مع التطور السريع لل صناعة السيارات ، المركبات الحرارية البلاستيكية المقواة بألياف زجاجية طويلة (LGF) وقد تم تطبيقها بشكل متزايد.

في ظل اتجاه تخفيف وزن السيارات، " استبدال الفولاذ بالبلاستيك "أصبح نهجًا سائدًا. من خلال الاستفادة الكاملة من LGF معامل تمدد خطي منخفض، قوة نوعية عالية، معامل مرونة عالي، واستقرار أبعادي ممتاز ، إن استخدامه في الهياكل الخفيفة الوزن للسيارات يقلل بشكل فعال من وزن السيارة، ويعزز أداء الطاقة والتوجيه، ويقلل من استهلاك الطاقة، ويحسن مدى القيادة.

أداء تحليل

1.1 مواد PP-LGF المقاومة للهب
مواد البولي بروبيلين المقواة بألياف زجاجية طويلة (PP‑LGF) تتميز هذه المواد بخصائص ميكانيكية ممتازة وثبات أبعادي ممتاز، مما يجعلها تُستخدم على نطاق واسع في مختلف المجالات الصناعية. كما يمكن تصميمها لتكون مقاومة للهب المنتفخ أو مقاومة للهب التآزري. تُصنف هذه المواد بشكل رئيسي إلى نوعين من مثبطات اللهب: أساسه النيتروجين والفوسفور و القائم على البروم .

يُشكّل نظام النيتروجين والفوسفور طبقة فحم مسامية وممتدة على سطح مصفوفة البولي بروبيلين بفضل تأثير مثبطات اللهب. تعمل هذه الطبقة كحاجز حراري وأكسجيني، مما يُحسّن من قوة ومقاومته للحرارة، ويُؤخر تحلل وأكسدة راتنج المصفوفة بفعالية، ويُحسّن الأداء العام لمقاومة اللهب لنظام المركب، مما يُحقق مقاومة اللهب لراتنج المصفوفة.

تعتمد مثبطات اللهب القائمة على البروم بشكل أساسي على التأثير التآزري للبروم والأنتيمون. أثناء التحلل الحراري، تُنتج هذه المواد مواد خاملة تُبطئ الاحتراق أو تُنهيه. إضافةً إلى ذلك، يُمكن لبروميد الهيدروجين الكثيف الناتج أن يُخفف الأكسجين في الهواء المحيط، وهو غير قابل للاشتعال، ويُشكل طبقة واقية على سطح المادة لمنع الاحتراق، أو تقليل معدل الاحتراق، أو تعزيز خاصية الإطفاء الذاتي.

ال ملكيات ملخص لبعض مواد PP-LGF المقاومة للهب النموذجية المستخدمة حاليًا في التطبيقات في الجدول 1.

الجدول 1 بيرفو مقاومة مواد PP-LGF المقاومة للهب

من الجدول 1، يمكن ملاحظة أن مواد PP-LGF المقاومة للهب، مع الحفاظ على أداء مثبط للهب جيد التآزر ، كما تحتفظ خصائص ميكانيكية كبيرة بما في ذلك قوة الشد، وقوة الانحناء، وقوة التأثير المسننة.

1.2 مواد PA66-LGF
مواد PA66-LGF هي مركبات معززة بـ مقاومة عالية للحرارة، وقوة عالية، ومعامل مرونة عالي، وصلابة ممتازة . فيما بينها، PA66-LGF30 يتضمن 30% من الألياف الزجاجية الطويلة المقواة بينما يحتوي PA66-LGF25 على 25%. يُنتج كلاهما على شكل حبيبات، مما يعزز بشكل كبير القوة الميكانيكية وثبات أبعاد المادة، مما يوفر مقاومة ممتازة للصدمات. ملكيات يتم عرض المواد النموذجية PA66-LGF في الجدول 2.

الجدول 1 بيرفو مقاومة مواد PP-LGF المقاومة للهب

التطبيقات

يستخدم LGF على نطاق واسع في السيارات، والفضاء، والرياضة، والأجهزة المنزلية، والتغليف ، مع صناعة السيارات باعتباره القطاع الأساسي للتطبيق، حيث يمثل حوالي 80% .

2.1 عجلات السيارات
ألياف زجاجية طويلة من النايلون (LGF) هو مقاومة لدرجات الحرارة العالية، ذاتية التشحيم مادة مقواة قادرة على تحمل أحمال متوسطة إلى عالية. ولأنها مادة تجمع بإتقان بين تقوية الألياف الطويلة والتزييت، فإنها قادرة على العمل في ظروف تصل إلى 130 درجة مئوية بفضل تنوعها الجيد، فهي مناسبة لتطبيقات التشغيل الجاف، وتستخدم بشكل أساسي في الحركات الدورانية والانزلاقية، وتتميز بمقاومة ممتازة للغبار ولا تتطلب أي صيانة.

في تصميم وتطوير السيارات خفيفة الوزن، تعتبر مواد PA66 المقواة بألياف زجاجية طويلة مناسبة تمامًا لـ مكونات عجلات السيارات ، مما يتيح إنتاج الألواح المركبة وعجلات سيارات الركاب من خلال عملية القولبة بالحقن.

تتضمن طريقة تحضير الألواح المركبة تجفيف الحبيبات عند درجة حرارة ١٠٠ درجة مئوية لمدة ٤ ساعات، يليها عملية قولبة بالحقن. معايير عملية القولبة - مثل يتم ضبط درجة حرارة المسمار، وضغط المسمار، وضغط الحقن، وزمن الحقن، والضغط الخلفي، وزمن التبريد، ودرجة حرارة القالب وفقًا لذلك. بعد التشكيل، تُبرَّد الألواح في الهواء إلى درجة حرارة الغرفة. .

تتبع عملية تحضير العجلات المركبة عملية مماثلة: تُجفف الكريات عند درجة حرارة ١٠٠ درجة مئوية لمدة ٤ ساعات، ثم تُصب في قوالب حقن. تشمل معايير العملية درجة حرارة المجرى الساخن، وضغط الحقن، ومدة الحقن، وضغط التثبيت، ومدة التثبيت، ومدة التبريد، ودرجة حرارة القالب. المنتج النهائي هو عجلة مركبة مقاس 15 بوصة.

تُحدد الاختبارات والتحليلات اللاحقة للصفائح والعجلات محتوى الألياف الزجاجية، وطولها، واتجاهها، وتوزيعها. كما تُؤكد اختبارات التعب الشعاعي على العجلات المركبة قدرتها على مقاومة التعب.

2.2 غطاء غطاء المحرك
مع الأخذ في الاعتبار قوة نوعية عالية، معامل مرونة محدد، ومقاومة للصدمات من مادة البولي بروبيلين المقواة بألياف زجاجية طويلة (PP-LGF)، يمكن تطبيقها بشكل فعال في مكونات غطاء محرك السيارة من خلال تحسين تصميم القالب وضبط معلمات المعالجة، يمكن تصنيع أجزاء تلبي متطلبات المظهر والأداء، وبالتالي تلبية احتياجات تطبيقات السيارات خفيفة الوزن مع تقليل التكاليف.

بناءً على متطلبات أداء أغطية غطاء المحرك، تم اختيار مادة PP-LGF30. ومن خلال الإنتاج التجريبي والتحقق من الأداء، وُجد أن قوة الشد، ومعامل الانحناء، ومقاومة الصدمات المسننة، ودرجة حرارة الانحراف الحراري للمادة تلبي المتطلبات الوظيفية لتطبيقات غطاء المحرك. لتحسين جودة مظهر أجزاء PP-LGF30 بشكل أكبر، يلزم إجراء تعديلات على تصميم القالب ومعالجته. على سبيل المثال، يمكن إضافة فتحات تهوية في أطراف تدفق الذوبان لمعالجة صعوبات التشكيل، ويمكن استخدام وحدة تحكم في درجة حرارة القالب للحفاظ على درجة حرارة القالب عند 80 درجة مئوية .

2.3 وحدة الواجهة الأمامية
في تطوير التصميم خفيف الوزن للسيارات، تم استخدام مادة البولي بروبيلين المقواة بألياف زجاجية طويلة (PP-LGF)، مع خصائص ميكانيكية ممتازة ، يمكن تطبيقها على إطارات الواجهة الأمامية للسيارات من خلال دمج تحسين الطوبولوجيا الهيكلية، وتحسين الأبعاد، وتقنيات التصميم الأخرى بشكل معقول، واستنادًا إلى تطوير مواد PP-LGF المعدلة، يمكن التوصل إلى تركيبات مُحسّنة واختيار المواد الخام، يلي ذلك التركيب التجريبي والاختبار وتصميم العملية.

2.4 غطاء المحرك الأمامي
في عملية تصميم السيارات خفيفة الوزن، تم طرح مفهوم " استبدال الفولاذ بالبلاستيك "تم الاعتراف به بشكل متزايد. يتم الآن تصنيع غطاء المحرك الأمامي للسيارات باستخدام مركبات بلاستيكية مقواة بألياف زجاجية طويلة ، والتي هي ولاعة في الوزن والعرض أداء متفوق وبالتالي تقليل الكتلة الإجمالية للمركبة بشكل فعال وتلبية متطلبات توفير الطاقة وخفض الانبعاثات.

أثناء تحسين هيكل غطاء المحرك الأمامي، تُستخدم مركبات مُقوّاة بألياف زجاجية طويلة لتحل محل المواد المعدنية الأصلية. بناءً على الخصائص الميكانيكية لهذه المركبات، تُطبّق طريقة التصميم المكافئة لإعادة تصميم هيكل غطاء المحرك، مع مراعاة عوامل مثل معامل المرونة، ونسبة بواسون، وسمك الجدار الرقيق لتحديد السمك الأولي لغطاء المحرك.

وتشمل التحسينات الهيكلية الإضافية ما يلي: تصميم منصات غائرة وأضلاع متقاطعة في اللوحة الداخلية كهياكل تقوية؛ وإضافة ثقوب صغيرة في الحافة السفلية للوحة الداخلية؛ واعتماد طرق ربط عالية الالتصاق لتجميع غطاء المحرك؛ وتبسيط الهيكل المقطعي لجوانب غطاء المحرك باستخدام أختام جانبية لاصقة .

2.5 هيكل لوحة العدادات
كما هو الحال الوزن الخفيف والقوة العالية يمكن تطبيق مادة البلاستيك المركبة، البولي بروبيلين المقوى بألياف زجاجية طويلة (PP-LGF) في هيكل لوحة عدادات السيارة بفضل خصائصه الميكانيكية الممتازة وقدرته العالية على التكيف مع الظروف البيئية، يُنتج PP-LGF بطريقة التشريب بالصهر، مما يجعله مناسبًا للمكونات الهيكلية عالية الأداء، مثل لوحات العدادات. تُعدّ لوحة العدادات جزءًا أساسيًا من مقصورة السيارة، وتتطلب قوة وصلابة عاليتين.

2.6 علبة البطارية
يمكن تصنيع المركبات المقواة بألياف زجاجية طويلة في مكونات ذات شكل معقد من خلال عملية حقن القوالب. لتلبية متطلبات خفة وزن صواني بطاريات السيارات، PP-LGF40 تم اختيارها لأدائها المتفوق في تقليل اهتزازات المركبات وضجيجها، بالإضافة إلى تحسين مقاومتها للتآكل. يمكن تشكيل هذه المادة إلى أجزاء ذات هياكل معقدة وجدران رقيقة، بينما تُدمج أضلاع هيكلية في التصميم لتعزيز صلابتها. أثناء الإنتاج، يجب شطف زوايا الانتقال لتقليل تركيز الإجهاد وضمان الصلابة المطلوبة لصينية البطارية.

نظراً لتعرض فتحات التركيب والحواف الجانبية لإجهادات أعلى من المناطق الأخرى، ينبغي زيادة سمك جدار فتحات التركيب بشكل مناسب، مع امتداد الأضلاع إلى سطح الصينية لتقوية هذه المناطق. ولتحسين صلابة جوانب الصينية، ينبغي إضافة شفة بسمك 2 مم على طول الجوانب والمحيط، ووضع هيكل ضلع شبكي (شكل "井") على الجانب الخلفي من الصينية. بالإضافة إلى ذلك، ينبغي إجراء تعديلات مسبقة للتشوه لمراعاة الانحناء الناتج عن الأضلاع، مما يضمن توافق التجميع وزيادة الصلابة، وبالتالي تلبية متطلبات خفة وزن السيارات.

2.7 الباب الخلفي

يمكن تصنيع بوابات خلفية بلاستيكية باستخدام مركبات حرارية بلاستيكية مقواة بألياف زجاجية طويلة من مادة البولي بروبيلين (PP-LGF)، والتي توفر كثافة منخفضة، قوة عالية، قابلية عالية لإعادة التدوير، ومرونة في التصميم تُقلل هذه المادة بشكل كبير من استهلاك الوقود وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون، مع تعزيز تكامل المكونات. في تصميم باب صندوق السيارة الخلفي المصنوع من مادة PP-LGF، تُصنع الألواح الداخلية والخارجية بتقنية القولبة بالحقن، مع وجود رابط لاصق بينهما. ويُجرى تحليل محاكاة لتحسين سلامة الهيكل وأدائه.

يجب تعزيز اللوحة الداخلية، التي تتحمل معظم الحمل، بأضلاع في القسم العلوي ومنطقة الأعمدة D لضمان قوة وصلابة كافيتين. أثناء اختيار المواد، يجب مطابقة معامل التمدد الحراري الخطي للوحتين الداخلية والخارجية بعناية، خاصةً في ظل ظروف الحرارة والبرودة المتناوبة. قد يؤدي عدم المطابقة إلى تفكك أو تشوه الوصلات اللاصقة بسبب التمدد والانكماش الحراريين.

2.8 فيندر
باستخدام معدات صب متخصصة، تُحضّر حبيبات PP-LGF بمحتوى ألياف زجاجية محدد وتُستخدم في هياكل أجنحة السيارات. عند تصميم أجنحة السيارات باستخدام PP-LGF، من الضروري تقييم تأثير محتوى الألياف الزجاجية على... خصائص الشد والانحناء والتأثير من خلال اختبار الأداء.

يجب أيضًا تقييم الخصائص غير الميكانيكية، بما في ذلك مقاومة درجات الحرارة العالية، والدورة الحرارية، والصدمات، والرطوبة، والماء، والمذيبات. ويجب رصد أي عيوب محتملة، مثل التشوه، والتشقق، والتكلس، والفقاعات، والالتصاق، والذوبان. بعد الاختبار، تُجمّع مكونات الحاجز الواقي للتحقق من ملاءمتها لظروف التشغيل المختلفة، وضمان توافقها مع متطلبات خفة الوزن والمتانة.

خاتمة
باختصار، تتميز المواد المركبة المقواة بألياف زجاجية طويلة بمتانتها العالية وخفتها. وفي ظلّ "استبدال الفولاذ بالبلاستيك"، تُبرز هذه المواد مزايا أداء متميزة، وهي مناسبة تمامًا للاستخدام في تصميم الهياكل خفيفة الوزن للسيارات.