تطبيق المواد المركبة من الألياف الزجاجية في السيارات والشاحنات

تشمل المواد غير المعدنية المستخدمة في السيارات البلاستيك والمطاط ومواد الختم اللاصقة ومواد الاحتكاك والأقمشة والزجاج وغيرها من المواد. وتغطي هذه المواد قطاعات صناعية متنوعة، مثل البتروكيماويات والصناعات الخفيفة والمنسوجات ومواد البناء. لذا، فإن استخدام المواد غير المعدنية في السيارات يعكس التعاون بين مختلف الصناعات.إنها القوة الاقتصادية والتكنولوجية المشتركة، كما أنها تشمل أيضًا مجموعة واسعة من قدرات تطوير التكنولوجيا وتطبيقها في الصناعات ذات الصلة.

في الوقت الحالي، يتم استخدام ألياف الزجاجتشمل المواد المركبة القسرية المستخدمة في السيارات المواد البلاستيكية الحرارية المقواة بألياف الزجاج (QFRTP)، والمواد البلاستيكية الحرارية المقواة بألياف الزجاج (GMT)، ومركبات صب الصفائح (SMC)، ومواد صب نقل الراتنج (RTM)، ومنتجات FRP الموضوعة يدويًا.

التعزيزات الرئيسية للألياف الزجاجيةالمواد البلاستيكية المستخدمة في السيارات حاليًا هي البولي بروبيلين المقوى بألياف الزجاج (PP)، والبولي أميد المقوى بألياف الزجاج 66 (PA66) أو PA6، وإلى حد أقل، مواد PBT وPPO.

تتميز منتجات البولي بروبلين المقوى (PP) بصلابة ومتانة عاليتين، ويمكن تحسين خصائصها الميكانيكية عدة مرات. يُستخدم البولي بروبلين المقوى في مجالات مثلكما هو الحال في أثاث المكاتب، على سبيل المثال في كراسي الأطفال ذات الظهر العالي وكراسي المكتب؛ كما يتم استخدامه أيضًا في المراوح المحورية والمركزية داخل معدات التبريد مثل الثلاجات ومكيفات الهواء.

تُستخدم مواد البولي أميد المقواة (PA) في كلٍّ من مركبات الركاب والمركبات التجارية، عادةً لتصنيع الأجزاء الوظيفية الصغيرة. ومن الأمثلة على ذلك الأغطية الواقية لهياكل الأقفال، وأوتاد التأمين، والصواميل المدمجة، ودواسات الخانق، وواقيات ناقل الحركة، ومقابض الفتح. إذا كانت المادة التي اختارها مُصنِّع الأجزاء غير مستقرة،الجودة، أو عملية التصنيع غير مناسبة، أو لم يتم تجفيف المادة بشكل صحيح، يمكن أن يؤدي ذلك إلى كسر الأجزاء الضعيفة في المنتج.

مع الأتمتةمع تزايد طلب صناعة السيارات على مواد خفيفة الوزن وصديقة للبيئة، تتجه شركات صناعة السيارات الأجنبية نحو استخدام مواد اللدائن الحرارية الزجاجية (GMT) لتلبية احتياجات المكونات الهيكلية. ويعود ذلك أساسًا إلى متانة هذه المواد الممتازة، وقصر دورة تشكيلها، وكفاءتها الإنتاجية العالية، وانخفاض تكاليف معالجتها، وعدم تلويثها للبيئة، مما يجعلها من مواد القرن الحادي والعشرين. تُستخدم هذه المواد بشكل رئيسي في إنتاج حوامل متعددة الوظائف، وحوامل لوحات القيادة، وإطارات المقاعد، وواقيات المحرك، وحوامل البطاريات في سيارات الركاب. على سبيل المثال، تستخدم سيارتا أودي A6 وA4 اللتان تنتجهما حاليًا شركة FAW-Volkswagen مواد GMT، ولكن لم يتم إنتاجها محليًا بعد.

لتحسين الجودة الشاملة للسيارات لمواكبة المستويات المتقدمة الدولية، وتحقيقبهدف تقليل الوزن والاهتزاز والضوضاء، أجرت وحدات محلية أبحاثًا حول عمليات إنتاج وتشكيل مواد GMT. وتتمتع هذه الوحدات بالقدرة على الإنتاج الضخم لمواد GMT، وقد تم بناء خط إنتاج في جيانغين بمقاطعة جيانغسو بطاقة إنتاجية سنوية تبلغ 3000 طن. كما يستخدم مصنعو السيارات المحليون مواد GMT في تصميم بعض طرازاتهم، وبدأوا الإنتاج التجريبي بكميات كبيرة.

مركب صب الصفائح (SMC) هو مادة بلاستيكية حرارية صلبة مقواة بألياف زجاجية مهمة. بفضل أدائه الممتاز، وقدرته على الإنتاج على نطاق واسع، وقدرته على تحقيق أسطح من الدرجة الأولى، فقد استُخدم على نطاق واسع في السيارات. حاليًا، يُستخدمشهدت مواد SMC الأجنبية في صناعة السيارات تطورًا ملحوظًا. ويُستخدم SMC بشكل رئيسي في ألواح هياكل السيارات، حيث يُمثل 70% من إجمالي استخدامه. ويُسجل أسرع نمو في المكونات الهيكلية وأجزاء ناقل الحركة. ومن المتوقع أن يزداد استخدام SMC في السيارات خلال السنوات الخمس المقبلة بنسبة تتراوح بين 22% و71%، بينما سيتراوح النمو في الصناعات الأخرى بين 13% و35%.

حالة الطلبالاتجاهات التنموية

١. يزداد استخدام مركب صب الصفائح المقوى بألياف زجاجية عالية المحتوى (SMC) في المكونات الهيكلية للسيارات. وقد تم اختباره لأول مرة في الأجزاء الهيكلية لطرازي فورد (E)تم تطوير هذا النظام في عام 1995 بواسطة شركة فورد للسيارات (Xplorer وRanger). ونظرًا لتعدد وظائفه، يُعتقد على نطاق واسع أنه يتمتع بمزايا في التصميم الهيكلي، مما أدى إلى تطبيقه على نطاق واسع في لوحات القيادة في السيارات، وأنظمة التوجيه، وأنظمة المبردات، وأنظمة الأجهزة الإلكترونية.

تستخدم الدعامتان العلوية والسفلية، اللتان صُنعتا بواسطة شركة Budd الأمريكية، مادة مركبة تحتوي على 40% من ألياف الزجاج في بوليستر غير مشبع. يلبي هذا الهيكل الأمامي المكون من قطعتين متطلبات المستخدم، حيث يمتد الطرف الأمامي للكابينة السفلية للأمام.يُثبَّت الحامل على غطاء السيارة الأمامي وهيكلها الأمامي، بينما يعمل الحامل السفلي بالتزامن مع نظام التبريد. يتصل هذان الحاملان ببعضهما ويتعاونان مع غطاء السيارة وهيكلها لتثبيت الجزء الأمامي.

2. تطبيق مواد مركب صب الصفائح منخفض الكثافة (SMC): يتميز مركب صب الصفائح منخفض الكثافة بثقل نوعييبلغ وزنه 1.3، وقد أظهرت التطبيقات والاختبارات العملية أنه أخف وزنًا بنسبة 30% من الخرسانة المصبوبة القياسية، التي تبلغ كثافتها النوعية 1.9. يُقلل استخدام هذه الخرسانة المصبوبة منخفضة الكثافة من وزن الأجزاء بنحو 45% مقارنةً بالأجزاء المماثلة المصنوعة من الفولاذ. جميع الألواح الداخلية والأسقف الداخلية الجديدة لسيارة كورفيت موديل 1999 من جنرال موتورز في الولايات المتحدة الأمريكية مصنوعة من الخرسانة المصبوبة منخفضة الكثافة. كما تُستخدم هذه الخرسانة في أبواب السيارات، وأغطية المحركات، وأغطية صندوق الأمتعة.

3. تشمل التطبيقات الأخرى لـ SMC في السيارات، إلى جانب الاستخدامات الجديدة المذكورة سابقًا، إنتاج أنواع مختلفة من المركبات.تُستخدم قطع غيار أخرى. تشمل هذه القطع أبواب الكابينة، والأسقف القابلة للنفخ، وهياكل المصدات، وأبواب الشحن، وواقيات الشمس، وألواح الهيكل، وأنابيب تصريف السقف، والشرائط الجانبية لسقائف السيارات، وصناديق الشاحنات، والتي يُكثر استخدامها في ألواح الهيكل الخارجية. أما بالنسبة للتطبيقات المحلية، فمع إدخال تكنولوجيا إنتاج سيارات الركاب في الصين، تم اعتماد SMC لأول مرة في سيارات الركاب، حيث استُخدم بشكل رئيسي في حجرات الإطارات الاحتياطية وهياكل المصدات. وحاليًا، يُستخدم أيضًا في المركبات التجارية لأجزاء مثل ألواح تغطية حجرة الدعامة، وخزانات التمدد، ومشابك سرعة الخط، والحواجز الكبيرة والصغيرة، ومجموعات غطاء مدخل الهواء، وغيرها.

مادة GFRP المركبةنوابض أوراق السيارات

تتضمن طريقة صب نقل الراتنج (RTM) ضغط الراتنج في قالب مغلق يحتوي على ألياف زجاجية، يليه المعالجة في درجة حرارة الغرفة أو بالحرارة. مقارنةً بقوالب الصفائح،باستخدام طريقة صب المركب (SMC)، توفر تقنية RTM معدات إنتاج أبسط، وتكاليف قوالب أقل، وخصائص فيزيائية ممتازة للمنتجات، ولكنها مناسبة فقط للإنتاج المتوسط ​​والصغير. حاليًا، تم توسيع نطاق استخدام قطع غيار السيارات المُنتجة باستخدام طريقة RTM في الخارج ليشمل أغطية الجسم بالكامل. في المقابل، لا تزال تقنية صب RTM لتصنيع قطع غيار السيارات في الصين في مرحلة التطوير والبحث، وتسعى جاهدةً للوصول إلى مستويات إنتاج المنتجات الأجنبية المماثلة من حيث الخصائص الميكانيكية للمواد الخام، ووقت المعالجة، ومواصفات المنتج النهائي. تشمل قطع غيار السيارات المُطورة والمُبحث فيها محليًا باستخدام طريقة RTM الزجاج الأمامي، والأبواب الخلفية، والناشرات، والأسقف، والمصدات، والأبواب الخلفية القابلة للرفع لسيارات فوكانغ.

ومع ذلك، كيف يمكن تطبيق عملية RTM على السيارات بشكل أسرع وأكثر فعالية، فإن المتطلباتتُعدّ تعديلات المواد لهيكل المنتج، ومستوى أداء المواد، ومعايير التقييم، وتحقيق أسطح من الدرجة الأولى، من القضايا المثيرة للقلق في صناعة السيارات. كما تُعدّ هذه المتطلبات أساسية لاعتماد تقنية RTM على نطاق واسع في تصنيع قطع غيار السيارات.

لماذا FRP

من وجهة نظر مصنعي السيارات، فإن FRP (البلاستيك المقوى بالألياف) مقارنة بـمواد أخرى، تُعد مادة بديلة جذابة للغاية. على سبيل المثال، SMC/BMC (مركب صب الصفائح/مركب صب الكتل):

* توفير الوزن
* تكامل المكونات
* مرونة التصميم
* انخفاض الاستثمار بشكل كبير
* تسهيل دمج أنظمة الهوائي
* الاستقرار الأبعادي (معامل منخفض للتمدد الحراري الخطي، مماثل للصلب)
* يحافظ على الأداء الميكانيكي العالي في ظل ظروف درجات الحرارة العالية
متوافق مع الطلاء الإلكتروني (الطلاء الإلكتروني)

يدرك سائقو الشاحنات جيدًا أن مقاومة الهواء، والمعروفة أيضًا باسم السحب، كانت دائمًا عاملًا مهمًاتُعتبر الشاحنات خصمًا قويًا. المساحة الأمامية الكبيرة للشاحنات، وارتفاع هيكلها، ومقطوراتها ذات الشكل المربع، تجعلها أكثر عرضة لمقاومة الهواء.

للتصديمقاومة الهواء، التي تزيد حتمًا من حمل المحرك، وكلما زادت السرعة، زادت المقاومة. يؤدي زيادة الحمل الناتج عن مقاومة الهواء إلى زيادة استهلاك الوقود. لتقليل مقاومة الرياح التي تواجهها الشاحنات، وبالتالي خفض استهلاك الوقود، بذل المهندسون جهودًا مضنية. فبالإضافة إلى اعتماد تصاميم انسيابية للمقصورة، أُضيفت العديد من الأجهزة لتقليل مقاومة الهواء على الهيكل والجزء الخلفي من المقطورة. ما هي هذه الأجهزة المصممة لتقليل مقاومة الرياح في الشاحنات؟

عاكسات السقف/الجانب

تم تصميم عاكسات السقف والجوانب في المقام الأول لمنع الرياح من ضرب صندوق الشحن ذي الشكل المربع بشكل مباشر، وإعادة توجيه معظم الهواء ليتدفق بسلاسة فوق وحول الأجزاء العلوية والجانبية للمقطورة، بدلاً من التأثير بشكل مباشر على مقدمة الطريق.مما يُسبب مقاومة كبيرة. يُمكن لعواكس التوجيه المُعدّلة زاويةً وارتفاعًا بشكل صحيح أن تُقلل بشكل كبير من المقاومة التي تُسببها المقطورة.

تنانير جانبية للسيارة

تعمل التنانير الجانبية في المركبات على تنعيم جوانب الهيكل، ودمجها بسلاسة مع هيكل السيارة. فهي تغطي عناصر مثل خزانات الوقود وخزانات الغاز الجانبية، مما يقلل من مساحتها الأمامية المعرضة للرياح، مما يُسهّل تدفق الهواء بسلاسة دون إحداث أي اضطرابات.

نتوء منخفضr

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

عاكسات جانبية لصندوق الشحن

تغطي العواكس الموجودة على جانبي صندوق الأمتعة جزءًا من العجلات، مما يقلل المسافة بين حجرة الأمتعة والأرض. يقلل هذا التصميم من تدفق الهواء الداخل من الجوانب أسفل السيارة. ولأنها تغطي جزءًا من العجلات، فإنها تعمل على عكس ذلك.كما تعمل الإطارات أيضًا على تقليل الاضطرابات الناتجة عن التفاعل بين الإطارات والهواء.

عاكس خلفي

مصممة لتعطيليعمل على تنظيم تدفق الهواء من خلال الدوامات الهوائية في الجزء الخلفي، مما يقلل من السحب الديناميكي الهوائي.

إذن، ما هي المواد المستخدمة في صناعة العواكس والأغطية على الشاحنات؟ بناءً على ما فهمته، في ظل المنافسة الشديدة في السوق، تُفضّل الألياف الزجاجية (المعروفة أيضًا بالبلاستيك المقوى بالزجاج أو GRP) لخفة وزنها ومتانتها العالية ومقاومتها للتآكل.المصداقية بين الخصائص الأخرى.

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

عواكس/أغطية من الألياف الزجاجية

بدأت أوروبا باستخدام الألياف الزجاجية في السيارات منذ عام ١٩٥٥، بتجارب على هياكل طراز STM-II. في عام ١٩٧٠، استخدمت اليابان الألياف الزجاجية لتصنيع أغطية زخرفية لعجلات السيارات، وفي عام ١٩٧١، صنعت سوزوكي أغطية محركات ورفارف من الألياف الزجاجية. في خمسينيات القرن الماضي، بدأت المملكة المتحدة باستخدام الألياف الزجاجية، لتحل محل كبائن الفولاذ والخشب المركبة السابقة، مثل تلك الموجودة في المملكة المتحدة.د S21 والسيارات ذات العجلات الثلاث، والتي جلبت أسلوبًا جديدًا تمامًا وأقل صرامة لمركبات تلك الحقبة.

محليًا في الصين، بعضقام المصنعون بجهود مكثفة في تطوير هياكل المركبات المصنوعة من الألياف الزجاجية. على سبيل المثال، نجحت شركة FAW في تطوير أغطية محركات من الألياف الزجاجية وكبائن مسطحة وقلابة في وقت مبكر. حاليًا، ينتشر استخدام منتجات الألياف الزجاجية في الشاحنات المتوسطة والثقيلة في الصين على نطاق واسع، بما في ذلك المحركات طويلة المقدمة.الأغطية، والمصدات، والأغطية الأمامية، وأغطية سقف الكابينة، والعتبات الجانبية، وعواكس الهواء. وتُجسّد شركة دونغقوان كايجي للألياف الزجاجية المحدودة، وهي شركة محلية معروفة بتصنيع عواكس الهواء، هذا الأمر. حتى أن بعض كبائن النوم الكبيرة والفاخرة في الشاحنات الأمريكية ذات المقدمة الطويلة الشهيرة مصنوعة من الألياف الزجاجية.

خفيفة الوزن، عالية القوة، مقاومة للتآكل- مقاومة، تستخدم على نطاق واسع في المركبات

بفضل تكلفتها المنخفضة ودورة إنتاجها القصيرة ومرونتها العالية في التصميم، تُستخدم مواد الألياف الزجاجية على نطاق واسع في العديد من جوانب تصنيع الشاحنات. على سبيل المثال، قبل بضع سنوات، كانت الشاحنات المحلية تتميز بتصميم رتيب وصلب، وكان التصميم الخارجي المخصص نادرًا. مع التطور السريع للطرق السريعة المحلية، والتيلقد حفزت صناعة الصلب بشكل كبير النقل لمسافات طويلة، كما أدت صعوبة تشكيل مظهر المقصورة المخصص من الفولاذ الكامل، وتكاليف تصميم القالب المرتفعة، ومشاكل مثل الصدأ والتسربات في الهياكل الملحومة متعددة الألواح إلى دفع العديد من الشركات المصنعة إلى اختيار الألياف الزجاجية لتغطية أسقف المقصورة.

في الوقت الحالي، تستخدم العديد من الشاحنات الألياف الضوئية.مواد بيرجلاس للأغطية الأمامية والمصدات.

تتميز الألياف الزجاجية بخفة وزنها ومتانتها العالية، حيث تتراوح كثافتها بين 1.5 و2.0. وهذا يمثل حوالي ربع إلى خُمس كثافة الفولاذ الكربوني، بل وأقل من كثافة الألومنيوم. بالمقارنة مع الفولاذ 08F، فإن الألياف الزجاجية بسمك 2.5 مم تتمتع بـقوة تعادل فولاذًا بسمك 1 مم. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تصميم الألياف الزجاجية بمرونة وفقًا للاحتياجات، مما يوفر سلامة عامة أفضل وقابلية تصنيع ممتازة. كما تتيح مرونة اختيار عمليات التشكيل بناءً على شكل المنتج وغرضه وكميته. عملية التشكيل بسيطة، وغالبًا ما تتطلب خطوة واحدة فقط، وتتميز المادة بمقاومة جيدة للتآكل، كما أنها قادرة على مقاومة الظروف الجوية والماء وتركيزات الأحماض والقواعد والأملاح الشائعة. لذلك، تستخدم العديد من الشاحنات حاليًا مواد الألياف الزجاجية في المصدات الأمامية والأغطية الأمامية والعتبات الجانبية وعواكس الهواء.