Ο ρόλος των ανθρακονήματος στην αυτοκινητοβιομηχανία
Είτε πρόκειται για τη βελτίωση ενός υπάρχοντος προϊόντος είτε για το σχεδιασμό ενός εντελώς νέου προϊόντος, η επιλογή ενός υλικού αμαξώματος αυτοκινήτων είναι ένα πολύ σημαντικό βήμα για μια αυτοκινητοβιομηχανία,
Τα σύνθετα υλικά είναι η δεύτερη μεγαλύτερη κατηγορία υλικών μετά τα σιδηρούχα μέταλλα και κράματα (68% του βάρους του οχήματος) και έχουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών στην αυτοκινητοβιομηχανία. Τα πλαστικά χρησιμοποιούνται σε εσωτερικά εξαρτήματα, συγκροτήματα θυρών και καθισμάτων και αντιπροσωπεύουν περίπου το 50% των επαγγελματικών οχημάτων. Η χρήση πλαστικών έχει εξελιχθεί με την πάροδο του χρόνου και χρησιμοποιήθηκαν πρώιμα πλαστικά λόγω των καλών μηχανικών ιδιοτήτων τους, της εξαιρετικής εμφάνισης, του αυτοχρωματισμού κ.λπ. Αλλά τώρα, τα πλαστικά χρησιμοποιούνται κυρίως στα αυτοκίνητα, αντιπροσωπεύοντας περίπου το 10-15% του συνολικού βάρους του αυτοκινήτου, λόγω του ελαφρού βάρους, της αντοχής, της ανθεκτικότητας, της ανθεκτικότητας, του εύκαμπτου σχεδιασμού, της αντοχής στη διάβρωση, της υψηλής απόδοσης και του χαμηλού κόστους.
Η τελευταία τεχνολογία σύνθετων υλικών προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα συμβατικά υλικά στην αυτοκινητοβιομηχανία. Σήμερα, τα σύνθετα υλικά είναι ένα πολλά υποσχόμενο υλικό για πολλές εφαρμογές. Τα πλαστικά σύνθετα υλικά ενισχυμένα με ίνες είναι ελαφρύτερα υλικά που προσφέρουν ένα ευρύ φάσμα πλεονεκτημάτων στην αυτοκινητοβιομηχανία λόγω της χαμηλής πυκνότητας και της δυνητικής ενέργειάς τους για τη μείωση του βάρους του οχήματος. Τα σύνθετα υλικά είναι ιδανικές αντικαταστάσεις για μεταλλικές κατασκευές που απορροφούν την ενέργεια πρόσκρουσης σε εφαρμογές με οχήματα και στρατιωτικές εφαρμογές λόγω βελτιωμένων χαρακτηριστικών απόδοσης πρόσκρουσης, δυνατοτήτων απορρόφησης ενέργειας, ελαφρού βάρους και αντοχής στη διάβρωση. Η εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση και άλλες χημικές ιδιότητες μπορούν να βοηθήσουν τους κατασκευαστές να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής μεμονωμένων εξαρτημάτων και ολόκληρων οχημάτων. Οι βελτιώσεις στον σχεδιασμό των οχημάτων, η μετατόπιση των κανονιστικών απαιτήσεων, η εστίαση στη βιωσιμότητα και η χρήση ελαφρών υλικών στα οχήματα έχουν οδηγήσει σε τεράστια αύξηση των πλαστικών εξαρτημάτων στην αυτοκινητοβιομηχανία. Τα πλαστικά μπορούν να φορμαριστούν σε πολύπλοκες γεωμετρίες από ανανεώσιμες πρώτες ύλες και να έχουν μια ποικιλία πολυμερών, γεγονός που τα καθιστά εύκολο να αντικατασταθούν σε διάφορα μέρη και να χωρέσουν ευκολότερα σε ολοκληρωμένα εξαρτήματα. Η αύξηση της χρήσης πλαστικών και της εφαρμογής τους σε εξωτερικά και εσωτερικά εξαρτήματα του οχήματος απεικονίζεται στο γράφημα.
Η ίνα άνθρακα αναφέρεται σε ένα υλικό κατασκευασμένο από άτομα άνθρακα διατεταγμένα σε επιμήκη κρυστάλλους και υφασμένα σε ύφασμα. Το ύφασμα σε συνδυασμό με εποξειδική ρητίνη μπορεί να διαμορφωθεί σε σχεδόν οποιοδήποτε σχήμα που δεν μπορεί να κατασκευαστεί με παραδοσιακά υλικά, έτσι η αυτοκινητοβιομηχανία έχει αρχίσει να χρησιμοποιεί ανθρακονήματα για να δημιουργήσει ισχυρά, ελαφριά εξαρτήματα για να αυξήσει την ταχύτητα, να βελτιώσει την αεροδυναμική και την αποδοτικότητα καυσίμου. Το ενισχυμένο με ανθρακονήματα πλαστικό (CFRP) είναι ένα ανθεκτικό, ελαφρύ, ακριβό σύνθετο υλικό, αλλά όταν χρησιμοποιείται για να κάνει ένα σώμα, είναι περισσότερο από 50% ελαφρύτερο από ένα σώμα χάλυβα και 30% ελαφρύτερο από ένα σώμα αργιλίου. Έχει διάφορα πλεονεκτήματα έναντι των παραδοσιακών μετάλλων, αντοχή σε εφελκυσμό, ελαφρύ βάρος, χημική αντίσταση, αντοχή υψηλής θερμοκρασίας και χαμηλή θερμική επέκταση, καθιστώντας το κατάλληλο για εφαρμογές που απαιτούν φέρουσες δομές, παράγει σύνθετα σχήματα και μέρη Η αναδάπουσα ικανότητα και η υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό και συμπίεση του CFRP καθιστούν το CFRP μια πιθανή αντικατάσταση για παραδοσιακά υλικά όπως ο χάλυβας σε πολλές εφαρμογές, όπως πάνελ αμαξώματος, ανάρτηση, τιμόνι, φρένα (ενισχυμένο με ανθρακονήματα καρβίδιο του πυριτίου) και άλλα εξαρτήματα. Το CFRP εξακολουθεί να χρησιμοποιείται κυρίως για μη δομικά και διακοσμητικά στοιχεία, αλλά την τελευταία δεκαετία έχει σημειωθεί σημαντική πρόοδος στις δομικές εφαρμογές και έχει τη δυνατότητα να κατασκευάζει δομές πλαισίου, προφυλακτήρες, βάσεις κινητήρα, πάνελ οροφής, πίσω φτερά, κουκούλα και δομή σκληρυντικού.
Όπως προκύπτει από τον αριθμό, το 2012, η αυτοκινητοβιομηχανία αντιπροσώπευε το 5% της παγκόσμιας χρήσης ανθρακονήματος (2150 τόνοι) και συνέχισε να αναπτύσσεται τα επόμενη χρόνια. Ο λόγος είναι ότι οι αλλαγές στη νομοθεσία και στις προτιμήσεις των καταναλωτών αναγκάζουν τις αυτοκινητοβιομηχανίες να χρησιμοποιούν ανθρακονήματα για την παραγωγή ελαφρών επαγγελματικών οχημάτων που καταναλώνουν καύσιμα αποτελεσματικά και εκπέμπουν λιγότερο άνθρακα κατά τη χρήση. Σύμφωνα με τις προβλέψεις της παγκόσμιας αγοράς CRP του 2013, οι εφαρμογές ινών άνθρακα στην αυτοκινητοβιομηχανία αναμένεται να αυξηθούν κατά περίπου 34% ετησίως, φθάνοντας σχεδόν τους 23.000 τόνους μέχρι το 2020.
Τα σύνθετα υλικά έχουν τις δυνατότητες και τις εξαιρετικές δυνατότητες για την παραγωγή ελαφρών εξαρτημάτων και κατασκευών αυτοκινήτων. Τα ενισχυμένα πλαστικά από ανθρακονήματα (CFRP), το οποίο έχει ιδιότητες που σχετίζονται άμεσα με τις ανάγκες της αυτοκινητοβιομηχανίας, έχουν ήδη αντίκτυπο, γεγονός που το χρησιμοποιεί επίσης για να κάνει δομές σώματος και άλλα εξαρτήματα αυτοκινήτων. Ενώ τα πλαστικά και τα σύνθετα υλικά μπορεί να αποτελούν μέρος μιας σημαντικής λύσης για τις αυτοκινητοβιομηχανίες, το κόστος επεξεργασίας αυτών των ινών είναι πολύ υψηλό και η έρευνα για την παραγωγή ινών χαμηλού κόστους και σύνθετων υλικών έχει προκαλέσει το ενδιαφέρον της βιομηχανίας, γεγονός που έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη σημαντικών εξαρτημάτων αμαξώματος οχημάτων. Είναι δυνατή η χρήση ινών σε μεσαία και μεγάλη κλίμακα. Βοηθά στη μείωση του βάρους και στη βελτίωση της απόδοσης καυσίμου του οχήματος.
