استخدام الكربون في صناعة السيارات... ثورة لسيارات أخف وأقوى

يعد الكربون من بين المواد المستخدمة في صناعة السيارات والتي ستزداد أهميتها في المستقبل. يحبها المصممون بكل الطرق التي تأتي: في الداخل، أو كأجزاء إضافية، أو الكربون النقي، أو جزء من الكربون، أو غلاف من ألياف الكربون للسيارة - هذه المادة الداكنة تنضح بالأناقة والرياضية في نفس الوقت - المهندسين متحمسون تمامًا للكربون، لأنه يضمن قوة وصلابة عالية مع وزن محدد منخفض. ومع ذلك، فإنه يتطلب عملية شاقة لإنتاجه. لذا فهو جميل وقيم، وهذا ما يجعل الكربون الذهب الأسود للمواد عالية التقنية. في المقال التالي استخدام الكربون في صناعة السيارات... ثورة لسيارات أخف وأقوى

ما هي ألياف الكربون.

حقائق سريعة عن الكربون

• الكربون خفيف الوزن وصلب.
• يقدم الكربون نظرة فريدة من نوعها.
• يتم تصنيع الكربون يدويًا إلى حد كبير.

عندما نتحدث عن ألياف الكربون في صناعة السيارات، فإننا نشير في الغالب إلى البوليمر المقوى بألياف الكربون (CFRP). هذا مثال على مادة مركبة مصممة للجمع بين الخصائص الإيجابية للمكونات الفردية التي تتكون منها. في بقية المقالة سوف نستخدم مصطلح ألياف الكربون من أجل البساطة.

كيف وأين يتم استخدام ألياف الكربون في صناعة السيارات.

تعتبر ألياف الكربون مرغوبة للغاية بالنسبة للمكونات التي تحتاج إلى أن تكون مستقرة وخفيفة الوزن، مثل استخدامها في هندسة السيارات. ولهذا السبب يتم استخدام ألياف الكربون في هندسة الطيران، وكذلك في بناء الطائرات والقوارب والدراجات. في صناعة السيارات، وجدت ألياف الكربون، مثل العديد من المواد التي سبقتها، طريقها من السباق إلى الإنتاج الضخم. نظرًا لأن كل أونصة من الوزن يتم توفيرها لها أهمية كبيرة في رياضة السيارات، فإن البناء خفيف الوزن هو أحد المبادئ الأساسية لتطوير سيارة السباق.

في BMW، على سبيل المثال، يتم استخدام هذه المادة في أسقف طرازات BMW M، وفي هياكل ألياف الكربون المرئية لأجزاء الأداء BMW M. ستركز هذه المقالة بشكل أساسي على الأجزاء الموجودة في ألياف الكربون المرئية. تُستخدم المادة أيضًا في مكونات هيكل سيارة BMW الفئة السابعة، وكانت تُستخدم سابقًا في سيارة BMW i8، وعلى الأخص في سيارة BMW i3. في هذه السيارة الكهربائية، يتكون جسم السيارة بالكامل من ألياف الكربون.

وستستفيد سيارة BMW iX أيضًا من خبرة BMW في مجال ألياف الكربون. يتم إنتاج البوليمر المقوى بألياف الكربون في ألمانيا في منشآت إنتاج BMW في لايبزيغ ولاندشوت. حيث يتم تصنيع الألياف نفسها لأول مرة في بحيرة موسيس في الولايات المتحدة، في حين يتم إنتاج الهيكل الأساسي، المعروف أيضًا باسم منتج الألياف شبه النهائي أو الأكوام، في واكرسدورف بألمانيا.

إن المكونات المصنوعة من الكربون المرئي، مع بنية النسيج المميزة لهذه المادة، رائعة بصريًا. إن عشاق المواد عالية التقنية يحصلون على ما يستحقونه من أموال مع قطع غيار BMW M Performance. مجموعة خيارات التخصيص مع ألياف الكربون المرئية ضخمة - بدءًا من غطاء المحرك، ومرورًا بعناصر التصميم في الداخل والخارج، وحتى الناشر - تقدم BMW مجموعة واسعة من استخدامات الكربون لتلبية رغبة العميل.

كيف يتم تصنيع ألياف الكربون.

ألياف الكربون هي مادة مركبة من الكربون تستخدم في صناعة السيارات – في الأجزاء الإضافية مثل BMW M Performance أجزاء أو عناصر هيكل من ألياف الكربون بالكامل. مكونات التصنيع هي ألياف الكربون وهيكل داعم مصنوع من البلاستيك الحراري المعروف باسم المصفوفة. ويمكن تصنيع هذا من مواد مختلفة، مثل الراتنجات الاصطناعية. تعمل المصفوفة على توصيل الألياف وملء الفراغات بينها. نظرًا لأن الراتينج الاصطناعي سيبدأ في التشابك بعد فترة طويلة في درجة حرارة الغرفة، فإنه يتم تخزينه ملفوفًا حول ملفات عند -0.4 درجة فهرنهايت (-18 درجة مئوية). يتم تسخينه إلى درجة حرارة الغرفة قبل يوم تقريبًا من الخطوة التالية للمعالجة.

ألياف الكربون نفسها رقيقة للغاية، وغالبًا ما يبلغ قياسها عُشر عرض شعرة الإنسان فقط. إن الاتجاه الذي توضع فيه الألياف له أهمية حاسمة في الاستقرار: فالبنية الكربونية تكون صلبة للغاية فقط في اتجاه الألياف. في الخطوة التالية للمكونات الهيكلية، يتم دمج حوالي 50000 من هذه الخيوط الفردية في حزم ألياف تعرف باسم التجوال ولفها. بالنسبة لعناصر الكربون المرئية، هناك حوالي 3000 خيط. يتم بعد ذلك استخدام التجاويف لإنشاء منسوجات مسطحة ذات اتجاهات ألياف مختلفة لتحقيق الصلابة في جميع الاتجاهات. عند وضعها واحدة فوق الأخرى، فإنها تشكل مكدسات.

ويتم وضعها بدورها في قوالب ثم "خبزها". في خطوة العملية هذه، والمعروفة باسم خطوة الأوتوكلاف، يتم تقوية مصفوفة التصلد بالحرارة - عند 248 درجة فهرنهايت (120 درجة مئوية)، وضغط مرتفع، ومدة حوالي ساعتين. تتشابك الروابط الراتنجية، مما يعطي المكون شكله النهائي. والنتيجة هي أجزاء السيارة المصنوعة من ألياف الكربون والتي يمكن ضمها معًا لتكوين عناصر أكبر (عناصر هيكل السيارة) حسب الحاجة. يتم بعد ذلك طلاء الأجزاء المرئية بطبقة شفافة - مما يضمن بقاء البنية المميزة لأشكال الكربون مرئية، وفي الوقت نفسه، حماية المادة.

يتم تصنيع أجزاء الكربون المرئية يدويًا إلى حد كبير، وهي عملية تستغرق وقتًا طويلاً. قد يستغرق إنتاج مكون واحد يومًا كاملاً. التحضير، والقطع، والمعالجة في الأوتوكلاف، والقولبة، والطحن، والطلاء - كل هذا يستغرق وقتًا. ومع ذلك، فهي تضمن أيضًا مستوى عالٍ جدًا من الجودة والحصرية.

ما هي خصائص ألياف الكربون.

تتميز ألياف الكربون بالكثير من الخصائص الإيجابية التي تميزها عن غيرها من المواد. واحدة من مزاياها هي صلابة عالية. هيكل مادة ألياف الكربون مستقر للغاية. أجزاء السيارة المصنوعة من ألياف الكربون قادرة على امتصاص كميات كبيرة من طاقة الاصطدام. وهذا يعني أن استخدام ألياف الكربون في الأماكن الصحيحة يساعد على زيادة سلامة السيارة.

ميزة أخرى للكربون هي وزنه النوعي المنخفض. يمكن أن تزن مكونات الجسم المصنوعة من الألومنيوم، أحد أهم المعادن الخفيفة، ما بين 20 إلى 30% أكثر من العنصر المقابل المصنوع من الكربون، وهي نسبة يمكن أن تزيد إلى 50% في حالة الفولاذ. الوزن الأقل يعني استخدام وقود أو كهرباء أقل، وبالتالي بصمة كربونية أفضل. وبدلاً من ذلك، يمكن زيادة خصائص أداء السيارات الرياضية من خلال استخدام ألياف الكربون. والسبب بسيط: أخف وزنا يعني أسرع.

تتكون حزمة ألياف الكربون المتجولة (حزمة الألياف) من عدة آلاف من الخيوط الفردية.

تشمل المزايا الأخرى لألياف الكربون القدرة على إنتاج الأجزاء بأي شكل مرغوب تقريبًا، ومقاومتها للتآكل وبالتالي طول عمرها، وتمددها الحراري المنخفض، ومقاومتها الطويلة الأمد لدرجة الحرارة وقوة التعب.

خلاصة القول، لا توجد مادة أخرى إلى جانب ألياف الكربون يمكن استخدامها بهذه الطريقة لتقليل الوزن وفي الوقت نفسه تقديم هذه الخصائص الميكانيكية. هناك حقيقة أن الكربون يوفر مظهرًا فريدًا وأداء مثالياً.