01
مقدمة

مركبات ألياف الكربون هي مركبات عالية الأداء مصنوعة من الراتينج والمعادن والسيراميك كمصفوفة وألياف الكربون كتعزيز من خلال طرق التشكيل المركبة المتقدمة. البوليمرات المقواة بألياف الكربون (CFRP) هي المادة الرئيسية المستخدمة في تطبيقات السيارات ، والتي تتمتع بسلسلة من المزايا مثل الكثافة المنخفضة والمعامل العالي والقوة النوعية العالية. لذلك ، فهي تستخدم على نطاق واسع في الفضاء ، وتوليد طاقة الرياح ، والترفيه والرياضة ، والمجالات العسكرية وغيرها. في السنوات الأخيرة ، مع التلوث الخطير المتزايد للبيئة العالمية ، شكّل "توفير الطاقة وخفض الانبعاثات وتطوير اقتصاد منخفض الكربون" إجماعًا كبيرًا على النطاق العالمي. يمكن لخفة وزن السيارات أن تقلل بشكل فعال من استهلاك الطاقة وانبعاثات العادم. CFRP هي مادة ممتازة وخفيفة الوزن مع مقاومة درجات الحرارة العالية ، ومقاومة التآكل ، وامتصاص الصدمات وغيرها من الخصائص ، ومنتجاتها لها مظهر رائع. لذلك ، يفضله مهندسو السيارات بشكل متزايد. من أجل تعزيز تطبيق CFRP في السيارات ، أجرت العديد من الجامعات والمؤسسات أيضًا أبحاثًا حول تطبيق CFRP في السيارات في السنوات الأخيرة.

02
تطبيق CFRP في الهيكل العظمي للجسم

نظرًا لكثافته المنخفضة ومعاملته العالية وقوته الخاصة ، غالبًا ما يكون CFRP مناسبًا لتطبيقات الوزن الخفيف للأجزاء الهيكلية الكبيرة. باعتباره النظام الأكثر مساهمة في كتلة السيارة بأكملها ، فإن الهيكل العظمي للجسم هو الهدف الأكثر أهمية لوزن خفيف CFRP والتطبيق المبكر للبلاستيك المقوى بألياف الكربون. طورت جنرال موتورز سيارة مفهوم الهيكل العظمي للهيكل الخفيف الوزن للغاية المصنوعة من البلاستيك المقوى بألياف الكربون في وقت مبكر من عام 1992 ، واستخدم جسم BMW i3 الذي تم إطلاقه في عام 2013 مقصورة الركاب المصنوعة من البلاستيك المقوى بألياف الكربون ، مما أدى إلى ازدهار البحث في تطبيق CFRP. منذ ذلك الحين ، توسع تطبيق CFRP في الهيكل العظمي للجسم تدريجياً من السيارات الرياضية الفائقة إلى السيارات الفاخرة وسيارات الطاقة الجديدة. تتكون مقصورة الركاب في BMW i3 من 34 جزءًا من البلاستيك المقوى بألياف الكربون ، 13 منها مصبوبة بشكل متكامل (بما في ذلك 48 شكلًا أوليًا) ، مما يحقق درجة عالية من التكامل ، كما هو موضح في الشكل 1. ينقسم الجسم الجانبي i3 ، على سبيل المثال ، إلى تسعة أشكال مسبقة ، ثم يتم تشكيل الأشكال التسعة باستخدام تقنية Resin Transfer Molding (RTM) لتشكيل ألواح الهيكل الجانبية الداخلية والخارجية. تستخدم الأجزاء الهيكلية الهيكلية للجسم BMW i8 و BMW 7 و Lexus LFA و Lamborghini Aventador LP700-4 عددًا كبيرًا من أجزاء CFRP ، كما تستخدم اللوحة الخلفية للمقعد الخلفي Audi A8 CFRP. بالإضافة إلى ذلك ، مرسيدس-بنز وفورد وتويوتا وغيرها من شركات السيارات الأجنبية الرئيسية ، هناك CFRP في أبحاث تطبيق الأجزاء الهيكلية الهيكلية للجسم وإصدار النموذج. تستخدم الأجزاء الهيكلية الهيكلية لجسم Lamborghini Aventador LP700-4 عددًا كبيرًا من أجزاء CFRP ، كما تستخدم اللوحة الخلفية للمقعد الخلفي Audi A8 CFRP. بالإضافة إلى ذلك ، مرسيدس-بنز وفورد وتويوتا وغيرها من شركات السيارات الأجنبية الرئيسية ، هناك CFRP في أبحاث تطبيق الأجزاء الهيكلية الهيكلية للجسم وإصدار النموذج. تستخدم الأجزاء الهيكلية الهيكلية لجسم Lamborghini Aventador LP700-4 عددًا كبيرًا من أجزاء CFRP ، كما تستخدم اللوحة الخلفية للمقعد الخلفي Audi A8 CFRP. بالإضافة إلى ذلك ، مرسيدس-بنز وفورد وتويوتا وغيرها من شركات السيارات الأجنبية الرئيسية ، هناك CFRP في أبحاث تطبيق الأجزاء الهيكلية الهيكلية للجسم وإصدار النموذج.

يعد الوزن الخفيف أحد الأهداف الرئيسية لتطوير السيارة ، ويحظى تقليل وزن مكونات الطراز حاليًا باهتمام كبير من الصناعة. أدى تطبيق CFRP على الهيكل العظمي للجسم إلى تقليل الوزن بحوالي مائة كيلوغرام.

03
استخدام البلاستيك المقوى بألياف الكربون في أغطية الجسم والكسوة الداخلية والخارجية من

البلاستيك المقوى بألياف الكربون يستخدم على نطاق واسع في الأغطية الخارجية للموديلات الأجنبية ، خاصة بالنسبة للموديلات الفاخرة ذات المواضع الأعلى ، وتكلفة البلاستيك المقوى بألياف الكربون أعلى ، وبالتالي ، غالبًا ما يتم استخدام أغطيةها في شكل خيارات عالية أو مجموعة رياضية معدلة ، شرائط الأبواب الساطعة ، المفسد الخلفي ، الجناح الخلفي ، إلخ. مثل BMW و Audi و Mercedes-Benz و Lexus و Lamborghini وغيرها من العلامات التجارية للموديلات الراقية ، بالإضافة إلى تطويرها الخاص لأغطية CFRP وأجزاء القطع الداخلية والخارجية ، هناك أيضًا أجزاء خاصة من البلاستيك المقوى بألياف الكربون (CFRP) في السوق لتعديلها.

CFRP هي أيضًا نقطة ساخنة للبحث التطبيقي لأغطية الجسم المحلية وأجزاء الزخرفة الخارجية. في الأساس ، جميع مصنعي المعدات الأصلية المحليين لديهم أبحاث حول استخدام البلاستيك المقوى بألياف الكربون في أغطية الجسم والكسوة الخارجية ، والتطبيق آخذ في الارتفاع. في السنوات الأخيرة ، النماذج الرئيسية المطورة والمطبقة لأغطية جسم CFRP وأجزاء الزخرفة الخارجية هي Promised K50 ، Geely Link 03 + / 05 + ، Volvo Polaris 1 ، Great Wall WEYVV7 ، SAIC MG6 ، إلخ. بالإضافة إلى ذلك ، Lutis ونماذج أخرى هي بالفعل في تطوير الإنتاج الضخم.

تعد Frontage K50 ، وهي سيارة رياضية كهربائية نقية تم إطلاقها في عام 2018 ، الطراز الوحيد في الصين الذي يعتمد أغطية جسم "كل الكربون" (بما في ذلك أجزاء الزخرفة الخارجية) ، بإجمالي 29 جزءًا من CFRP ، باستثناء المصدات الأمامية والخلفية والتنانير الجانبية. الكتلة الإجمالية 46.7 كجم فقط ، وهي أخف بنسبة 40٪ من الأجزاء المعدنية التقليدية.

04
تطبيق CFRP في نظام الشاسيه

معظم مكونات الهيكل هي "كتلة سفلية" ، ويمكن أن يؤدي وزنها الخفيف إلى تحسين أداء السيارة بأكملها. ومع ذلك ، توجد أجزاء الهيكل في بيئة قاسية ، ومعظمها عبارة عن أجزاء متحركة ، والتي تتطلب أداء موثوقية أعلى مثل المتانة ، والتعب ، والتآكل ، وما إلى ذلك. غالبًا ما يكون تحدي CFRP في أجزاء الهيكل أكبر منه في أجزاء هيكل الجسم. لذلك ، سواء في الصين أو في الخارج ، فإن تطبيق CFRP في أجزاء الهيكل أمر صعب للغاية. في الوقت الحالي ، المكونات الرئيسية لأبحاث تطبيق CFRP على الهيكل هي عمود القيادة ، والإطار الفرعي ، وذراع التحكم ، وقضيب التثبيت ، ومفصل التوجيه ، ومحور العجلة ، والنابض ، وما إلى ذلك. عمود القيادة هو جزء مهم في نظام نقل السيارة لنقل قوة، يتمثل دورها في نقل الطاقة من المحرك إلى العجلات جنبًا إلى جنب مع ناقل الحركة ومحور القيادة ، بحيث تنتج السيارة قوة دافعة. يستخدم عمود إدارة السيارات التقليدي بشكل أساسي المواد المعدنية ، مثل سبائك الصلب الكربوني عالية الجودة 40Cr ، 30CrMo ، 42CrMo ، إلخ. استخدام CFRP بدلاً من المواد المعدنية الأصلية لإعداد عمود الإدارة يمكن أن يلبي متطلبات القوة والصلابة العالية وإرهاق عمود القيادة ، بالإضافة إلى تحقيق انخفاض كبير في الوزن ، وتقليل فقد الطاقة في نظام النقل ووزن السيارة عن طريق تحسين مقاومة الاهتزاز ، وتقليل الضوضاء ، وما إلى ذلك.

تم استخدام أعمدة إدارة المركبات المصنوعة من ألياف الكربون في مركبات الخدمة الشاقة التابعة لشركة جنرال موتورز في ثمانينيات القرن التاسع عشر ، مما أدى إلى تقليل الكتلة بنسبة 60٪ مقارنة بالفولاذ. مع التحديث والتحسين المستمر للتكنولوجيا ومعدات الإنتاج ، فإن إنتاج وتطبيق عمود الإدارة المركب من ألياف الكربون يميل أيضًا إلى التوسع.

الإطار الفرعي عبارة عن مخزن مؤقت وسيط للاتصال بين الجسم والتعليق ، ومعظم الإطارات الفرعية التقليدية مصنوعة من ألواح فولاذية من خلال الختم واللحام. مع تطور تقنية الوزن الخفيف ، فقد تغيرت تدريجيًا إلى إطار فرعي من سبائك الألومنيوم في السنوات الأخيرة ، والإطار الفرعي المركب CFRP ، مقارنة بالإطار الفرعي لسبائك الألومنيوم ، هناك مجال إضافي لتقليل الوزن. يتم تطبيق الإطار الفرعي CFRP الذي طورته Ford و Magna على مركب Mondeo ، ليحل محل 45٪ من الأجزاء الفولاذية للإطار الفرعي التقليدي ويقلل الوزن بنحو 34٪.

07
الاستنتاج

يتميز CFRP بمزايا الكثافة المنخفضة ، والمعامل العالي والقوة النوعية العالية ، وله إمكانية تطبيق واسعة في السيارات. ومع ذلك ، نظرًا لارتفاع التكلفة ، لا يزال CFRP يستخدم بشكل أساسي في بعض الطرز المتطورة.

يحظى المظهر المبهر للبلاستيك المقوى بألياف الكربون بشعبية كبيرة بين الشباب ، وقد تم تطوير العديد من النماذج على شكل "مجموعات رياضية" كنقطة ترويجية في شكل متطور أو اختياري من النماذج. في سوق ما بعد البيع ، يحتل تعديل "الحزمة الرياضية" الخارجية سوقًا أكبر في تطبيقات البلاستيك المقوى بألياف الكربون.