مقدمة

باعتبارها وسيلة نقل هامة، تلعب السيارات دورا هاما في السفر العائلي وغيرها من الجوانب.

في هذه المرحلة، مع تحسين نوعية حياة الناس وسعيهم لتحقيق نوعية حياة أعلى، لديهم متطلبات جديدة لأداء السيارة. من أجل تلبية احتياجات الجمهور، تقوم شركات السيارات بتصميم السيارات وتطويرها بنشاط، وتعمل باستمرار بجد على المواد وطرق التصميم والجوانب الأخرى.

في الوقت الحاضر، أصبحت السيارات خفيفة الوزن الاتجاه الرئيسي لتصميم السيارات، وتحقيق هدف السيارات خفيفة الوزن يجب أن يكمل ابتكار المواد. لذلك، في عملية تطبيق تطوير المكونات الهيكلية لجسم السيارة، يجب علينا أن نبحث بنشاط عن أهداف خفيفة الوزن ومتطلبات معايير الجودة في عملية تطبيق مواد المكونات الهيكلية لجسم السيارة.

المواد المركبة بالحرارةتتمتع بأداء فائق مقارنة بالمواد التقليدية ويمكنها تحقيق هدف وزن السيارات، لذلك تم استخدامها في التطبيق الحالي وتطوير المكونات الهيكلية لجسم السيارة.

تحلل هذه المقالة تطبيق وتطوير المواد المركبة البلاستيكية الحرارية في الأجزاء الهيكلية لجسم السيارة.

في الوقت الحاضر، تتمثل المشاكل الرئيسية التي تواجه التنمية المستدامة لصناعة السيارات في أمن الطاقة وتوفير الطاقة وخفض الانبعاثات. من أجل حل مشكلة استهلاك الطاقة في السيارات حقًا، لا يزال من الضروري البدء بوزن خفيف للسيارات. الخواص الميكانيكية للمواد المركبة من ألياف الكربون ممتازة جدًا، ومن الواضح أن مقاومتها للتعب أفضل من كثافة الظروف المعدنية، لذلك يجب أن تكون مواد ألياف الكربون هي الخيار الأول في ممارسة السيارات خفيفة الوزن.

لتلخيص السوق الحالي، يستخدم أكثر من 90% من السيارات أنظمة راتينج متصلدة بالحرارة عند استخدام المواد المركبة من ألياف الكربون، وهناك مشاكل في متابعة إعادة تدوير هذه المواد، ويمكن أن تكون المواد المركبة من ألياف الكربون البلاستيكية الحرارية حلاً جيدًا لذلك مشكلة. تعتبر الخصائص الميكانيكية للمركبات البلاستيكية الحرارية المقواة بالألياف المستمرة أكثر وضوحًا، وقد تم تحقيق القالب. ومع ذلك، نظرًا للقيود المفروضة على خصائص العملية، لا يمكن تلبية متطلبات التشكيل لبعض الهياكل الخاصة. في هذه المرحلة، يتم حل المشكلة بشكل أساسي عن طريق القولبة بالحقن، لكن الخواص الميكانيكية للمنتجات المشكلة بهذه الطريقة ليست مثالية. تتميز عملية التشكيل وعملية التشكيل بالحقن بمزاياها الخاصة، إذا تم دمجها، والمواد المركبة البلاستيكية الحرارية المعززة بالألياف المستمرة مثل الهيكل العظمي، ثم من خلال قولبة الحقن لتنفيذ صب الهيكل المعقد، بحيث يتم استخدام المواد المركبة البلاستيكية الحرارية في السيارات وستكون مكونات الجسم أكثر أهمية.

1. المواد المركبة بالحرارة

من أجل الاستفادة الكاملة من المركبات البلاستيكية الحرارية في عملية تصميم وتطوير مكونات جسم السيارة، من الضروري أن يكون لديك معرفة وفهم شاملين للمركبات البلاستيكية الحرارية.

بحكم التعريف، يشير ما يسمى بالمواد المركبة البلاستيكية الحرارية إلى المادة المركبة المصنوعة من راتنجات اللدائن الحرارية كمصفوفة والألياف المختلفة كمواد تقوية. يتم تحليل تصنيف المواد المركبة بالحرارة. وفقا لخصائص مصفوفة الراتنج والمركب، تنقسم المواد المركبة بالحرارة بشكل رئيسي إلى فئتين:
(1) المواد المركبة عالية الأداء: التي يتم تعزيزها باستخدام راتنجات لدن بالحرارة عالية الأداء من الألياف الممتازة، مثل ألياف الكربون، وألياف الأراميد، وكبريتيد البوليفينيلين، وما إلى ذلك، هي مواد مركبة عالية الأداء، مثل هذه المواد تتمتع بقوة محددة عالية ومعامل محدد، ويمكن استخدامها لفترة طويلة فوق 200 درجة مئوية.
(2) المواد المركبة للأغراض العامة:تشير إلى راتنجات اللدائن الحرارية التي يتم تعزيزها بشكل عام بالألياف الزجاجية والمنتجات، مثل PP، PE، PVC، وما إلى ذلك، والتي يتم استخدامها حاليًا على نطاق واسع.

من الناحية العملية، من الضروري التأكيد على الاستخدام الفعال للمواد المركبة بالحرارة، ولكن من الضروري أيضًا فهم خصائص المواد المركبة بالحرارة. وفقا للبحث العملي الحالي، فإن المركبات البلاستيكية الحرارية لها ست خصائص:

(1) كثافته صغيرة، وقوته عالية، وخواصه الميكانيكية أكثر تفوقًا.
(2) مع إمكانية تصميم الأداء. بالمقارنة مع المواد المركبة بالحرارة، هناك أنواع أكثر من راتنجات اللدائن الحرارية، ونطاق الخيارات أكبر، لذلك فهي تتمتع بتصميم أفضل. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تحقيق الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمركبات البلاستيكية الحرارية بناءً على متطلبات محددة من خلال اختيار المواد بشكل معقول واستخدام العملية.
(3) مقاومة جيدة للحرارة. يتم الحفاظ بشكل عام على مقاومة الحرارة للمواد المركبة بالحرارة عند حوالي 100 درجة مئوية، ولكن سيتم زيادة درجة حرارة استخدام المواد البلاستيكية الحرارية بعد تقويتها بالألياف الزجاجية بشكل كبير. في الوقت الحاضر، يمكن للمواد المركبة البلاستيكية الحرارية عالية الأداء المستخدمة عمليًا أن تصل إلى مقاومة للحرارة تزيد عن 250 درجة مئوية.
(4) مقاومة التآكل الكيميائي. ترتبط مقاومة التآكل الكيميائي للمواد المركبة ارتباطًا وثيقًا بخصائص المادة الأساسية. هناك أنواع أكثر من راتنجات اللدائن الحرارية ذات مقاومة أفضل للتآكل، لذلك من الناحية العملية، يمكن اختيار راتنجات اللدائن الحرارية ذات مقاومة أفضل للتآكل كمادة أساسية. بهذه الطريقة، سيتم تحسين مقاومة التآكل الكيميائي للمواد المركبة بالحرارة بشكل ملحوظ.
(5) الخصائص الكهربائية. ترتبط الخواص الكهربائية للمواد المركبة بخصائص مصفوفة الراتنج ومواد التعزيز، لذلك يمكن تنفيذ تصميم الأداء بناءً على متطلبات الاستخدام في الممارسة العملية.
(6) أداء المعالجة. من الواضح أن أداء عملية المواد المركبة بالحرارة أفضل من أداء المواد المركبة بالحرارة، ويمكنها تحقيق قوالب متعددة، ويمكنها أيضًا تحقيق إعادة تدوير مواد النفايات.

2. تطبيق وتطوير المواد المركبة من اللدائن الحرارية في الأجزاء الهيكلية لجسم السيارات

من نتائج التحليل أعلاه، فإن مزايا المواد المركبة البلاستيكية الحرارية بارزة جدًا، وتطبيقها وتطويرها في الأجزاء الهيكلية لجسم السيارة لا بد أن يحل مشكلة وزن السيارة الخفيف، لذا ناقش بنشاط التطبيق المحدد وتطويرها المواد المركبة البلاستيكية الحرارية، والتي لها أهمية توجيهية إيجابية لحل المشاكل العملية. فيما يلي ملخص لتطبيق وتطوير المواد المركبة البلاستيكية الحرارية مع الممارسة.

1) تصميم اختيار شعاع المقعد المصبوب
لنأخذ سيارة متوسطة الحجم كمثال، فإن عارضة مقعدها تتكون بشكل أساسي من ثلاثة أجزاء، وهي عارضة عرضية أمامية للمقعد الأمامي، عارضة عرضية خلفية للمقعد الأمامي وعارضة عرضية للمقعد الخلفي. يتم تحليل العارضة الخلفية للمقعد الأمامي كمثال، والتي تتكون بشكل أساسي من ثلاثة أجزاء، بما في ذلك جسم العارضة، وتعزيز الجانب الأيسر وتعزيز الجانب الخلفي. هيكل الجزء عبارة عن هيكل من الصفائح المعدنية التقليدية، أي 3 أجزاء من الصفائح المعدنية المستقلة ملحومة معًا، ويتم تحقيق الاتصال بالمقعد عن طريق المفصل اللولبي. وهو عبارة عن هيكل نموذجي من شعاع الجسم، وتبلغ كتلته الإجمالية 1.85 كجم.

يتم تحليل الهيكل المركب لحقن القالب. من أجل ضمان خصائص الواجهة بين الطبقة المقولبة وطبقة الحقن، يجب استخدام نفس نظام الراتنج في المنطقة المقولبة ومنطقة الإقامة. يوضح تحليل بعض راتنجات اللدائن الحرارية شائعة الاستخدام أن شعبية بعض المواد ضعيفة نسبيًا، ولا يمكنها تلبية المتطلبات المحددة لملء القوالب في عملية التشكيل بالحقن، كما أن تكلفة المواد مرتفعة، لذلك لم يعد النطاق يؤخذ في الاعتبار. يُظهر التحليل المقارن للمواد ذات أداء التدفق الجيد أن PA6 يتمتع بأعلى أداء من حيث التكلفة، ويمكنه تلبية الاحتياجات الفعلية لقطع غيار السيارات في جميع جوانب الأداء، لذلك يمكن استخدام PA6 كمادة راتنجية مفضلة.

في اختيار الألياف المقواة، الألياف الزجاجية الرئيسية وألياف الكربون شائعة الاستخدام. وبالنظر إلى وجهة نظر التكلفة، فإن سعر الألياف الزجاجية منخفض نسبيا، ولكن معامل الشد الخاص بها منخفض نسبيا أيضا. بالمقارنة مع الألياف الزجاجية، فإن قوة ومعامل ألياف الكربون مرتفعة جدًا، ولكن سعرها مرتفع جدًا، لذا فهي لا تلبي متطلبات التحكم في تكلفة السيارات. بالمقارنة مع خصائص المركبات المختلفة المقواة بالألياف، فإن قوة الشد للألياف الزجاجية المقواة PA6 أعلى بكثير من قوة الصفائح المعدنية الأصلية، ولكن معامل الشد الخاص بها أقل من ثلث معامل الشد للفولاذ. بناءً على ظروف التصميم المتساوية للصلابة، يتم زيادة سمك الأجزاء إلى أكثر من 3 أضعاف سمك الصفائح المعدنية الأصلية، مما يمكن أن يحل مشكلة معامل الشد، لكنه لا يمكنه تلبية احتياجات الوزن الخفيف. في هذا الوقت، فكر في ألياف الكربون، حيث يمكن حل جميع المشكلات. تجدر الإشارة إلى أن تكلفة ألياف الكربون مرتفعة للغاية، لذا فهي ليست الحل الأمثل، يمكنك التفكير في شكل تعزيز هيكلي لتحسين أداء الأجزاء، وبناءً على ذلك، درجة أكبر من استبدال الألياف المستمرة المسلحة يمكن لمواد PA6 تحقيق هدف تقليل الوزن وخفض التكلفة. بناءً على الهدف المحدد، يتم اختيار المادة الرئيسية للأجزاء لتكون PA6 عند استيفاء شروط الصلابة، ويتم خلط جزء من ألياف الكربون لتقوية مادة PA6، والتي يمكن أن تحسن الصلابة العامة للأجزاء. بعد تحديد المادة، يتم استخدام ضلع حقن الألياف الزجاجية PA6 لصنع ملحق صلابة محلي، بحيث يمكن تحديد مخطط اختيار المواد لشعاع مقعد الحقن بالقالب.

2) القولبة - التصميم الهيكلي لعارضة مقعد الحقن
يتم تحليل التصميم الهيكلي لشعاع مقعد الحقن المصبوب، والذي يتضمن بشكل أساسي التصميم المتكامل، وتصميم السماكة المتغيرة وتصميم هيكل الاتصال، وفيما يلي المحتوى المحدد.

الأول هو تصميم التكامل. يُظهر تحليل أجزاء الصفائح المعدنية الأصلية لعارضة المقعد أنها تتكون بشكل أساسي من الجسم الرئيسي للعارضة، ومقوي الجانب الأيسر ومقوي الجانب الأيمن، ويتضمن أيضًا صامولي لحام ومقوي لحام واحد. ويتم تحليل وضع الاتصال بين كل جزء وهو اللحام. عند التغيير إلى الهيكل المركب لحقن القالب، سيتم تبسيط الأجزاء الستة الأصلية التي يجب تصنيعها بشكل منفصل في جزء واحد. أثناء عملية القولبة بالحقن، يمكن دمج الجوز في الأجزاء]. تحليل التصميم المتكامل، الجزء العلوي من الشعاع عبارة عن هيكل مقولب، دوره الرئيسي وحمله، أثناء الاتصال بالأجزاء المحيطة. الجزء السفلي من الشعاع عبارة عن هيكل مصبوب بالحقن، وهو عبارة عن تعزيز لصلابة المكون.

والثاني هو تصميم سمك متغير. الطريقة الرئيسية للقيام بتصميم متغير السُمك لعارضة المقعد المركبة هي زيادة سمك الطبقة بعد استخدام الهيكل المركب لتلبية متطلبات الأداء. في المنطقة الوسطى من الشعاع، التركيب الرئيسي هو جسم الشعاع، وهو عبارة عن هيكل لوحة فولاذية أحادية الطبقة، والصلابة منخفضة نسبيًا، لذلك يمكن تقليل سمك الرصف، مما يمكن أن يحقق غرض جودة المواد. التخفيض ومراقبة التكاليف. تم تحديد جرعات الكتلة الإجمالية للعارضة المركبة من خلال تصميم السُمك المتغير، وكانت 1.23 كجم فقط، مقارنة بالصفائح المعدنية الأصلية، انخفض الوزن بأكثر من 30%.

وأخيرا، تصميم هيكل الاتصال. بعد استبدالها بمواد مركبة، لم يكن من الممكن لحام عارضة المقعد بالأرضية والأجزاء المحيطة، لذلك تم لصقها. يتم تحليل طريقة التوصيل اللاصق، والتي ليس لها تأثير جيد على تلبية أداء التوصيل الهيكلي للأجزاء فحسب، بل لها أيضًا تأثير جيد على عزل الواجهة للمواد المركبة والصلب، والتي يمكن أن تقلل بشكل فعال من خطر التآكل الكهروكيميائي في جزء الاتصال من CFRP والصلب. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للطبقة المطاطية أيضًا أن تلعب دورًا تآزريًا، وهو ما له أهمية إيجابية في تقليل الضوضاء داخل جسم السيارة.

3. تطبيق وتطوير المواد المركبة البلاستيكية الحرارية في الأجزاء الهيكلية لجسم السيارات

تحتاج النتائج التي تم الحصول عليها من تطبيق وتطوير المواد المركبة البلاستيكية الحرارية في الأجزاء الهيكلية لجسم السيارة إلى المقارنة من خلال تحليل الاختبار. ووفقا لبعض نتائج الاختبارات في الوقت الحاضر، فإن آثاره تنعكس بشكل رئيسي في الجوانب التالية.

1) التحكم في تكلفة تطوير السيارات
في عملية البحث والتطوير في مجال السيارات، كانت التكلفة العالية مزعجة لشركات السيارات. في عملية البحث والتطوير في مجال السيارات بأكملها، يكون لاختيار المواد واستخدامها تأثيرًا مهمًا على التحكم في التكلفة. يعد هيكل الصفائح المعدنية التقليدية فعالاً في التحكم في تكاليف السيارات، ولكن استخدام الصفائح المعدنية يصعب تلبية الهدف الخفيف الوزن الحالي لتصميم السيارات. إن استخدام المواد المركبة من ألياف الكربون في إنتاج السيارات لا يؤدي فقط إلى تحسين الأداء العام لقطع غيار السيارات، بل يحقق أيضًا هدف السيارات خفيفة الوزن، ولكن تكلفة المواد المركبة من ألياف الكربون مرتفعة جدًا، وتتجاوز معايير التحكم في التكاليف للمؤسسات. استنادًا إلى تحقيق التحكم في تكاليف السيارات وأهداف الوزن الخفيف، يتم التركيز على استخدام المواد المركبة بالحرارة، والاهتمام بالاستخدام المحدد للقولبة - طرق القولبة بالحقن، بحيث يمكن لكمية صغيرة من ألياف الكربون في المواد المركبة بالحرارة العامة أن تعزيز الأداء العام للأجزاء، ولكن أيضًا لتحقيق هدف الوزن الخفيف. ويمكن القول أن تأثير مركبات اللدائن الحرارية في التحكم في تكاليف السيارات كبير.

2) تأثير أداء السيارات
يتم اختبار الأداء المحدد للأجزاء الهيكلية لجسم السيارة التي تم تصميمها وتطويرها باستخدام مواد مركبة من اللدائن الحرارية. من نتائج الاختبار، هناك اختلافات كبيرة نسبيًا بين أداء الأجزاء الهيكلية وأداء أجزاء الصفائح المعدنية، ومن الواضح أن أداء الأجزاء الهيكلية لجسم السيارة المصممة والمطورة باستخدام المواد المركبة البلاستيكية الحرارية أكثر تفوقًا . وهذا يدل على أن مزايا المركبات البلاستيكية الحرارية واضحة جدًا، كما أن مزايا أداء منتجاتها مهمة جدًا أيضًا، مما يضع أساسًا متينًا للترويج على نطاق واسع واستخدام المركبات البلاستيكية الحرارية في صناعة السيارات.

3) التعامل مع المواد
في عملية إنتاج ومعالجة الأجزاء الهيكلية لجسم السيارة، ستظهر حتما بعض النفايات بسبب تأثير التكنولوجيا. إذا كان من الممكن إعادة تدوير مواد النفايات هذه واستخدامها بشكل فعال، فيمكنها "تحويل النفايات إلى كنز". استنادًا إلى تحليل الاستخدام المحدد للمواد المركبة البلاستيكية الحرارية، مثل هذه المواد والمواد المركبة المتصلدة بالحرارة، تكون دورة المعالجة أقصر وأسهل في التجميع، لذلك في الممارسة العملية، يمكن للمواد المركبة البلاستيكية الحرارية تحقيق إعادة التدوير المركزية، والتي لها أهمية إيجابية لحل النفايات. وغيرها من المشاكل التي لها أيضًا تأثير كبير على أعمال مراقبة التكاليف في شركات السيارات.


4. تلخيص

باختصار، تظهر الاختبارات في هذه المرحلة أن أداء المركبات البلاستيكية الحرارية متفوق جدًا، لذلك لها تطبيق مهم جدًا في مجال النقل والفضاء وما إلى ذلك. جنبا إلى جنب مع ممارسة التطوير الحالية لصناعة النقل، وتطوير واستخدام المواد المركبة بالحرارة على أساس الهدف خفيف الوزن للسيارات، وخاصة في عملية تصميم وتطوير الأجزاء الهيكلية لجسم السيارات، مع التركيز على استخدام المواد المركبة بالحرارة، و مقارنة تأثير التطبيق الفعلي للمواد المركبة بالحرارة، والتي يمكن أن توفر مرجعًا وتوجيهًا للترويج المستمر للمواد واستخدامها. وبالتالي، يمكن لعب قيمة تطبيق المواد المركبة بالحرارة بشكل أفضل.