کاربرد کامپوزیت های فیبر طبیعی در بدنه خودرو ها

کاربرد کامپوزیت های فیبر طبیعی در بدنه خودرو ها

علاوه بر قیمت ، راحتی ، ایمنی، ظاهرو طراحی، سازگاری اکولوژیکی خود را با طبیعت طی چرخه عمر خودرو نیز یکی از مهمترین مشخصات یک خودرو می باشد. صنعت خودرو سازی همواره به دلیل ملا حظات زیست محیطی، علاقه مند به استفاده از مواد سبک تر در تولیدات خود بوده است تا به این ترتیب مصرف سوخت و آلاینده های دی اکسید کربن یک خودور را تا حد ممکن کاهش دهند.امروزه کامپوزیت ها به دلیل سبکی و در عین حال استحکامشان در مقایسه با مواد معمولی به طور چشم گیری در صنعت مورد استفاده قرار گرفته اند.

در صنعت خودرو سازی نیز انواع متفاوتی از کامپوزیت های نیمه طبیعی کاربرد پیدا کرده اند. به طور مثال می توان از شیشه ترمو پلاستیکی (GMTS) و مواد شیشه ای فیبری تقویت شده با «پلی پروپیلن» نام دارد. ایم مواد در اتصال قسمت های متفاوت بدنه خودرو ، پنل ها ، سپر ها ، قسمت داخلی در ها و محافظ زیرین خودرو کاربرد دارد.

استفاده از کامپوزیت های ترکیبی فیبر طبیعی تقویت شده به دلیل چگالی پایین ، قیمت مناسب ، استهلاک ابزار کم ، و استحکام ویژه بالا در مقایسه با شیشه در دهه اخیر رشد قابل توجهی را تجربه کرده اند.این مواد تنها در قطعات تزیینی و ظاهری خودرو و کاربرد های غیر سازه ای استفاده شده اند. (کاربرد های سازه ای :قطعاتی که نیروی زیادی تحمل کرده و به خودرو استحکام می بخشد).اما در حال حاظر به دلیل خواص جالب ، سازگاری با محیط زیست و دسترسی آسان این مواد ، تلاش های فراوانی در به کار گیری آن ها در کاربرد های سازه ای و قطعات تحت نیرو صورت گرفته است. به طور مثال هم اکنون برخی از قطعات داخلی خودرو از کامپوزیت پروپیلن-فیبر طبیعی و برخی از قطعات خارجی خودرو از رزین های پلی استر فیبر طبیعی استفاده شده است.

شرکت «جانسون کنترل» به تاز گی تولید تو دوزی و پنل های داخلی ،درهای خودرو را با استفاده ازفیبرهای طبیعی و پلی پروپلین (pp) شروع کرده است. برس ها نشان داده اند که استفاده از این کامپوزیت ها وزن قطعات تولیدی را به نحو چشم گیری کاهش داده و می تواند انرژی تولیدی مورد نیاز را تا 80 درصد کاهش دهند. مشخصه های مکانیکی این کامپوزیت ها به چیدمان ونوع قرار گیری فیبرها بستگی مستقیم دارد.

نکته منفی این کامپوزیت ها خاصیت بالای جذب آب (Hydrophilic)  فیبرهای طبیعی می باشد، حال آنکه بیشتر«ترموپلاستیک ها »    (Hydrophobic) می باشند و بنابراین سازگاری این دو با هم مشکل ساز می باشد. هم اکنون تحقیقات گسترده ای برای ساز گار کردن فیبرهای طبیعی با ترموپلاستیک ها ودر نتیجه بهبود ساختار کامپوزیت در حال انجام می باشد. توضیع وطول فیبرها در یک شبکه نیز از دیگر مشخصه های مهم این کامپوزیت ها می باشد.

قابلیتها ومشخصات مکانیکی یک ماده جدید به تنهایی نمی تواند ملا کی برای توجیه استفاده در قطعات داخلی و خارجی خودرو باشد بلکه قیمت و قابلیت دسترسی نیز باید در نظر گرفته شوند. همچنین در انخاب یک ماده جدید برای مصارف سازه ای و نیمه سازهای علاوه بر خواص معمولی ، خواص حرارتی، خواص خزش و قابلیت استفاده مجدد نیز باید به طور کامل مورد بررسی  واقع شوند. محققانه دانشگاه «تورنتو» ، تحقیقاتی در مورد کامپوزیت های «فیبر طبیعی» وترکیب «فیبر طبیعی» و «فیبر شیشه» برای کاربردهای داخلی خودرو انجام داده اند. دراین تحقیق خواص این کامپوزیت های جدید با خواص کامپوزیت های معمولی «Gf-pp» (فیبر شیشه با طول 40 درصد) مقایسه شده اند. دو کامپوزیت جدید که با «Gf-pp» مقایسه شده اند به ترتیب «NF-pp» شامل 40 درصد وزنی فیبر طبیعی، 55  درصد   pp به اضافه 5 درصد وزنی سازگار کننده (compatibilizer) و «Hybrid-pp» شامل 40 درصد وزنی فیبر طبیعی ،10 درصد وزنی فیبر شیشه ، 45 درصد pp به اضافه 5 درصد وزنی سازگار کننده( (compatibilizer می باشند.

این کامپوزیت ها بااستفاده ازترکیب حرارتی  ترمو پلاستیک ،فیبر  وسازگار کننده و سپس فراینده دانه سازی (Granulation) و تزریق در قالب تهیه شده اند. نتایج مقایسه نشان داده اند که خواص مکانیکی مانند مقاومت کششی (50-60 مگاپاسکال) و پیچشی (2300 مگاپاسکال) این دو کامپوزیت قابل مقایسه با کامپوزیت «GF-pp» نمی باشداما بیشتر از خواص مکانیکی پلاستیک ها ی مهندسی مانند «پلی کربنات ها » می باشند خواص مکانیکی کامپوزیت «NF-pp» به وسیله ترکیب با مقدار جزئی «فیبر شیشه ای» می تواند به میزان قابل ملا حضه ای بهبود یابد. گر چه مقاومت کششی و پیچشی کامپوزیت ترکیبی از کامپوزیت «GF-pp» کمتر می باشد اما مدول کششی و پیچشی هر دو تقریبا یکسان می باشد. برای بیشتر کاربردهای سازه ای مادول پیچشی باید بیشتراز 1/2 گیگا پاسکال باشد و هر دو انواع کامپوزیت با «فیبر شیشه ای بلند» برابری نمایند.

در این تحقیق اثر دما بر روی خواص کششی هر سه کامپوزیت «Hybrid-pp» ، «NF-pp» و «GF-pp» به یک میزان به دست آمد همچنین شکست حرارتی  (Heat    Deflection)  کامپوزیت  «pp-Hybrid» با کامپوزیت «GF-pp» نیز تقریبا یکسان ارزیابی گردید. به علاوه مقاومت کششی کامپوزیت های «NF-pp» و «hybrid-pp» با گذشت زمان در مقایسه با کامپوزیت «GF-pp» کاهش دمی یابد اما برعکس مدول کششی با گذشت زمان افزایش خواهد یافت. با آسیاب مجدد (regrind) کامپوزیت های «NF-pp» و «Hybrid-pp» مشاهده گردید که کاهش قابل ملا حضه ای در خواص کششی به وجود نمی آید و بنا براین بهتر می توانند جایگزین کامپوزیت «GF-pp» گردند. به طور کلی نتایج این تحقیق نشان دادند که در صنایع خودرو سازی می توان برای کاربردهای سازه ای که سختی زیادی (Stiffness) مورد نیاز است از کامپوزیت های ترکیبی استفاده نمود.