کامپوزیت پلیمری در صنعت خودرو

دسته: مقالات منتشر شده در 27 بهمن 1400
نوشته شده توسط Admin بازدید: 1028

بررسی کوتاهی از کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف طبیعی و نانوسلولز در صنعت خودرو

نگرانی های زیست محیطی و کاهش هزینه ها، استفاده از فیلرهای طبیعی را بعنوان تقویت کننده در کامپوزیت های پلیمری رواج داده است. در حال حاضر، از طیف وسیعی از تقویت کننده ها مانند الیاف طبیعی و نانوسلولز به همین منظور استفاده می شود. مواد کامپوزیتی با فیلرهای طبیعی نه تنها رویکردهای زیست محیطی را در نظر گرفته اند، بلکه به توسعه مواد با چگالی کم با خواص بهبود یافته نیز کمک می کنند. تولید فیلرهای طبیعی در سراسر جهان نامحدود است و گونه های زیادی همچنان کشف نشده باقی مانده اند. پردازش آنها از آن جهت مهم است که این فیلرهای طبیعی باعث خوردگی یا سایش مواد نمی شوند. به همین دلیل، پلیمر تقویت شده با این الیاف جایگزین مناسبی برای مواد زیست سازگار من جمله در صنعت خودروسازی است. این مقاله به بررسی کاربرد فیلرهای طبیعی (الیاف طبیعی، نانوکریستال های سلولز، نانوسلولز فیبریل شده) را بعنوان تقویت کننده در کامپوزیت های پلیمری برای صنعت خودرو پرداخته است.

 

در سال های اخیر، مواد مصنوعی در بخش های صنعتی مختلف و فناوری های نرم افزاری مانند هوافضا، هوانوردی، خودروسازی، پزشکی، حسگرها وغیره نقش کلیدی داشتند. در این میان، پلیمرها به دلیل چگالی کم، خواص مکانیکی و حرارتی عالی بسیار مورد توجه هستند. با این حال، افزایش دوام مواد باعث ایجاد نگرانی شدیدی در مورد تجمع بالای پسماندهای پلاستیکی در محیط زیست شده است. بنابراین، توسعه فرایندهای پاکسازی مواد زیست سازگار توجه بسیاری از تحقیقات در سراسر جهان را به خود جلب کرده است. در این زمینه، افزودن فیلرهای طبیعی (الیاف طبیعی، نانوکریستال های سلولز، نانوسلولز فیبریل شده) در پلیمرها راهی تولید کامپوزیت های زیست سازگار با خواص بهبود یافته و کاهش تجمع پسماند است. از خواص منحصر به فرد این فیلرها می توان به زیست تخریب پذیری، خواص مکانیکی، فراوانی طبیعی و هزینۀ کم اشاره کرد. در این مقاله، به بررسی کاربرد الیاف طبیعی و نانوسلولز بعنوان فیلرهای تقویت کننده در کامپوزیت های پلیمری در صنعت خودرو می پردازیم. استفاده از فیلرهای طبیعی در کامپوزیت ها بسیار مورد توجه جامعه علمی قرار گرفته است زیرا آنها معمولآ در مقایسه با پلیمرهای نیت خواص بهبود یافته ای از خود نشان می دهند. در حال حاضر، طیف گسترده ای از فیلرهای طبیعی بعنوان تقویت کننده برای کامپوزیت های مختلف در دسترس هستند که بیشترین استفاده از آنها الیاف طبیعی، نانوکریستال های سلولز (CNC) و نانوسلولز فیبریل شده (NFC) است. همانطور که در جدول زیر نشان داده شده است، چندین الیاف طبیعی از فاز تقویت کننده های پلیمری متفاوت استفاده کردند.

 

جدول 1:

 Main fibers used as reinforcement and their respective polymer matrices

 

از میان الیاف طبیعی، جوت در حال حاضر یکی از ارزان ترین ها است و بیشترین حجم تولید را به خود اختصاص می دهد. اخیرآ، محققان به این نتیجه رسیدند که مواد الیاف طبیعی متصل (SNFM) یک جایگزین امیدوارکننده برای تولید کامپوزیت با عملکرد بالا است.

 

کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با فیلرهای طبیعی برای جایگزینی مواد رایج مورد استفاده در زمینه های مختلف من جمله صنعت خودرو استفاده شده است. چندین دلیل مهندسی و زیست محیطی وجود دارد که چرا افزودن فیلرهای طبیعی به ماتریس پلیمری در این صنعت جالب است. استحکام و سفتی بالا و همچنین زیست تخریب پذیری الیاف همراه با پایداری، صنایع را به جستجوی کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با فیلرهای طبیعی سوق داده است. نکته مهم دیگری که باید در نظر گرفت، مصرف خودروهای سبک، کامیون ها، اتوبوس ها، هواپیماها و غیره است که از این کامپوزیت ها ساخته شده اند. با این حال، کامپوزیت های پلیمری به طور مداوم در حال توسعه هستند و کاربرد آنها نیز در صنعت خودرو مشاهده شده است. در این زمینه، وو و همکاران کامپوزیت هایی با پایۀ الیاف طبیعی را با عملکرد مکانیکی مناسب و کاهش مصرف انرژی تولید کردند که به فرایند پایدارتر کمک کرد. برخی از شرکت های خودروسازی از کامپوزیت های تقویت شده با فیلرهای طبیعی بویژه در قیمت های داخلی خودرو مانند پنل های درها و قطعات داشبوردها استفاده کرده اند. مرسدس بنز از اپوکسی/ جوت بعنوان پنل درها در وسایل نقلیه کلاس E استفاده کرد، در حالی که آئودی A2 از پلی یورتان پر شده با کتان/ سیزال برای پنل درها استفاده کرد. تویوتا در مدل RAUM 2003 از کامپوزیت های پلیمری مختلف تقویت شده با فیلرهای طبیعی بعنوان پوشش لاستیک زاپاس استفاده کرده است. پلی (بوتیلن سوکسینات) تقویت شده با الیاف بامبو برای اجزای داخلی موتورهای میتسوبیشی استفاده شد و همچنین BMW از کوپلیمر اکریلیک گرما سخت پرشده با الیاف طبیعی برای پنل پایینی درها استفاده کرد. شرایط آب و هوایی، رطوبت و دما را می توان بعنوان چالش های موجود بر سر راه استفاده از این کامپوزیت های تقویت شده در قطعات بیرونی خودرو نام برد. بنابراین، تاکنون قطعات بسیار کمی برای این منظور ساخته شده است. با این حال، کاربرد گستردۀ این مواد کامپوزیتی از معایبی من جمله هزینه تولید، چرخه عمر کوتاه تر و توانایی کنترل میکروساختارها برخوردار استکه به محدودیت هایی در روند تجاری آنها شده است.

 

نتیجه گیری

کامپوزیت های پرشده با فیلرهای طبیعی (الیاف طبیعی، نانوکریستال های سلولز و نانوسلولز فیبریل شده) به دلیل نیاز به مواد تجدید پذیر و زیست سازگار با خواص بهبود یافته مورد توجه محققان و بسیاری از شرکت ها قرار گرفته اند. بسیاری از الیاف طبیعی برای توسعه کامپوزیت ها و الیاف اصلی از نارگیل، سیسال، جوت و کوراوا تهیه شده اند. الیاف طبیعی برای به دست آوردن نانوکریستال های سلولز و نانوسلولز فیبریل شده که بخش های کریستالی سلولز را تشکیل می دهند، به طور گسترده مورد بهره برداری قرار گرفته اند. این فیلرهای طبیعی در ماتریس های پلیمری مختلف استفاده شده اند و بهبودهایی در خواص حرارتی و مکانیکی آنها مشاهده شده است. کامپوزیت پلیمری تقویت شده با فیلرهای طبیعی با عملکرد بهبود یافته جایگزین خوبی برای تهیۀ مواد سبک تر و زیست سازگار برای صنعت خودروسازی محسوب می شود. با این حال، از لحاظ فنی می توان گفت که استفاده بیشتر از این مواد تنها زمانی حاصل می شود که هزینه تولید و عملکرد حرارتی و مکانیکی با مواد مورد استفادۀ فعلی قابل رقابت باشد. علاوه براین، جنبه های دیگری مانند تکرارپذیری و چرخه عمر طولانی را نیز بایستی در نظر گرفت. به طور کلی، انتظارات از این مواد در آینده خوش بینانه است؛ استفاده از کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با فیلرهای طبیعی در صنعت خودرو سازی پتانسیل بالایی برای کاهش حجم عظیم ضایعات غیر قابل تجزیه در فرایند دفن زباله ها و کمک به داشتن جامعه ای پایدارتر دارد.