تطبيق المواد المركبة من الألياف الزجاجية في السيارات والشاحنات

تشمل المواد غير المعدنية المستخدمة في السيارات البلاستيك والمطاط والمواد اللاصقة المانعة للتسرب ومواد الاحتكاك والأقمشة والزجاج وغيرها من المواد. وتشمل هذه المواد قطاعات صناعية مختلفة مثل البتروكيماويات والصناعات الخفيفة والمنسوجات ومواد البناء. ولذلك، فإن تطبيق المواد غير المعدنية في السيارات هو انعكاس للشركةتجمع بين القوة الاقتصادية والتكنولوجية، كما أنها تشمل نطاقًا واسعًا من قدرات تطوير التكنولوجيا وتطبيقها في الصناعات ذات الصلة.

حاليا، كبح جماح الألياف الزجاجيةتشمل المواد المركبة القسرية المطبقة في السيارات اللدائن الحرارية المقواة بالألياف الزجاجية (QFRTP)، واللدائن الحرارية المقواة بألياف زجاجية (GMT)، ومركبات تشكيل الصفائح (SMC)، ومواد قولبة نقل الراتنج (RTM)، ومنتجات FRP الموضوعة يدويًا.

رينفور الألياف الزجاجية الرئيسيةالمواد البلاستيكية المستخدمة في السيارات حاليًا هي مادة البولي بروبيلين المقوى بالألياف الزجاجية (PP)، والبولي أميد المقوى بالألياف الزجاجية 66 (PA66) أو PA6، وبدرجة أقل، مواد PBT وPPO.

تتميز منتجات PP (البولي بروبيلين) المقواة بصلابة وصلابة عالية، ويمكن تحسين خواصها الميكانيكية عدة مرات، وحتى عدة مرات. يتم استخدام PP المقوى في المناطقمثل أثاث المكاتب، على سبيل المثال في كراسي الأطفال ذات الظهر المرتفع وكراسي المكاتب؛ كما يتم استخدامه في المراوح المحورية ومراوح الطرد المركزي داخل معدات التبريد مثل الثلاجات ومكيفات الهواء.

يتم بالفعل استخدام مواد PA (البولي أميد) المقواة في كل من مركبات الركاب والمركبات التجارية، عادةً لتصنيع الأجزاء الوظيفية الصغيرة. تشمل الأمثلة الأغطية الواقية لأجسام القفل، وأوتاد التأمين، والصواميل المدمجة، ودواسات الخانق، وواقيات ناقل الحركة، ومقابض الفتح. إذا كانت المادة التي اختارتها الشركة المصنعة للجزء غير مستقرةالجودة، أو أن تكون عملية التصنيع غير مناسبة، أو أن المادة لم يتم تجفيفها بشكل صحيح، فقد يؤدي ذلك إلى كسر الأجزاء الضعيفة في المنتج.

مع الاتوماتيكبسبب الطلب المتزايد في الصناعة على المواد خفيفة الوزن والصديقة للبيئة، تميل صناعات السيارات الأجنبية أكثر نحو استخدام مواد GMT (اللدائن الحرارية ذات الحصيرة الزجاجية) لتلبية احتياجات المكونات الهيكلية. ويرجع ذلك أساسًا إلى صلابة GMT الممتازة، ودورة القولبة القصيرة، وكفاءة الإنتاج العالية، وتكاليف المعالجة المنخفضة، والطبيعة غير الملوثة، مما يجعلها واحدة من مواد القرن الحادي والعشرين. يستخدم GMT في المقام الأول في إنتاج الأقواس متعددة الوظائف، وأقواس لوحة القيادة، وإطارات المقاعد، وواقيات المحرك، وأقواس البطاريات في سيارات الركاب. على سبيل المثال، تستخدم سيارتي Audi A6 وA4 التي تنتجها حاليًا FAW-Volkswagen مواد بتوقيت جرينتش، لكنها لم تحقق إنتاجًا محليًا.

تحسين الجودة الشاملة للسيارات لمواكبة المستويات العالمية المتقدمة وتحقيقهالتقليل الوزن، وتقليل الاهتزاز، وتقليل الضوضاء، أجرت الوحدات المحلية أبحاثًا حول عمليات الإنتاج وقولبة المنتجات لمواد GMT. لديهم القدرة على الإنتاج الضخم لمواد GMT، وقد تم بناء خط إنتاج بقدرة إنتاجية سنوية تبلغ 3000 طن من مواد GMT في Jiangyin، Jiangsu. يستخدم مصنعو السيارات المحليون أيضًا مواد GMT في تصميم بعض الطرازات وبدأوا في الإنتاج التجريبي على دفعات.

يعتبر مركب تشكيل الصفائح (SMC) من البلاستيك الحراري المقوى بالألياف الزجاجية. نظرًا لأدائها الممتاز، وقدرتها على الإنتاج على نطاق واسع، وقدرتها على تحقيق أسطح من الدرجة A، فقد تم استخدامها على نطاق واسع في السيارات. حاليا، تطبيقحققت مواد SMC الأجنبية في صناعة السيارات تقدمًا جديدًا. الاستخدام الرئيسي لـ SMC في السيارات هو في ألواح الهيكل، وهو ما يمثل 70٪ من استخدام SMC. أسرع نمو هو في المكونات الهيكلية وأجزاء ناقل الحركة. وفي السنوات الخمس المقبلة، من المتوقع أن يزيد استخدام SMC في السيارات بنسبة 22% إلى 71%، بينما في الصناعات الأخرى، سيتراوح النمو من 13% إلى 35%.

حالة التطبيقق واتجاهات التنمية

1. يتم استخدام مركب تشكيل الألواح المقواة بالألياف الزجاجية ذات المحتوى العالي (SMC) بشكل متزايد في المكونات الهيكلية للسيارات. تم عرضه لأول مرة في الأجزاء الهيكلية في طرازين من طرازات فورد (Explorer وRanger) في عام 1995. نظرًا لتعدد وظائفه، يُعتقد على نطاق واسع أنه يتمتع بمزايا في التصميم الهيكلي، مما يؤدي إلى تطبيقه على نطاق واسع في لوحات عدادات السيارات، وأنظمة التوجيه، وأنظمة الرادياتير، وأنظمة الأجهزة الإلكترونية.

تستخدم الأقواس العلوية والسفلية المصبوبة من قبل شركة Budd الأمريكية مادة مركبة تحتوي على 40% من الألياف الزجاجية في البوليستر غير المشبع. ويلبي هذا الهيكل الأمامي المكون من قطعتين متطلبات المستخدم، حيث تمتد الواجهة الأمامية للمقصورة السفلية إلى الأمام. العلوي ريتم تثبيت الوصلة على المظلة الأمامية وهيكل الجسم الأمامي، بينما تعمل الدعامة السفلية جنبًا إلى جنب مع نظام التبريد. هذين القوسين مترابطان ويتعاونان مع مظلة السيارة وهيكل الجسم لتحقيق الاستقرار في الواجهة الأمامية.

2. تطبيق مواد مركب تشكيل الصفائح منخفضة الكثافة (SMC): يتمتع SMC منخفض الكثافة بجاذبية محددةy من 1.3، وقد أظهرت التطبيقات والاختبارات العملية أنه أخف بنسبة 30% من SMC القياسي، الذي يتمتع بثقل نوعي يبلغ 1.9. يمكن أن يؤدي استخدام SMC منخفض الكثافة إلى تقليل وزن الأجزاء بحوالي 45% مقارنة بالأجزاء المماثلة المصنوعة من الفولاذ. جميع الألواح الداخلية والديكورات الداخلية الجديدة للسقف في طراز كورفيت '99 من شركة جنرال موتورز في الولايات المتحدة الأمريكية مصنوعة من مادة SMC منخفضة الكثافة. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام SMC منخفض الكثافة أيضًا في أبواب السيارات وأغطية المحرك وأغطية صندوق السيارة.

3. تشمل التطبيقات الأخرى لـ SMC في السيارات، بخلاف الاستخدامات الجديدة المذكورة سابقًا، إنتاج الفاريولنا أجزاء أخرى. وتشمل هذه أبواب الكابينة، والأسطح القابلة للنفخ، والهياكل العظمية للمصدات، وأبواب الحمولة، وأقنعة الشمس، وألواح الجسم، وأنابيب تصريف السقف، والشرائط الجانبية لسقيفة السيارات، وصناديق الشاحنات، ومن بينها الاستخدام الأكبر في ألواح الهيكل الخارجية. فيما يتعلق بحالة التطبيق المحلي، مع إدخال تكنولوجيا إنتاج سيارات الركاب في الصين، تم اعتماد SMC لأول مرة في سيارات الركاب، وتستخدم بشكل رئيسي في حجرات الإطارات الاحتياطية وهياكل المصدات. حاليًا، يتم تطبيقه أيضًا في المركبات التجارية لأجزاء مثل ألواح تغطية غرفة الدعامة، وخزانات التمدد، ومشابك سرعة الخط، والأقسام الكبيرة/الصغيرة، وتجميعات غطاء سحب الهواء، والمزيد.

المواد المركبة GFRPنوابض ورقية للسيارات

تتضمن طريقة قولبة نقل الراتنج (RTM) ضغط الراتنج في قالب مغلق يحتوي على ألياف زجاجية، يليه المعالجة في درجة حرارة الغرفة أو بالحرارة. بالمقارنة مع ورقة مولديباستخدام طريقة المركب (SMC)، توفر RTM معدات إنتاج أبسط، وتكاليف قوالب أقل، وخصائص فيزيائية ممتازة للمنتجات، ولكنها مناسبة فقط للإنتاج المتوسط ​​والصغير الحجم. حاليًا، تم توسيع قطع غيار السيارات المنتجة باستخدام طريقة RTM في الخارج لتشمل أغطية الجسم بالكامل. في المقابل، محليًا في الصين، لا تزال تقنية صب RTM لتصنيع قطع غيار السيارات في مرحلة التطوير والبحث، وتسعى جاهدة للوصول إلى مستويات إنتاج المنتجات الأجنبية المماثلة من حيث الخواص الميكانيكية للمواد الخام، ووقت المعالجة، ومواصفات المنتج النهائي. تشمل قطع غيار السيارات التي تم تطويرها وبحثها محليًا باستخدام طريقة RTM الزجاج الأمامي، والأبواب الخلفية، والناشرات، والأسقف، والمصدات، وأبواب الرفع الخلفية لسيارات Fukang.

ومع ذلك، فإن كيفية تطبيق عملية RTM على السيارات بسرعة وفعالية أكبر هو المطلوبتعتبر تعديلات المواد المستخدمة في هيكل المنتج، ومستوى أداء المواد، ومعايير التقييم، وتحقيق أسطح من الدرجة الأولى من القضايا المثيرة للقلق في صناعة السيارات. هذه أيضًا هي المتطلبات الأساسية لاعتماد RTM على نطاق واسع في تصنيع قطع غيار السيارات.

لماذا فرب

من وجهة نظر شركات تصنيع السيارات، يتم مقارنة FRP (البلاستيك المقوى بالألياف) بغيرهالمواد إيه، هي مادة بديلة جذابة للغاية. أخذ SMC/BMC (مركب تشكيل الصفائح/مركب التشكيل السائب) كأمثلة:

* توفير الوزن
* تكامل المكونات
* مرونة التصميم
* انخفاض الاستثمار بشكل ملحوظ
* يسهل تكامل أنظمة الهوائي
* ثبات الأبعاد (معامل تمدد حراري خطي منخفض، مقارنة بالفولاذ)
* يحافظ على الأداء الميكانيكي العالي في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة
متوافق مع الطلاء الإلكتروني (الرسم الإلكتروني)

يدرك سائقو الشاحنات جيدًا أن مقاومة الهواء، والمعروفة أيضًا باسم السحب، كانت دائمًا عاملًا مهمًاdversary للشاحنات. إن المساحة الأمامية الكبيرة للشاحنات، والهيكل العالي، والمقطورات ذات الشكل المربع تجعلها عرضة بشكل خاص لمقاومة الهواء.

للتصديمقاومة الهواء مما يؤدي حتماً إلى زيادة حمل المحرك، فكلما زادت السرعة زادت المقاومة. يؤدي الحمل المتزايد بسبب مقاومة الهواء إلى زيادة استهلاك الوقود. لتقليل مقاومة الرياح التي تتعرض لها الشاحنات وبالتالي تقليل استهلاك الوقود، بذل المهندسون جهدًا كبيرًا. بالإضافة إلى اعتماد التصميمات الديناميكية الهوائية للمقصورة، تم إضافة العديد من الأجهزة لتقليل مقاومة الهواء على الإطار والجزء الخلفي من المقطورة. ما هي هذه الأجهزة المصممة لتقليل مقاومة الرياح على الشاحنات؟

انحرافات السقف/الجانب

تم تصميم المنحرفات السقفية والجانبية بشكل أساسي لمنع الرياح من الاصطدام مباشرة بصندوق الأمتعة ذي الشكل المربع، مما يعيد توجيه معظم الهواء ليتدفق بسلاسة فوق الأجزاء العلوية والجانبية من المقطورة وحولها، بدلاً من التأثير بشكل مباشر على الجزء الأمامي من المقطورة أثرإيه، مما يسبب مقاومة كبيرة. يمكن للانحرافات ذات الزاوية المناسبة وضبط الارتفاع أن تقلل بشكل كبير من المقاومة التي تسببها المقطورة.

التنانير الجانبية للسيارة

تعمل الحواف الجانبية للسيارة على تنعيم جوانب الهيكل ودمجها بسلاسة مع جسم السيارة. وهي تغطي عناصر مثل خزانات الغاز وخزانات الوقود المثبتة على الجانب، مما يقلل من مساحتها الأمامية المعرضة للرياح، وبالتالي يسهل تدفق الهواء بشكل أكثر سلاسة دون خلق اضطرابات.

نتوء منخفض الوضعr

يعمل المصد الممتد للأسفل على تقليل تدفق الهواء الذي يدخل أسفل السيارة، مما يساعد في تقليل المقاومة الناتجة عن الاحتكاك بين الهيكل والهيكلهواء. بالإضافة إلى ذلك، فإن بعض المصدات ذات الفتحات التوجيهية لا تقلل من مقاومة الرياح فحسب، بل تعمل أيضًا على توجيه تدفق الهواء نحو أسطوانات المكابح أو أقراص المكابح، مما يساعد في تبريد نظام مكابح السيارة.

انحرافات جانبية لصندوق الحمولة

تغطي المنحرفات الموجودة على جانبي صندوق الشحن جزءًا من العجلات وتقلل المسافة بين حجرة الشحن والأرض. ويقلل هذا التصميم من تدفق الهواء الداخل من الجوانب الموجودة أسفل السيارة. لأنها تغطي جزءًا من العجلات، فإنها تنحرفكما تعمل العوامل أيضًا على تقليل الاضطراب الناتج عن التفاعل بين الإطارات والهواء.

منحرف خلفي

مصممة للتشويشعندما تدور دوامات الهواء في الخلف، فإنها تعمل على تبسيط تدفق الهواء، وبالتالي تقليل السحب الديناميكي الهوائي.

إذًا، ما هي المواد المستخدمة في صناعة العواكس والأغطية في الشاحنات؟ مما جمعته، في السوق شديدة التنافسية، يتم تفضيل الألياف الزجاجية (المعروفة أيضًا باسم البلاستيك المقوى بالزجاج أو GRP) لوزنها الخفيف، وقوتها العالية، ومقاومتها للتآكل، ومقاومتها للتآكل.الأهلية من بين خصائص أخرى.

الألياف الزجاجية عبارة عن مادة مركبة تستخدم الألياف الزجاجية ومنتجاتها (مثل قماش الألياف الزجاجية، والحصيرة، والغزل، وما إلى ذلك) كتعزيز، مع استخدام الراتنج الاصطناعي كمواد مصفوفة.

عاكسات/أغطية من الألياف الزجاجية

بدأت أوروبا في استخدام الألياف الزجاجية في السيارات منذ عام 1955، مع إجراء تجارب على هياكل طرازات STM-II. وفي عام 1970 استخدمت اليابان الألياف الزجاجية في صناعة الأغطية الزخرفية لعجلات السيارات، وفي عام 1971 قامت سوزوكي بتصنيع أغطية المحركات والرفارف من الألياف الزجاجية. في الخمسينيات من القرن الماضي، بدأت المملكة المتحدة في استخدام الألياف الزجاجية، لتحل محل الكبائن السابقة المصنوعة من الخشب الصلب، مثل تلك الموجودة في For.د S21 والسيارات ذات الثلاث عجلات، والتي جلبت أسلوبًا جديدًا تمامًا وأقل صرامة لمركبات تلك الحقبة.

محليا في الصين، بعض ملقد قام المصنعون بعمل مكثف في تطوير هياكل المركبات المصنوعة من الألياف الزجاجية. على سبيل المثال، نجحت FAW في تطوير أغطية محركات مصنوعة من الألياف الزجاجية وكبائن ذات مقدمة مسطحة وقلب علوي في وقت مبكر جدًا. في الوقت الحالي، ينتشر استخدام منتجات الألياف الزجاجية في الشاحنات المتوسطة والثقيلة في الصين على نطاق واسع، بما في ذلك المحرك ذو الأنف الطويلالأغطية، والمصدات، والأغطية الأمامية، وأغطية سقف المقصورة، والتنانير الجانبية، والحارفات. إن الشركة المصنعة المحلية المشهورة للعاكسات، Dongguan Caiji Fiberglass Co., Ltd.، تجسد ذلك. حتى أن بعض كبائن النوم الكبيرة الفاخرة في الشاحنات الأمريكية ذات المقدمة الطويلة المثيرة للإعجاب مصنوعة من الألياف الزجاجية.

خفيفة الوزن، عالية القوة، والتآكل-مقاومة، وتستخدم على نطاق واسع في المركبات

نظرًا لتكلفتها المنخفضة ودورة الإنتاج القصيرة ومرونة التصميم القوية، تُستخدم مواد الألياف الزجاجية على نطاق واسع في العديد من جوانب تصنيع الشاحنات. على سبيل المثال، قبل بضع سنوات، كانت الشاحنات المحلية تتمتع بتصميم رتيب وصارم، مع عدم وجود تصميم خارجي مخصص. مع التطور السريع للطرق السريعة المحلية، والتيأدى ذلك إلى تحفيز النقل لمسافات طويلة بشكل كبير، وصعوبة تشكيل مظهر شخصي للمقصورة من الفولاذ بالكامل، وارتفاع تكاليف تصميم القالب، ومشكلات مثل الصدأ والتسربات في الهياكل الملحومة متعددة الألواح، مما دفع العديد من الشركات المصنعة إلى اختيار الألياف الزجاجية لأغطية سقف المقصورة.

حاليا، العديد من الشاحنات تستخدم فايمواد من الزجاج للأغطية الأمامية والمصدات.

تتميز الألياف الزجاجية بخفة وزنها وقوتها العالية، حيث تتراوح كثافتها بين 1.5 و2.0. وهذا يمثل حوالي ربع إلى خمس كثافة الفولاذ الكربوني وحتى أقل من كثافة الألومنيوم. بالمقارنة مع الفولاذ 08F، فإن الألياف الزجاجية بسمك 2.5 مم لديهاقوة تعادل 1 ملم من الفولاذ السميك. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تصميم الألياف الزجاجية بمرونة وفقًا للاحتياجات، مما يوفر سلامة شاملة أفضل وقابلية تصنيع ممتازة. إنه يسمح باختيار مرن لعمليات التشكيل بناءً على شكل المنتج والغرض منه وكميته. عملية التشكيل بسيطة، وغالبًا ما تتطلب خطوة واحدة فقط، والمواد لديها مقاومة جيدة للتآكل. يمكنه مقاومة الظروف الجوية والماء والتركيزات الشائعة للأحماض والقواعد والأملاح. ولذلك، تستخدم العديد من الشاحنات حاليًا مواد الألياف الزجاجية في المصدات الأمامية والأغطية الأمامية والتنانير الجانبية والحارفات.