چرا فیبر کربن به طور فزاینده ای در صنعت خودرو محبوب می شود؟

فیبر کربن (CF) نوع جدیدی از مواد الیافی با استحکام بالا و مدول بالای محتوای کربن بالای 95٪ است. از میکروکریستال‌های گرافیت پولکی و سایر الیاف آلی که در امتداد جهت محوری الیاف روی هم قرار گرفته‌اند و از کربن‌سازی و گرافیت‌سازی مواد جوهر میکروکریستالی به‌دست می‌آیند، تشکیل شده است. فیبر کربن یک ماده جدید با خواص مکانیکی عالی است. نسبت آن کمتر از 1/4 نسبت فولاد است. استحکام کششی کامپوزیت رزین فیبر کربن به طور کلی بالاتر از 3500 مگاپاسکال است که 7 تا 9 برابر فولاد است. اما مواد فیبر کربن تنها در امتداد جهت محور فیبر استحکام بسیار بالایی را نشان می‌دهد، مقاومت در برابر ضربه آن ضعیف است و به راحتی آسیب می‌بیند، بنابراین در ساخت اجزای ساختاری اغلب از مزیت سبک کششی آن استفاده می‌شود و از تحمل قسمت ضربه جانبی اجتناب می‌شود.

با تحقیقات آکادمیک از فیبر کربن کوتاه تا فیبر کربن فیبر بلند، فناوری و محصولاتی که از فیبر کربن برای تولید مواد گرمایشی استفاده می‌کنند به تدریج وارد عرصه‌های نظامی و غیرنظامی شدند. کامپوزیت های فیبر کربنی خودرو را می توان به عنوان شفت محرک خودرو، فنر صفحه ای، قاب و لنت ترمز استفاده کرد. در حال حاضر مواد فولادی حدود 3/4 وزن بدنه خودرو را تشکیل می دهند. اگر تمام قطعات فولادی خودرو با مواد کامپوزیتی فیبر کربن جایگزین شود، وزن بدنه خودرو 300 کیلوگرم کاهش می یابد، راندمان سوخت تا 36 درصد بهبود می یابد و انتشار دی اکسید کربن تا 17 درصد کاهش می یابد.

1. کاربرد بدنه و شاسی خودرو، به دلیل اینکه مواد کامپوزیت ماتریس پلیمری تقویت شده با فیبر کربن دارای استحکام و سفتی کافی است، سبک ترین ماده برای ساخت قطعات اصلی ساختاری مانند بدنه و شاسی خودرو است. تخمین زده می شود که استفاده از مواد کامپوزیت فیبر کربن می تواند جرم بدنه و شاسی خودرو را 40% ~ 60% کاهش دهد که معادل 1/3 ~ 1/6 جرم ساختار فولادی است. بدنه معمولی ماشین مسابقه ای و بدنه ماشین تا حدی اصلاح شده همگی برای این کار هستند و جلوه های بصری عالی و بسیار باحال هستند.

2. استفاده از لنت ترمز، فیبر کربن به دلیل حفاظت از محیط زیست و ویژگی های مقاوم در برابر سایش برای لنت ترمز نیز اعمال می شود، اما محصولات حاوی مواد کامپوزیت فیبر کربن در سطح بالایی قرار دارند، بنابراین این نوع لنت ترمز عمدتاً در ماشین های درجه بالا دیسک های ترمز فیبر کربن به طور گسترده ای در اتومبیل های مسابقه ای مانند اتومبیل های F1 استفاده می شود. می تواند سرعت خودرو را از 300 کیلومتر در ساعت به 50 کیلومتر در ساعت در فاصله 50 متر کاهش دهد که در این زمان دمای دیسک ترمز به بیش از 900 درجه سانتیگراد افزایش می یابد و دیسک ترمز قرمز می شود. انرژی گرمایی زیادی را جذب می کند. دیسک های ترمز فیبر کربنی می توانند تا دمای 2500 درجه سانتیگراد را تحمل کنند و پایداری ترمز عالی را ارائه دهند.

3، استفاده از توپی چرخ، کارشناسان تولید توپی چرخ در آلمان سری چرخ ها را راه اندازی کردند، با اتخاذ طراحی 2 قطعه، حلقه بیرونی از مواد فیبر کربن ساخته شده است، و توپی داخلی یک آلیاژ سبک وزن است، با پیچ های فولادی ضد زنگ، در مقایسه با اندازه کلی جرم چرخ حدود 40٪ کمتر است. برای مثال یک هاب 20 اینچی 6 کیلوگرم وزن دارد در حالی که هاب معمولی حدود 18 کیلوگرم وزن دارد. چرخ مخصوص خودروهای پیشرفته نوع RX-X ساخت کهم بریتانیا با استفاده از CFRP تنها 6 کیلوگرم جرم دارد که می تواند با سرعت بالا کار کند و نیروی اینرسی شعاعی چرخ را به حداقل برساند. سبک ترین چرخ فیبر کربنی/منیزیمی جهان که توسط DYMAG در بریتانیا ساخته شده است از دو قسمت تشکیل شده است، یک توری فیبر کربنی چرخ و یک دیسک ترمز منیزیمی که توسط سخت افزار با روکش تیتانیوم خاصی به هم متصل شده اند.

4، اعمال شفت درایو نیروی شفت درایو خودرو پیچیده تر است، به خصوص باید گشتاور زیادی را تحمل کند، با توجه کامل به ناهمسانگردی مواد کامپوزیت تقویت شده با فیبر کربن، استحکام بالا، و مدول از ویژگی های نسبتا کم، بنابراین با استفاده از فیبر کربن شفت انتقال کامپوزیت تقویت شده برای جایگزینی محصولات فلزی، نیاز استفاده را برآورده می کند. میل محرک فیبر کربن نه تنها وزن را تا 60 درصد کاهش می دهد، بلکه مقاومت در برابر خستگی و دوام بهتری نیز دارد.

تا زمانی که استفاده از فیبر کربن در خودرو برای رسیدن به وزن سبک خودرو و پاسخگویی به تقاضای سخت خودرو باشد، نه تنها می تواند تقاضای جهانی برای صرفه جویی در انرژی و کاهش انتشار را برآورده کند، بلکه مشکل صرفه جویی در سوخت را نیز برطرف کند. مربوط به فولکس واگن

#CFRP #فیلم کربن #فیلم کربن #فیبر کربن