسـت هـنـری فــورد، دانشمندان شرکت “فورد موتور” شروع به جسـتجوی راه ‌هـای توسعه قطعات ارگانیکی ( آلی) خودرو کردنـد. در سـال ۱۹۴۰ ماده مناسبی برای این کار پیدا شد و آن روغن سویا بود.بنا به گفته دانشمندان، روغن سویامی­توانست در داخل پلاستیک تقویت‌ شده با الیاف، قالب­گیری شود و به طور شگفت‌انگیزی استحکام داشته باشد. (مقاومت به ضربه آن ۱۰ برابر فولاد بود) و هنری فورد، خود با ضربه زدن با یک تبر به یک قطعه ساخته شده از روغن سویا آن را امتحان کرد. اما روغن سویا دارای دو مشکل عمده بود: زمان زیادی برای خشک شدن نیاز داشت و براحتی قالب­گیری نمی­شد.امروزه تحقیقات برای مواد کامپوزیتی ایده­آل ادامه دارد. اما تمرکز بر روی مواد بشرساخته­ای است که قابلیت قالب­گیری و شکل­دهی برای بدنه­های سبک و آﺋرودینامیک داشته باشند، زیرا این مشخصه­ها برای خودرو‌های آینده ضروری به نظر می­رسند.کامپوزیت‌ های پیشـرفـته کـه امروزه توسعـه یافـته­اند، مـواد پلیمری بشرساخته­ای هستند که پس از تشکیل، محکم­تروچقرمه­تر (Tougher) و بسیار بادوام­تر از هر دو ماده اولیه می شوند. این مـواد جدید، ترکـیبی از الیـاف محکم کـربن و الیاف چقـرمـه “کِولار” با پلاستیک­های مقاوم در برابر خوردگی هستند که با هم تشکیل کامـپوزیتی می­دهند کـه بسیار بهتر از فولاد و آلومینیوم عمل می کند. اما اصولی که در پس این کامپوزیت­های پیشرفته وجود دارد، چیزی غیر از آنچه که هنری فورد در سال ۱۹۴۰ برای دستیابی به آن تلاش می­کرد نیسـت. شاید کامـپوزیـت‌هـای پیشرفته بیشتر در کاربردهـای ویـژه نظامی نظیـر هواپیماهـا شـناختـه شـده باشـد، ولــی در بسیاری از اشیای روزمره نظیر بدنه قایق­ها، چوب­های ماهی­گیری، اسنوبورد و راکت‌های تنیس نیزمی­توان آنهارا به‌کاربرد. کامپوزیت‌های ساختاری، نوع دیگری از کامپوزیت‌ها هستند که دارای کارایی کمتری نسبت به کامپوزیت‌های پیشرفته می­باشند و در سـقف خـودرو و قسـمت داخـلی درهـای خـودرو‌هـای امروزی استفاده می‌شوند. داشبوردهای ضد ضربه­ای که بر روی ماشین­های کوپه، ون­ها و خودرو­های چهاردر دیده می­شوند، ازکامپوزیت‌های ساختاری ساخته شده­اند که نسبت به قطعات فولادی مشابه، دارای مقاومت در برابر ضربه و خوردگی بهتری می باشند. اگر چه مدل­های ویژه­ای نظیر: “شورولت کوروت”، ” ساترن” و”داج‌وایپر”، دارای داشبوردهای ساخته شده از کامپوزیتهای ساختاری می­باشند، ولی برای استحکام بیشتر به وسیله یک چارچوب فولادی تقویت شده­اند.کامـپوزیت­هـای پیشرفته­ تر کـه برای خودرو­ها و کامیون­های آینده در حال توسعه هستند، نقشی بیشتـر از یک شـئ تـزئینـی در اتومیبل­های آینده خواهند داشت و آنقدر مستحکم خواهند شد که کل خودرو از آن ساخته شود. استحکام بالا و وزن سبک کامپوزیت‌های پیشرفتهکامپوزیت­های پیشرفته به این خاطر در خودرو­هـای مسابقه­ای مورد استفاده قرار می­گیرند کـه علاوه بر وزن بسـیار سـبک، در مقـابل فشار زیادی کـه در طول مسابقه خصوصاً هنگام تصادفات ایجاد می شود، مقاوم هستند.ازاوایل دهه ی۸۰ کامپوزیت‌های پیشرفـته به طور مـتداول در اتاق سـرنشـین خودرو­های مسابقـه­ای فرمـول یک، مورد اسـتفاده قـرار می­گیرنـد و به گـونه­ای طـراحی شده­اند که از جان راننده هنگام تصادفـات با سـرعت‌هـای بالای ۱۰۰ مایل در ساعت، محافـظت کنند.راه‌ حـل کـلیدی بـرای کـاهش مصرف سوخـت در خودرو­هـا، بـدون کـاهش فـضای داخـلی و کارایی خودرو استفاده از مواد سبک نظیر کامپوزیت‌ها می باشد. مصـرف سـوخت کـم ، شتـاب و کارکـرد بـالای ماشین هـمگی با کـاهش وزن آن قـابـل دسـتیـابـی است.۵در سال ۱۹۹۱ جنرال موتورز خودروی به نام” اولترالایت” که تماماً از کامپوزیت­های پیشرفته تشکیل شده بـود، سـاخت. این ماشین تقـریباً ۵۰ درصد سبکـتر از خودرو­های چهار سرنشین هم‌اندازه خود بود که به آن شتاب۸/۷ (برای صفر تا ۶۰ مایل) می­بخشید و مسافت طی شده، ۶۲ مایل به ازای هر گالن سوخت گازی بود.از زمان آزمایش هنری فورد در دهه ۱۹۳۰، سازندگان خودرو به گران‌قیمت بودن قطعات خودرو کـامپوزیتی پی بـرده­اند و تنهـا برای خـودرو‌های ویژه­ای نظیر “کوروت” که از سال ۱۹۵۳ با داشبوردهـای فایبرگـلاس تولید شده‌اند ، از کامپوزیت‌ها استفاده می­کردند.با این حال در طی این سال‌ها، روش­های تولید پیشرفت کرده­اند و اکنون کامپوزیت‌های ساختاری که ارزانتـر از کامـپوزیت‌هـای پیشـرفته می­باشند در خودرو­های امـروزی بسـیار متداول شده­اند. روش­های ساخـت جدید ماننـد “RTM ” (فوق پرسرعت) و “خشـک شـدن سـریع تـوسـط پرتوهای الکترونی” ، قیمت‌ها را تا حدی پایین آورده است که به زودی استفاده از کامپوزیت‌های پیشرفته در خودرو­های معمولی توجیه اقتصادی خواهد داشت. ü توسعه ی کاربرد کامپوزیتهای پیشرفته در خودروشرکت‌های خودرو­سازی نظیر “جنرال موتورز” ، ” فورد” و “دایملر- کرایسلر” ، تمام تلاش تحقیقاتی خود را بر روی توسعه کـامپوزیت‌های پیشـرفته بـرای مصارف خودرو قرار داده­اند. کرایسـلر در تحـقیقات کامپوزیت پیشتاز است و برنامه تحقیقاتی را از سـال ۱۹۹۴ در دستـور کـار خود قرار داده و هدف آن تولید یک ماشین ارزان‌قیمت برای تولید در کشـورهـای در حـال توسعـه نظیر چین بود. نتیجه این برنامه تولید (CCV) یا (Composite Concept Vehicle) بود که در سال ۱۹۹۷ در نمایشگاه خودرو، در فرانکفورت به نمایش درآمد. اگـرچـه این خودرو هرگـز تولید نشد ولی ثابت کرد کـه قـطعـات بزرگ ساخته شده از کامپوزیت، مقاومت لازم در برابر فشارهای حاصل از رانندگی و تصادف را دارنـد. بدنـه سـاخـته شـده از کامپوزیت ساختاری در”CCV” در واقـع چهـار بخـش بـود کـه همگی از PET ( پلی اتیلن­ تری فتالات) تقـویت شـده با الـیاف کوچـک شیشـه ساختـه شـده بـود.در حـال حاضـر تـلاش‌هـای “دایملر- کرایسلر” بر توسعه ی فرآیند ساخت قطعات مجزا، مانند سـقـف­های محکـم بـرای” جـیپ- رانگلر”، استوار شده است، به این امید که روزی بدنه ی کامل یک خودرو را با یک قالب تولید نماید.خودرو‌های تماماً ساخته شده از کامپوزیت­های پیشرفته نیز از اهداف مورد توجه شرکت­های خودروسازی هستند. مدل فولکس واگن “Lupu” که از کامپوزیت‌های پیشرفته ساخته شده است، برای تولید در سال ۲۰۰۴ برنامه­ریزی شده است و ادعا می­شود که دارای مسافت طی شده ی ۲۳۵ مایل به ازای هر گالن سوخت دیزلی می­باشد.در چند سال آینده ما شاهد تولید انبوه، اولین خودرو­های ساخته شده از کامپوزیت‌های پیشرفته خواهیم بود که کارایی و مصرف سوخت بسیار بهتری خواهند داشت