کامپوزیتها و کاربردشان در خودرو
تهیه کننده: علی رضا مکی پور
ویراستار: محمدحسین بهشتی
کامپوزیت چیست ؟تهیه کننده: علی رضا مکی پور
ویراستار: محمدحسین بهشتی
کامپوزیت یا ماده مرکب، ترکیبی است که از دو فاز تشکیل شده است:
- فاز ماتریس یا زمینه
- فاز تقویت کننده
نگهداری فاز تقویت کننده
محافظت فاز تقویت کننده از عواملی مانند سایش –ضربه و شرایط محیطی
فاز تقویت کننده همانطور که از نامش معلوم است وظیفه تقویت و بهبود خواص فاز ماتریس را عهده دار است
حال با تعریف اجمالی فوق که میتوان تکمیل شده اش را در هر کتاب کامپوزیت یافت اشاره ای به روشهای تولیدقطعات کامپوزیت میشود.کامپوزیتها با روشها و مواد بسیار متنوعی تولید میشوند، عواملی که منجر به انتخاب نوع روش و ماده تشکیل دهنده تولید یک قطعه کامپوزیت میگردد عبارتند از:
- ابعاد قطعه
- تیراژ
- خواص مکانیکی
- خواص شیمیایی
اطلاع از هر یک از موارد فوق طراح را در جهت طراحی فرایند تولید و نوع مواد مصرفی یاری مینماید لذا روشن نمودن این پارامترها از نکات بسیار اساسی در تولید میباشد.
انواع کامپوزیتها:
یک از روشهای طبقه بندی کامپوزیتها از نقطه نظر نوع ماتریس یا زمینه است که در شکل زیر نشان داده شده است:
در شكل فوق الذكر عناوين كامل مخففهاي استفاده شده عبارتند از:
کد:
SMC; Sheet Molding Compounds
BMC; Bulk Molding Compounds
RTM; Resin Transfer Molding
HLU; Hand Lay-up
مواد SMC یا ترکیبات قالبگیری ورقهای به روش قالبگیری فشاری گرم قالبگیری میشوند و قطعات تولیدی با این مواد از مقاومت حرارتی بالا و خواص مکانیکی مناسب برخوردارند. مواد BMC مشابه مواد SMC هستند ولی از خواص مکانیکی ضعیفتری برخوردارند. RTM یکی از روشهای برپایه رزینهای گرماسخت است با این تفاوت که در دمای محیط پخت میشوند. قطعات تولیدی میتوانند بسیار بزرگ باشند و خواص مکانیکی خوب را از این روش میتوان انتظار داشت. این روشها در شاخه گرماسختها گنجانده میشوند بدلیل اینکه فاز زمینه (ماتریس) از خانواده رزینهای گرماسخت انتخاب میگردد.
دو روش دیگری که در نمودار به آنها اشاره شده است کامپوزیتهای گرمانرمالیاف کوتاه و الیاف بلند میباشد که همانطور که از نامشان پیدااست فاز نگهدارنده آنها از پلیمرهای گرمانرم نظیر پلی پروپیلن میباشند.
راهنمای انتخاب روش تولید
نام فرایند | مقاومت حرارتی | خواص مکانیکی | مقاومت شیمیایی | رنگ پذیری | سهولت تولید | هزینه (تجهیزات-قالب-پرس) | انرژی بری تولید | هزینه قطعه(مواد اولیه-نفر) | تیراژ تولید |
SMC | عالی | عالی | عالی | خوب-عالی | خوب | بالا | متوسط | متوسط | خوب |
BMC | عالی | عالی | عالی | خوب-عالی | خوب | بالا | متوسط | متوسط | خوب |
RTM | عالی | عالی | عالی | خوب-عالی | متوسط | پایین | کم | بالا | متوسط |
HLU | عالی | متوسط | عالی | خوب –عالی | سخت | پایین | کم | بالا | متوسط |
SFT | متوسط-خوب | خوب | عالی | ضعیف | عالی | بالا | زیاد | پایین | عالی |
LFT | متوسط -خوب | خوب | عالی | ضعیف | عالی | بالا | زیاد | پایین | عالی |
کامپوزیت چرا در خودرو:
- بالا رفتن سطح ایمنی خودرو با توجه به کاهش وزن و خواص قطعات
- کاهش مصرف سوخت با توجه به کاهش وزن.
- امکان تولید قطعات پیچیده.
- سرعت تولید و منابع در دسترس.
نمونه قطعات تولیدی:
در ادامه برخی از قطعاتی که با هریک از روشهای فوق تولید شده اند آورده شده است.
بال عقب خودرو
کاربرد: حفظ تعادل در سرعتهای بالا.
جنس :SMC
کاربرد: حفظ تعادل در سرعتهای بالا.
جنس :SMC
نگهدارنده شیشه
کاربرد: نگهداری شیشه جلوی خودرو- انتقال ضربه
جنس: SMC
نمونه ایی از یک درب خودرو(عقب)
جنس :SMC
نمونه ایی از یک قالب SMC
کاسه چراغ
کاربرد: نگهداری چراغ خودرو
جنس: BMC با قابلیت خاصیت پوشش پذیری (coating)
کنسول وسط
روش: RTM
دلایل تولید با این روش: تیراژ کم-هزینه بالای قالب-سفارشی بودن تولید
کاربرد: نگهداری شیشه جلوی خودرو- انتقال ضربه
جنس: SMC
نمونه ایی از یک درب خودرو(عقب)
جنس :SMC
نمونه ایی از یک قالب SMC
کاسه چراغ
کاربرد: نگهداری چراغ خودرو
جنس: BMC با قابلیت خاصیت پوشش پذیری (coating)
کنسول وسط
روش: RTM
دلایل تولید با این روش: تیراژ کم-هزینه بالای قالب-سفارشی بودن تولید
نمونه ایی از بال عقب
روش: لايه گذاري دستی
روش: لايه گذاري دستی
رویه میانی سقف خودرو
جنس :LFT
جنس :LFT
لازم به ذکر است قطعات کامپوزیت تنوع بالایی در خودرو و مواردی مانند پل سازی –ساختمان سازی و .... دارد که ارائه تمامی اطلاعات انها از حوصله این گزارش خارج است.
آزمونها و استانداردها:
آزمون تصادف
- ضربه به جلو: که رایج ترین ذهنیت در بین مردم درباره آزمون تصادف است. این آزمون معمولا با وارد آمدن ضربههایی توسط یک دیواره بتونی در اثر برخورد خودرو به آن در یک سرعت مشخص صورت میگیرد، اما میتواند با برخورد دو خودرو نیز انجام شود. خودروهای SUV به خاطر ارتفاع زیادشان مدتی به این منظور در آزمونها استفاده میشدند.
- آزمون آفست: در این آزمون فقط بخشی از جلوی خودرو تحت ضربه با یک مانع قرار میگیرد. در اینجا مهم این است که نیروهای ضربهای همانطور که در آزمون ضربه به جلو بودند باقی بمانند ولی توسط کسر کوچکتری از خودرو جذب شوند. این نوع آزمون ها توسط IIHS ایالات متحده، انسیآپی اروپااتحادیه اروپا و ANCAP استرالیاانجام میشود.
- آزمون جانبی: این نمونه تصادفات بیشترین احتمال تلفات سرنشین را در بر میگیرند از این لحاظ اهمیت دارند. اگر خودرو دارای ناحیه ضربه گیر برای جذب نیروهای ناشی از ضربه نباشد سرنشین صدمه میبیند.
- آزمون کنترل غلتش:
- توانایی خودرو (مخصوصا ستونهای نگه دارنده سقف) در حفظ حالت خود در ضربههای دینامیکی را بررسی میکند. آزمون کنترل غلتش در نقطه مقابل آزمون تصادف استاتیکی مطرح میشود.
- آزمون حفاظت از عوامل جاده: به منظور اطمینان از اینکه خودرو در برابر برخورد با عوامل جاده نظیر خطرات کنار جاده٬گاردریل، علامتهای راهنمایی، چراغ ها، استحکام خود را حفظ میکند.
- آزمون پیشرفت: این نمونه آزمونها معمولا توسط خودروسازان بین محصولات جدید و قدیم و یا ۲ نسل مختلف برای نشان دادن پیشرفت تولیداتشان انجام میشود.
- آزمون کامپیوتری: به خاطر هزینه بالای آزمونها و مخرب بودنشان، اغلب مهندسان پیش از آزمون واقعی توسط نرم افزارهای مدل سازی و شبیه سازی آزمون های تصادف را بازسازی میکنند.
- آزمون های مکانیکی
هم برروی قطعه و هم برروی نمونه های تولید شده در شرایط آزمایشگاهی صورت میگیرد:
1- آزمون های ضربه (به هردو صورت برروی نمونه و بر روی قطعه صورت میگیرد)
2- آزمون های کشش –خمش که عمدتا برروی نمونه صورت میگیرد.
2- آزمون های کشش –خمش که عمدتا برروی نمونه صورت میگیرد.
- آزمون های شناسایی
1- تعیین درصد الیاف
2- نقطه اشتعال
3- جمع شدگی
شماره استاندارد برخی از آزمونها
روش استاندارد | آزمون |
ISO 1172 | Fiber content |
ISO 1183 | Density |
ISO 2577 | Shrinkage |
ISO 11359-2 | Coefficient of thermal expansion |
ISO 11357-2 | Glass transition temperature |
ISO 4589 | Oxygen index |
Din 527-4 | Young modulus/tensile strength |
ISO 14125 | Flexural strength and modulus |
ISO 179 | Impact strength |
ISO 62 | Water absorption |
آزمونهای فوق مربوط به کامپوزیت تولید شده میباشد و اجزای تشکیل دهنده یا فاز ماتریس و فاز تقویت کننده نیز آزمونها و پارامترهای مربوط به خود را دارند.
در پایان یادآوری میشود گزارش فوق مختصری در ارتباط با کامپوزیتها و نقش آنها در یکی از تجهیزاتی است که در حال حاضر بشر در حال استفاده ازآنها میباشد و بسیار جای بحث و بررسی دارد ولی این گزارش در حد اختصار تقدیم گردید.