استخدام المواد المركبة من الألياف الزجاجية في السيارات والشاحنات

تشمل المواد غير المعدنية المستخدمة في صناعة السيارات البلاستيك والمطاط والمواد اللاصقة المانعة للتسرب ومواد الاحتكاك والأقمشة والزجاج وغيرها. وتدخل هذه المواد في قطاعات صناعية متنوعة مثل البتروكيماويات والصناعات الخفيفة والمنسوجات ومواد البناء. لذا، يُعدّ استخدام المواد غير المعدنية في صناعة السيارات انعكاسًا لـتجمع بين القوة الاقتصادية والتكنولوجية، كما أنها تشمل مجموعة واسعة من قدرات تطوير التكنولوجيا وتطبيقها في الصناعات ذات الصلة.

حالياً،تشمل المواد المركبة القسرية المستخدمة في السيارات اللدائن الحرارية المقواة بالألياف الزجاجية (QFRTP)، واللدائن الحرارية المقواة بحصائر الألياف الزجاجية (GMT)، ومركبات قولبة الصفائح (SMC)، ومواد قولبة نقل الراتنج (RTM)، ومنتجات FRP المصنعة يدويًا.

التعزيز الرئيسي بالألياف الزجاجيةالمواد البلاستيكية المستخدمة حاليًا في السيارات هي البولي بروبيلين المقوى بالألياف الزجاجية (PP)، والبولي أميد 66 المقوى بالألياف الزجاجية (PA66) أو PA6، وبدرجة أقل، مواد PBT وPPO.

تتميز منتجات البولي بروبيلين المقوى بصلابة ومتانة عاليتين، ويمكن تحسين خصائصها الميكانيكية عدة مرات، بل مرات عديدة. يُستخدم البولي بروبيلين المقوى في مجالات...مثل أثاث المكاتب، على سبيل المثال في كراسي الأطفال ذات الظهر العالي وكراسي المكاتب؛ كما يستخدم أيضًا في المراوح المحورية والطاردة المركزية داخل معدات التبريد مثل الثلاجات ومكيفات الهواء.

تُستخدم مواد البولي أميد المقوى (PA) بالفعل في كل من سيارات الركاب والمركبات التجارية، وعادةً ما تُستخدم في تصنيع الأجزاء الوظيفية الصغيرة. تشمل الأمثلة الأغطية الواقية لأقفال الأبواب، وأوتاد التأمين، والصواميل المدمجة، ودواسات الوقود، وواقيات ناقل الحركة، ومقابض الفتح. إذا كانت المادة التي اختارها مُصنِّع الجزء غير مستقرةإن الجودة، أو عملية التصنيع غير المناسبة، أو عدم تجفيف المادة بشكل صحيح، يمكن أن يؤدي ذلك إلى كسر الأجزاء الضعيفة في المنتج.

مع الأتمتةمع تزايد الطلب في صناعة السيارات على المواد خفيفة الوزن والصديقة للبيئة، تتجه شركات صناعة السيارات الأجنبية بشكل متزايد نحو استخدام مواد GMT (اللدائن الحرارية ذات الألياف الزجاجية) لتلبية احتياجات المكونات الهيكلية. ويعود ذلك بشكل أساسي إلى متانة GMT الممتازة، وقصر دورة التشكيل، وكفاءة الإنتاج العالية، وانخفاض تكاليف المعالجة، وطبيعتها غير الملوثة، مما يجعلها من مواد القرن الحادي والعشرين. تُستخدم GMT بشكل رئيسي في إنتاج الأقواس متعددة الوظائف، وأقواس لوحة القيادة، وهياكل المقاعد، وواقيات المحرك، وأقواس البطاريات في سيارات الركاب. على سبيل المثال، تستخدم سيارتا أودي A6 وA4 اللتان تنتجهما شركة FAW-Volkswagen حاليًا مواد GMT، لكنهما لم تصلا إلى مرحلة الإنتاج المحلي.

لتحسين الجودة الشاملة للسيارات لمواكبة المستويات العالمية المتقدمة، ولتحقيقبهدف تقليل الوزن والاهتزاز والضوضاء، أجرت الشركات المحلية أبحاثًا حول عمليات إنتاج وتشكيل منتجات مواد GMT. وتمتلك هذه الشركات القدرة على الإنتاج الضخم لهذه المواد، وقد أنشأت خط إنتاج بطاقة إنتاجية سنوية تبلغ 3000 طن في جيانغين، جيانغسو. كما تستخدم شركات تصنيع السيارات المحلية مواد GMT في تصميم بعض طرازاتها، وقد بدأت بالفعل في إنتاج دفعات تجريبية.

مركب قولبة الصفائح (SMC) هو نوع مهم من البلاستيك الحراري المقوى بالألياف الزجاجية. ونظرًا لأدائه الممتاز، وقدرته على الإنتاج على نطاق واسع، وإمكانية الحصول على أسطح من الدرجة الأولى، فقد تم استخدامه على نطاق واسع في صناعة السيارات. حاليًا، يتزايد استخدام...شهدت مواد SMC الأجنبية في صناعة السيارات تطوراً ملحوظاً. ويُعدّ استخدامها الرئيسي في ألواح الهيكل، حيث تستحوذ على 70% من إجمالي استخدامها. أما أسرع نمو فيُسجّل في المكونات الهيكلية وأجزاء ناقل الحركة. ومن المتوقع أن يرتفع استخدام SMC في صناعة السيارات خلال السنوات الخمس القادمة بنسبة تتراوح بين 22% و71%، بينما سيتراوح النمو في الصناعات الأخرى بين 13% و35%.

حالة الطلبواتجاهات التنمية

1. يُستخدم مركب قولبة الصفائح المقوى بالألياف الزجاجية عالية المحتوى (SMC) بشكل متزايد في المكونات الهيكلية للسيارات. وقد تم عرضه لأول مرة في الأجزاء الهيكلية لطرازين من فورد (E).(xplorer و Ranger) في عام 1995. ونظرًا لتعدد وظائفها، يُعتقد على نطاق واسع أنها تتمتع بمزايا في التصميم الهيكلي، مما يؤدي إلى تطبيقها على نطاق واسع في لوحات القيادة الخاصة بالسيارات وأنظمة التوجيه وأنظمة المبرد وأنظمة الأجهزة الإلكترونية.

تستخدم الدعامات العلوية والسفلية، المصنعة من قبل شركة Budd الأمريكية، مادة مركبة تحتوي على 40% من الألياف الزجاجية في البوليستر غير المشبع. يلبي هذا الهيكل الأمامي المكون من قطعتين متطلبات المستخدم، حيث يمتد الجزء الأمامي من الكابينة السفلية إلى الأمام.تُثبّت السترة على غطاء المحرك الأمامي وهيكل السيارة الأمامي، بينما يعمل الدعامة السفلية بالتنسيق مع نظام التبريد. وترتبط هاتان الدعامتان ببعضهما البعض وتتعاونان مع غطاء المحرك وهيكل السيارة لتثبيت الجزء الأمامي.

2. استخدام مواد مركبات قولبة الصفائح منخفضة الكثافة (SMC): تتميز مركبات قولبة الصفائح منخفضة الكثافة بكثافة نوعيةيبلغ معامل يونغ (y) 1.3، وقد أظهرت التطبيقات العملية والاختبارات أن مادة SMC منخفضة الكثافة أخف بنسبة 30% من مادة SMC القياسية، التي تبلغ كثافتها النوعية 1.9. يُمكن استخدام هذه المادة لتقليل وزن الأجزاء بنحو 45% مقارنةً بالأجزاء المماثلة المصنوعة من الفولاذ. جميع الألواح الداخلية والأسقف الداخلية الجديدة لسيارة كورفيت موديل 1999 من إنتاج جنرال موتورز في الولايات المتحدة الأمريكية مصنوعة من مادة SMC منخفضة الكثافة. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم هذه المادة أيضًا في أبواب السيارات وأغطية المحركات وأغطية صندوق الأمتعة.

3. تشمل التطبيقات الأخرى لمركب SMC في السيارات، بالإضافة إلى الاستخدامات الجديدة المذكورة سابقًا، إنتاج أنواع مختلفة مننستخدمها في أجزاء أخرى. تشمل هذه الأجزاء أبواب الكابينة، والأسقف القابلة للنفخ، وهياكل المصدات، وأبواب الشحن، وواقيات الشمس، وألواح الهيكل، وأنابيب تصريف مياه الأمطار، وشرائط جانبية لسقيفة السيارة، وصناديق الشاحنات، ويُعدّ استخدامها الأكبر في ألواح الهيكل الخارجية. أما فيما يتعلق بالتطبيقات المحلية، فمع إدخال تكنولوجيا إنتاج سيارات الركاب في الصين، تم اعتماد مادة SMC لأول مرة في سيارات الركاب، حيث استُخدمت بشكل أساسي في حجرات الإطارات الاحتياطية وهياكل المصدات. حاليًا، تُستخدم أيضًا في المركبات التجارية لأجزاء مثل أغطية حجرات الدعامات، وخزانات التمدد، ومثبتات السرعة الخطية، والفواصل الكبيرة/الصغيرة، ومجموعات أغطية مداخل الهواء، وغيرها.

مادة مركبة من الألياف الزجاجية المقواة بالبلاستيكنوابض ورقية للسيارات

تتضمن طريقة قولبة نقل الراتنج (RTM) ضغط الراتنج في قالب مغلق يحتوي على ألياف زجاجية، ثم معالجته في درجة حرارة الغرفة أو باستخدام الحرارة. بالمقارنة مع قولبة الصفائحعلى عكس طريقة التشكيل بالحقن المباشر (SMC)، توفر تقنية قولبة نقل الراتنج (RTM) معدات إنتاج أبسط، وتكاليف قوالب أقل، وخصائص فيزيائية ممتازة للمنتجات، إلا أنها مناسبة فقط للإنتاج المتوسط ​​والصغير. حاليًا، توسعت صناعة قطع غيار السيارات المصنعة باستخدام طريقة RTM في الخارج لتشمل أغطية الهيكل الكاملة. في المقابل، لا تزال تقنية قولبة RTM لتصنيع قطع غيار السيارات في الصين في مرحلة التطوير والبحث، وتسعى جاهدة للوصول إلى مستويات إنتاج المنتجات الأجنبية المماثلة من حيث الخصائص الميكانيكية للمواد الخام، ووقت المعالجة، ومواصفات المنتج النهائي. تشمل قطع غيار السيارات التي تم تطويرها وبحثها محليًا باستخدام طريقة RTM الزجاج الأمامي، والأبواب الخلفية، والمشتتات، والأسقف، والمصدات، والأبواب الخلفية القابلة للرفع لسيارات فوكانغ.

ومع ذلك، فإن كيفية تطبيق عملية RTM على السيارات بشكل أسرع وأكثر فعالية، هو المطلوبتُعدّ متطلبات المواد المستخدمة في هيكل المنتج، ومستوى أداء المواد، ومعايير التقييم، وتحقيق أسطح من الدرجة الأولى، من القضايا المهمة في صناعة السيارات. كما تُشكّل هذه المتطلبات أساسًا لاعتماد تقنية نقل الراتنج (RTM) على نطاق واسع في تصنيع قطع غيار السيارات.

لماذا الألياف الزجاجية المقواة بالبلاستيك؟

من وجهة نظر مصنعي السيارات، فإن البلاستيك المقوى بالألياف (FRP) مقارنة بالأنواع الأخرىتُعدّ المواد البديلة جذابة للغاية. على سبيل المثال، يمكن استخدام مركبات التشكيل الصفائحية/مركبات التشكيل الكتلية (SMC/BMC):

* توفير الوزن
* تكامل المكونات
* مرونة التصميم
* استثمار أقل بكثير
* يسهل دمج أنظمة الهوائيات
* استقرار الأبعاد (معامل تمدد حراري خطي منخفض، مماثل للفولاذ)
* يحافظ على الأداء الميكانيكي العالي في ظروف درجات الحرارة المرتفعة
متوافق مع الطلاء الإلكتروني (الطلاء الإلكتروني)

يدرك سائقو الشاحنات جيداً أن مقاومة الهواء، والمعروفة أيضاً باسم السحب، كانت دائماً عاملاً مهماً.يشكل ذلك تحدياً للشاحنات. فالمساحة الأمامية الكبيرة للشاحنات، وهيكلها المرتفع، ومقطوراتها ذات الشكل المربع تجعلها عرضة بشكل خاص لمقاومة الهواء.

لمواجهةتُؤدي مقاومة الهواء، التي تزيد حتمًا من حمل المحرك، إلى زيادة هذه المقاومة كلما زادت السرعة. ويؤدي ازدياد الحمل الناتج عن مقاومة الهواء إلى ارتفاع استهلاك الوقود. وللحد من مقاومة الهواء التي تواجهها الشاحنات، وبالتالي خفض استهلاك الوقود، بذل المهندسون جهودًا مضنية. فبالإضافة إلى اعتماد تصاميم ديناميكية هوائية للمقصورة، أُضيفت العديد من الأجهزة لتقليل مقاومة الهواء على الهيكل والجزء الخلفي من المقطورة. فما هي هذه الأجهزة المصممة لتقليل مقاومة الهواء في الشاحنات؟

عاكسات السقف/الجانب

صُممت عاكسات الهواء على السقف والجوانب في المقام الأول لمنع الرياح من الاصطدام المباشر بصندوق الشحن المربع الشكل، وإعادة توجيه معظم الهواء ليتدفق بسلاسة فوق وحول الأجزاء العلوية والجانبية للمقطورة، بدلاً من الاصطدام المباشر بمقدمة المقطورة.مما يُسبب مقاومة كبيرة. يمكن للمُشتتات ذات الزاوية والارتفاع المناسبين أن تُقلل بشكل كبير من المقاومة التي تُسببها المقطورة.

عتبات جانبية للسيارة

تُساهم العتبات الجانبية في السيارة في تنعيم جوانب الهيكل، ودمجه بسلاسة مع جسم السيارة. كما تُغطي عناصر مثل خزانات الوقود والغاز الجانبية، مما يُقلل من مساحتها الأمامية المُعرضة للرياح، وبالتالي يُسهل انسياب الهواء بسلاسة دون إحداث اضطرابات.

مصد منخفض الوضعr

يقلل المصد الممتد للأسفل من تدفق الهواء الداخل أسفل السيارة، مما يساعد في تقليل المقاومة الناتجة عن الاحتكاك بين الهيكل وبالإضافة إلى ذلك، فإن بعض المصدات المزودة بفتحات توجيه لا تقلل فقط من مقاومة الرياح، بل توجه أيضًا تدفق الهواء نحو أسطوانات الفرامل أو أقراص الفرامل، مما يساعد في تبريد نظام الفرامل في السيارة.

واقيات جانبية لصندوق الشحن

تعمل عاكسات الهواء الموجودة على جانبي صندوق الشحن على تغطية جزء من العجلات وتقليل المسافة بين حجرة الشحن والأرض. يقلل هذا التصميم من تدفق الهواء الداخل من الجوانب أسفل المركبة. ولأنها تغطي جزءًا من العجلات، فإن هذه العاكساتكما تعمل هذه العوامل على تقليل الاضطراب الناتج عن التفاعل بين الإطارات والهواء.

عاكس خلفي

مصمم لإحداث اضطرابتعمل الدوامات الهوائية في الخلف على تبسيط تدفق الهواء، مما يقلل من مقاومة الهواء الديناميكية.

إذن، ما هي المواد المستخدمة في صناعة واقيات وأغطية الشاحنات؟ حسب ما جمعته، في السوق شديدة التنافسية، يُفضّل استخدام الألياف الزجاجية (المعروفة أيضًا باسم البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية أو GRP) لخفة وزنها وقوتها العالية ومقاومتها للتآكل و...الموثوقية من بين خصائص أخرى.

الألياف الزجاجية هي مادة مركبة تستخدم الألياف الزجاجية ومنتجاتها (مثل قماش الألياف الزجاجية، والحصيرة، والخيوط، وما إلى ذلك) كتعزيز، مع استخدام الراتنج الصناعي كمادة أساسية.

أغطية/مشتتات من الألياف الزجاجية

بدأت أوروبا استخدام الألياف الزجاجية في صناعة السيارات في وقت مبكر من عام 1955، مع تجارب على هياكل نموذج STM-II. وفي عام 1970، استخدمت اليابان الألياف الزجاجية لتصنيع أغطية زخرفية لعجلات السيارات، وفي عام 1971 صنعت سوزوكي أغطية للمحركات ومصدات من الألياف الزجاجية. وفي خمسينيات القرن الماضي، بدأت المملكة المتحدة باستخدام الألياف الزجاجية، لتحل محل الكبائن المركبة السابقة المصنوعة من الفولاذ والخشب، مثل تلك الموجودة في سيارات فورd S21 والسيارات ثلاثية العجلات، والتي جلبت أسلوبًا جديدًا تمامًا وأقل جمودًا لمركبات تلك الحقبة.

محلياً في الصين، بعضبذل المصنّعون جهودًا كبيرة في تطوير هياكل المركبات المصنوعة من الألياف الزجاجية. فعلى سبيل المثال، نجحت شركة FAW في تطوير أغطية محركات من الألياف الزجاجية وكبائن ذات مقدمة مسطحة وسقف قابل للطي في وقت مبكر. حاليًا، يُعدّ استخدام منتجات الألياف الزجاجية في الشاحنات المتوسطة والثقيلة في الصين واسع الانتشار، بما في ذلك شاحنات المحركات ذات المقدمة الطويلة.الأغطية، والمصدات، والأغطية الأمامية، وأغطية سقف الكابينة، والتنانير الجانبية، والمشتتات. وتُعدّ شركة دونغقوان كايجي للألياف الزجاجية المحدودة، وهي شركة محلية معروفة بتصنيع المشتتات، مثالاً على ذلك. حتى أن بعض كبائن النوم الكبيرة الفاخرة في شاحنات النقل الأمريكية ذات المقدمة الطويلة الشهيرة مصنوعة من الألياف الزجاجية.

خفيف الوزن، عالي القوة، مقاوم للتآكلمقاوم للعوامل الجوية، ويستخدم على نطاق واسع في المركبات

بسبب انخفاض تكلفتها، وقصر دورة إنتاجها، ومرونتها العالية في التصميم، تُستخدم مواد الألياف الزجاجية على نطاق واسع في العديد من جوانب صناعة الشاحنات. فعلى سبيل المثال، قبل بضع سنوات، كانت الشاحنات المحلية تتميز بتصميم رتيب وجامد، وكان التصميم الخارجي المخصص نادرًا. ومع التطور السريع للطرق السريعة المحلية، والذيأدى ارتفاع تكاليف تصميم القوالب، ومشاكل مثل الصدأ والتسريبات في الهياكل الملحومة متعددة الألواح، إلى تحفيز النقل لمسافات طويلة بشكل كبير، مما دفع العديد من المصنعين إلى اختيار الألياف الزجاجية لأغطية أسطح الكابينة.

تستخدم العديد من الشاحنات حاليًا نظام الوقودمواد من الألياف الزجاجية للأغطية الأمامية والمصدات.

تتميز الألياف الزجاجية بخفة وزنها وقوتها العالية، حيث تتراوح كثافتها بين 1.5 و2.0. وهذا يعادل ربع إلى خُمس كثافة الفولاذ الكربوني، بل وأقل من كثافة الألومنيوم. وبالمقارنة مع فولاذ 08F، فإن الألياف الزجاجية بسمك 2.5 مم تتمتع بـتتمتع الألياف الزجاجية بقوة تعادل قوة الفولاذ بسماكة 1 مم. إضافةً إلى ذلك، يمكن تصميمها بمرونة وفقًا للاحتياجات، مما يوفر تكاملًا أفضل وسهولة تصنيع فائقة. كما تتيح خيارات مرنة لعمليات التشكيل بناءً على شكل المنتج والغرض منه وكميته. عملية التشكيل بسيطة، وغالبًا ما تتطلب خطوة واحدة فقط، وتتمتع المادة بمقاومة جيدة للتآكل. فهي تقاوم الظروف الجوية والماء والتركيزات الشائعة للأحماض والقواعد والأملاح. لذلك، تستخدم العديد من الشاحنات حاليًا مواد الألياف الزجاجية في صناعة المصدات الأمامية والأغطية الأمامية والتنانير الجانبية والمشتتات.