مع الاحتباس الحراري العالمي وتزايد نضوب موارد الوقود الأحفوري، أصبح تعزيز الطاقة الخضراء والتنمية المستدامة إجماعًا عالميًا. وكنتيجة للحضارة الصناعية الحديثة، تواجه صناعة السيارات ضغوطًا غير مسبوقة لتوفير الطاقة وتقليل الانبعاثات، مما يجعل تخفيف وزن المركبات نهجًا مهمًا لمواجهة هذه التحديات. ومن بين المواد خفيفة الوزن المتنوعة، مركب ألياف الكربون س تتميز هذه المواد بقوتها النوعية الاستثنائية، ومعامل المرونة النوعي، ومرونة التصميم، ويتم تطبيقها على نطاق واسع في صناعة السيارات.

تطبيقات مركبات ألياف الكربون في السيارات

1. مكونات هيكل السيارة
أولا، من حيث الألواح الخارجية ، مركبات ألياف الكربون تُستخدم على نطاق واسع في أجزاء مثل أبواب و أغطية المحرك لا تتطلب هذه المكونات أداءً ميكانيكيًا ممتازًا فحسب، بل يجب أن تلبي أيضًا متطلبات وظيفية متعددة، بما في ذلك الديناميكية الهوائية وخصائص الضوضاء والاهتزاز. من خلال تصميم مخططات توزيع مثالية لألياف الكربون واختيار مصفوفات راتنجية عالية الأداء، يمكن تقليل وزن المكونات مع تعزيز صلابتها ومتانتها ومقاومتها للصدمات بشكل كبير، مما يسمح أيضًا بجماليات تصميمية أكثر انسيابية.

في مجال المكونات الهيكلية لهيكل الجسم بفضل قوتها النوعية ومعامل المرونة المتميزين، يمكن لمركبات ألياف الكربون أن تحل محل المواد المعدنية التقليدية. من خلال عمليات الصب والوصل المتقدمة، يُمكن تحقيق تصنيع متكامل لهيكل السيارة، مما يقلل بشكل كبير من عدد المفاصل ويحسّن كلاً من التكامل الهيكلي والأداء خفيف الوزن. على سبيل المثال، تعتمد إحدى السيارات على مقصورة ركاب مصنوعة بالكامل من ألياف الكربون المركبة، ومن خلال التصميم المعياري وتحسين العمليات، تحقق ما يصل إلى انخفاض في الوزن بنسبة 62% مع تحسين أداء السلامة في حالة الاصطدام بنسبة تزيد عن 30%.

2. أنظمة الهيكل
في أنظمة التعليق تُعد مركبات ألياف الكربون خيارًا ممتازًا للمكونات الرئيسية مثل النوابض، وممتصات الصدمات، وأذرع التحكم. لنأخذ ممتصات الصدمات كمثال: تلك المصنوعة من مركبات ألياف الكربون ليست أخف وزنًا فحسب، بل تتميز أيضًا 2-3 مرات مقاومة أعلى للتعب، مما يُنتج ديناميكيات تعليق أكثر استجابة وراحة. استخدام ممتصات صدمات من ألياف الكربون المركبة يُقلل وزن نظام التعليق بمقدار 15%–25% مع تقليل الصدمات والاهتزازات عن طريق 10%–15% ، مما يحسن راحة الركوب بشكل فعال.

3. أنظمة نقل الحركة
تُصنع أغطية المحركات المصنوعة من مركبات ألياف الكربون أولاً بوضع ألياف مسبقة التشريب أو جافة في قالب، ثم تُعالج تحت درجة حرارة وضغط عاليين لتشكيل غطاء خفيف الوزن يتناسب تمامًا مع شكل حجرة المحرك. بالمقارنة مع المواد التقليدية مثل سبائك الألومنيوم، تُقلل أغطية المحركات المصنوعة من مركبات ألياف الكربون من وزن المحرك بنسبة تتراوح بين 30% و40%، وتزيد من صلابته بنسبة تتراوح بين 20% و30%، مما يُقلل الاهتزاز والضوضاء بفعالية، ويُحسّن أداء حجرة المحرك من حيث الضوضاء والاهتزاز والخشونة.

في مجال تخفيف وزن السيارات، يُعد اختيار عمليات القولبة وتحسينها أمرًا أساسيًا لتحقيق كفاءة التصنيع ومكونات عالية الأداء. تشمل العمليات الشائعة القولبة بالضغط، ولفّ الخيوط، والبثق بالسحب. تستخدم القولبة بالضغط القوالب والضغط لدمج المواد المُشبّعة مسبقًا أو الألياف الجافة مع مصفوفة راتنجية، لإنتاج مكونات مركبة ذات أشكال معقدة وخصائص ممتازة. تُعد هذه العملية مناسبة للإنتاج على نطاق واسع، حيث تحقق كفاءة عالية ودقة أبعاد. يمكن أن يزيد استخدام القولبة بالضغط من كفاءة إنتاج المكونات المركبة بنسبة 20%-30%، ويتحكم في تفاوتات الأبعاد في حدود ±0.2 مم.

تتضمن عملية لف الخيوط تشريب حزم ألياف متصلة بالراتنج ولفها على طول مسارات محددة مسبقًا على عمود. بعد المعالجة، يتم الحصول على مكونات مركبة مجوفة. تتيح هذه العملية التحكم الدقيق في اتجاه الألياف، مما يُمكّن من تصنيع أجزاء أنبوبية وأسطوانية عالية القوة والصلابة. بالإضافة إلى ذلك، يُحسّن لف الخيوط بشكل كبير من استخدام المواد ويقلل من الهدر، مما يزيد من كفاءة المواد بنسبة 30%-40%.