استفاده از فیبر کربن در بدنه خودرو چه مزایا و معایبی دارد؟

الیاف کربن با توجه به خواص فوق العاده مکانیکی،حرارتی و الکتریکی از کاربردهای متنوعی برخوردار است.شرکت خودروسازی لامبورگینی اعلام کرد، قصد دارد تا سال 2021 میلادی خودروهایی را روانه بازار کند که نه تنها بدنه آنها از مواد فیبر کربن تولید شده بلکه بخشی از موتور این خودروهای مدرن، با این مواد تهیه شده باشد.در واقع بکارگیری فیبر کربن در ساخت وسایل نقلیه موتوری باعث مقاومت بالای خودرو به هنگام برخورد با جسم خارجی و همچنین سبک شدن وزن اتومبیل می شود که این امر افزایش سرعت و کاهش مصرف سوخت را نیز به همراه دارد.مسئولین شرکت لامبورگینی قرار است خودرو 12 سیلندر «آونتادور» را به این فناوری پیشرفته مجهز کنند.
ضمن اینکه قرار است برای اولین بار در صنعت خودروسازی جهان با استفاده از ماده فیبر کربن، شاتون را به پیستون ها و میل لنگ در داخل موتور اتومبیل متصل کنند.شرکت لامبورگینی برای ساخت قطعات فیبر کربن داخل موتور از شیوه سنتی استفاده نخواهد کرد و در عوض از یکسری کامپوزیت های ترکیب شده که قادر به کاهش حرارت و فشار داخل موتور هستند، بهر ه خواهد برد.

تاریخچه استفاده از فیبر کربن

فیبر کربن نخستین بار در سال 1879 میلادی، زمانی که ادیسون از این ماده به عنوان رشته پر مقاومت در ایجاد روشنایی الکتریکی استفاده کرد، پای به عرصه علم گذاشت. در آغاز دهه 1960 بود که تولید موفق تجاری الیاف کربن، با اهداف نظامی و برای کاربرد در هواپیمای جنگی آغاز شد.

از مهم ترین کاربردهای الیاف کربن در مقاوم­سازی و بهسازی سازه ها و ساخت کامپوزیت ها بوده است. الیاف کربن همچنین در موارد غیرنظامی مانند هواپیماهای مسافربری و باربری خودروسازی، ساخت قطعات صنعتی، صنایع پزشکی، صنایع تفریحی، ورزشی و… کاربرد دارد. الیاف کربن در کامپوزیت ها به همراه رزین اپوکسی یا سایر رزین ها استفاده می شود. کامپوزیت ها در مواردی که استحکام و سختی بالا به همراه وزن کم و ویژگی های استثنایی مقاومت در برابر خوردگی مد نظر باشند، بهترین گزینه موجود هستند. مقاومت مکانیکی در دمای بالا، خنثی بودن از لحاظ شیمیایی و ویژگی ضربه پذیری بالا، از دیگر مزایای این الیاف ها است. بیشترین کاربرد الیاف های کربن در ساخت قطعات کامپوزیت هوایی، مخازن تحت فشار و مقاوم سازی با FRP در ساختمان ها است.

ایالات متحده آمریکا نزدیک به 60% تولید جهانی این الیاف را به مصرف می رساند، درحالی که ژاپن تلاش می کند به میزان مصرفی برابر با 50% تولیدات جهانی این محصول دست یابد. ژاپن به واسطه شرکت صنعتی توری، خود بزرگ ترین تولیدکننده الیافت کربن در جهان است. هم چنین عمده ترین تولیدکننده الیاف کربن با استفاده از پیش زمینه قیر، ژاپن است.

الیاف فیبر کربن

الیاف های کربن، سیاه رنگ، بدون بو و قابل حل در آب نیستند. در مقابل اسیدها، بازها و حلال های آلی مقاوم، ذوب نشدنی و غیرقابل انفجار هستند. فیبر کربن به الیافی گفته می شود که دست کم دارای 90 % کربن است و از پیرولیز کنترل شده، الیافی ویژه به دست می آید. اصطلاح الیاف گرافیتی در مورد الیافی به کار می رود که کربن آن ها بیش از 99 % باشد. در پژوهش هایی که بر روی الیاف کربن انجام شده، مشخص شده که ویژگی مکانیکی فیبر کربن، با افزایش درجه تبلور و میزان جهت گیری الیاف پیش زمینه و کاهش نواقص موجود در آن، بهبود می یابد. بهترین راه برای دست یابی به الیاف کربن با ویژگی های مناسب، استفاده از الیاف پیش زمینه با بیشترین مقدار جهت گیری و حفظ آن در طی فرآیندهای پایدارسازی و کربنیزاسیون از طریق اعمال کشش در طول فرآیند است.

در حال حاضر سه نوع منبع برای تولید این الیاف وجود دارد که عبارتند از الیاف کربن ساخته شده از گیاهان یا سلولزی، الیاف کربن ساخته شده از قیر یا pitch، الیاف کربن ساخته شده از پلی اکریل نیتریل ( PAN ). پارچه­های این الیاف در سه نوع بافته می­شوند که هرکدام از این نوع بافت ها برای یک کاربرد خاص موردتوجه قرار می گیرد: بافت ساده ( plain )، بافت کج راه ( twill )، بافت تک جهته ( UD )

آینده فیبر کربن در صنعت خودرو چطور خواهد بود؟

لامبورگینی با همکاری یکی از شرکت های گلف، روشی جدید برای تولید فیبر کربن به نام «کامپوزیت فورج» ابداع کرده است. در این روش، از تزریق فیبر کربن رزین به درون قالب هایی استفاده می شود و کل فرآیند حدود 2 الی 3 دقیقه زمان می برد. تاکنون، تنها لامبورگینی سستو المنتو با این روش تولید شده و فعلاً کاربرد بسیار کمی دارد. بااین حال، لامبورگینی می گوید، هزینه این روش در مقایسه با RTM-Lambo، حدود ۳۰% ارزان تر است و در آینده، کاربرد آن گسترده تر خواهد شد.

مزیت های فیبر کربن و الیاف کربنی CFRP

1. وزن کم فیبر کربن
2. مقاومت کششی بالا فیبر کربن
3. ضریب الاستیک بالاتر نسبت به الیاف شیشه
4. ضریب انبساط گرمایی کم فیبر کربن که باعث ثابت ماندن طول فیبر کربن در دماهای مختلف می شود
5. مقاومت بالا فیبر کربن در برابر مواد خورنده
6. غیر قابل انفجار بودن فیبر کربن
7. استحکام فیبر مربن در برابر خستگی

معایب الیاف کربن

1. قیمت بالا این نوع الیاف
2. در هنگام کار با این الیاف باید مواظب شکنندگی آن بود .
3. مقاومت پایین در مقابل ضربه ( Impact )
4. مقاومت کم در برابر سائیدگی و خراشیدگی ( Abrasion )
5. نداشتن مقاومت خوب در برابر اکسیژن در ℃400
6. عدم مقاومت در برابر اسیدهای اکسید کننده در محیط های گرم
   پوشش نانو یا روکش سرامیک بدنه خودرو چیست؟