کاربرد فیبر کربن در خودرو

به گزارش کیان باتری خودروسازی یک صنعت بسیار گسترده ای است و برای ساخت هر خودرو از مواد بسیاری استفاده می شود. فیبر کرین نیز یکی از این مواد است که در ساخت خودروها به ویژه خودروهای اسپرت به کار می رود. الیاف فیبر کربن خودرو با توجه به خواص فوق العاده مکانیکی،حرارتی و الکتریکی از کاربردهای متنوعی برخوردار است.

فیبر کربن ماشین چیست؟

به طور معمول پوسته بدنه اتومبیل‌ها از سه لایه فلز تشکیل شده‌اند که ممکن است آلیاژ‌های این لایه‌ها در خودرو‌های مختلف، متفاوت باشد؛ اما امروزه قواعد متفاوتی برای طراحی یک خودرو حاکم است.

امروزه یک خودرو‌ باید از جهات مختلف دارای تفاوت‌هایی با بقیه اتومبیل‌ها داشته باشد تا بتواند در بازار‌های جهانی بدرخشد. در سال ۱۹۹۲ میلادی، برای اولین باردر ساخت برخی از قطعات شاسی و بدنه از فیبر کربن استفاده شد که همین موضوع آغازی برای استفاده از فیبر کربن در ساخت خودرو‌های سواری شهری بود. الیاف کربن یا همان فیبر کربن استفاده شده در صنعت خودروسازی، ترکیبی از الیاف کربن با ماتریسی مثل اپوکسی استکه این ترکیب باعث بوجود آمدن متریالی قدرتمند و در عین حال سبک می‌شود.

فیبر کربن همیشه مورد توجه طراحان و توسعه‌دهندگان صنعتی بوده است؛ این ماده سبک و قدرتمند اولین بار در صنایع هوایی استفاده شد و برخی از قطعات جنگنده‌های پر سرعت را از فیبر کربن ساختند و بعد‌ها این ماده ارزشمند توجه خودروسازان را نیز به خود جلب کرد و وارد چرخه ساخت اتومبیل‌ شد.

به طور کلی فیبر کربن استفاده شده در خودرو‌ها از ترکیب الیاف کربن یا اپوکسی سبک است که همین مسئله باعث شده است فیبر کربن استفاده در خودرو‌ها قیمت نسبتا کمتری از فیبر کربن استفاده شده در صنایع نظامی داشته باشد؛ اما هنوز هم یک متریال گران قیمت به حساب می‌رود و استفاده از آن در تولید انبوه، توجیه اقتصادی ندارد، به همین دلیل همین گونه که می‌بینیم، استفاده از فیبر کربن در خودرو‌های امروزی هنوز محدود است و فقط قطعاتی خاصی را از این ماده تولید می‌کنند.

استفاده از فیبر کربن در خودرو

فیبر کربن وزن کم و مقاومت بالایی دارد. در حالی که فیبر کربن با قیمت بالایی به فروش می‌رسد، برخی خودروهای بازار از بدنه تمام فیبر کربنی بهره می‌برند که در این مطلب به معرفی آن‌ها می‌پردازیم.

 زمانی که یک شرکت از خودروی سوپراسپرت و یا هایپرکار جدیدی رونمایی می‌کند، بسیاری از ما به دنبال قدرت خروجی موتور آن هستیم. پس از این موضوع به سراغ شتاب آن می‌رویم و در نهایت در رابطه با مواردی مانند آیرودینامیک خودرو و سیستم ترمز آن اطلاعات کسب می‌کنیم. در حالی که این موارد مهم هستند، یکی از ویژگی‌های با اهمیت خودروها، وزن آن‌هاست.

وزن یکی از پارامترهای مهم در توسعه یک خودرو محسوب می‌شود. کاهش وزن یک خودرو از اهمیت بالایی برخوردار است و این اقدام هزینه زیادی را از سازنده طلب می‌کند. در حقیقت کاهش 1 کیلوگرمی وزن یک خودرو، بسیار گران‌تر از افزایش 1 اسب بخاری قدرت موتور است. یکی از راه‌های کاهش وزن یک خودرو، استفاده از فیبر کربن در ساخت برخی از بخش‌های خودرو و یا کل بدنه آن است.

بیشتر بدانید: تیونینگ خودرو چیست؟ مزایا معایب

متخصصان دانشگاه فنی چالمرز سوئد، طی تحقیقات جدیدی قصد دارند از فیبرهای کربن به عنوان وسیله ای برای بهبود قابلیت های وسایل نقلیه از جمله ذخیره مستقیم انرژی در بدنه خودرو استفاده کنند.

در این تحقیقات که برای اولین بار انجام گرفته است محققان ارتباط بین میکرو ساختار فیبر کربن و خواص الکتروشیمیایی آن را بررسی کردند. منظور از خواص الکتروشیمیایی فیبر کربن قابلیت استفاده از آن به عنوان الکترودهای باتری یون لیتیوم است.

بر اساس این تحقیقات فیبرهای کربن دارای خواص الکتروشیمیایی مطلوب که سختی آن ها با فولاد برابری می کند، گزینه مناسبی برای ساخت بدنه خودروها هستند. با استفاده از این فیبرهای کربن علاوه بر کاهش وزن خودرو می توان از بدنه آن به عنوان ابزاری برای ذخیره انرژی نیز استفاده کرد. همچنین می توان از این فیبرها به عنوان ابزاری برای جذب انرژی جنبشی یا ساخت حسگرها بهره گرفت. بدین ترتیب می توان علاوه بر بهره مندی از مزایای تمام این ابزارها در بدنه یک خودرو، وزن آن را تا 50 درصد نیز کاهش داد.

انواع فیبر کربن استفاده شده در صنایع خودروسازی

به صورت کلی فیبر کربن در صنایع خودروسازی به دو شکل مورد استفاده قرار می‌گیرد، این ماده در خیلی از اتومبیل‌ها فقط جنبه زیبایی دارد؛ معمولا فیبر کربنی که در ساخت اجزای داخلی کابین خودرو به کار می‌رود جنبه زیبایی دارد و تاثیر زیادی بر روی عملکرد خودرو ندارد، این نوع از فیبر کربن‌ها در برخی از کیت‌های بدنه نیز استفاده می‌شوند به طور مثال این گونه فیبر کربن‌ها را می‌توانید در روکش‌های آینه‌های جانبی یا رینگ خودرو‌ها مشاهده کرد، به طور کلی فیبر کربن بر روی خودرو‌های سدان و شاسی بلند معمولی تاثیری ندارد و فقط ظاهر آن‌ها را کمی تغییر می‌دهد.

اما بسیاری از فیبر کربن‌های استفاده شده نیز، هدف بیشتری به دنبال دارند و فقط جنبه زیبایی را دنبال نمی‌کنند. به عنوان مثال اگر جیب پر پولی داشته باشید می‌توانید با پرداخت پول بیشتری می‌توانید صاحب خودروی مورد نظر با شاسی فیبر کربن باشید که عملکرد بسیار متفاوتی با مدل معمولی همان خودرو دارد، همچنین در بسیاری از خودرو‌های لوکس از قطعات فیبر کربن برای بوجود آمدن خواص آیرودینامیکی مثبت استفاده شده است.

کمپانی‌هایی هم مانند هامان، با تولید کیت‌های بدنه فیبر کربنی، توانسته‌اند ضمن زیبایی بخشیدن به خودرو‌ها باعث سبک‌تر شدن بدنه آن‌ها شوند. به طور کلی قطعات فیبر کربنی که تاثیرات فنی و مکانیکی بر روی خودرو داشته باشند را فقط می‌توان بر روی خودرو‌های لوکس و گران قیمت دید.

10 خودرو با بدنه کاملا فیبر کربن

زمانی که مهندسان تصمیم به تولید سوپر کارها می گیرند قدرت اولین فاکتور مهم برای آن ها است. اما دومین نکته ای که ذهن آن ها را درگیر خود می کند شتاب صفر تا 100 میلومتر و نهایتا آئرودینامیک بهتر و ترمز های خوب برای متوقف کردن خودرو است.

اما به واقع رسیدن به نتیجه خوب برای تک تک این فاکتور بدون در نظر گرفتن وزن خودرو امری سخت و دشوار است. باور بر این موضوع است که کاهش یک کیلوگرم وزن خودرو در مقایسه با افزایش 1 اسب بخار قدرت، هزینه به مراتب بیشتری دارد.

اما یکی از راه های کاهش وزن سوپر اسپرت ها استفاده از متریال فیبر کربن است. کمتر سوپر اسپرت یا خودرویی در جهان است که از بدنه کاملا فیبر کربن استفاده کرده باشد چرا این متریال سبک وزن بسیار گران است. البته خودروهایی کاملا خاصی نظیر لانچیا دلتا Futurista، فورد GT و مرسدس ای ام جی وان وجود دارند که به دلیل عدم استفاده کامل از فیبر کربن در بدنه خودرو در این لیست نیامده اند.

در این مطلب به معرفی 10 خودرو که شرکت‌های مختلف برای ساخت بدنه آن‌ها به طور کامل از فیبر کربن استفاده کرده‌اند، می‌پردازیم. در این لیست بیشتر هایپرکارها به چشم می‌خورد. در ادامه با ما همراه باشید.

1- استون مارتین والکری  AMR Pro

این خودروی شگفت انگیز استون مارتین با همکاری تیم مسابقه فرمول 1 رد بول توسعه یافته است و بدنه خودرو به همراه برخی از قطعات سیستم تعلیق از فیبر کربن ساخته شده است. والکری AMR Pro تنها 1000 کیلوگرم وزن دارد در حالی که از پیشرانه 1145 اسب بخاری بهره می برد.

2- هنسی ونوم F5

هسنی ونون F5 خودرویی کاملا شناخته شده است چرا این خودرو داعیه سریع ترین خودروی جهان را در سر دارد. پیشرانه ‌ی 8 سیلندر 7. 4 لیتری توئین توربوی ونوم F5 حداقل 1600 اسب بخار قدرت دارد. همچنین بدنه خودرو بطور کلی از فیبر کربن تولید شده و آئرودینامیک بدنه از ضریب درگ 0. 33 درصد سود می برد. تولید کنندگان هنسی ونون امیداور هستند به سرعت 500 کیلومتر در ساعت برسند.

3- ایتال دیزاین Zerouno Duerta

این ایتالیایی جذاب بر روی پلت فرم آئودی R8 تولید شده لذا پیشرانه 10 سیلندر تنفس طبیعی با 610 اسب بخار وظیفه تولید قدرتدر این خودرو برعهده دارد. همانند بسیاری از سوپر اسپرت های جهان، این خودرو به صورت چهار چرخ متحرک می باشد و از جعبه دنده دو کلاچه بهره می برد. ZEROUNO DUERTA  با 1300 کیلوگرم وزن به نهایت سرعت 320 کیلومتر در ساعت می رسد.

4- کونیگ زگ آگرا RS

قطعا شماره 4 این لیست کاملا خاص است چرا که در بدنه خودرو از ترکیب فیبر کربن و سولار استفاده شده است. نیروگاه 8 سیلندر 5 لیتری تویین توربو آگرا RS با 1360 اسب بخار توانایی حداکثر 457 کیلومتر در ساعت را برای این خودرو فراهم آورده تا لقب بزرگ پرسرعت ترین خودروی جهان نصیب کونیگ زگ آگرا RS شود.

5- لکسوس LFA

لکسوس LFA را باید پیشکسوت این لیست گران قیمت دانست اما هیچگاه نباید آن را فراموش کرد چرا که کل بدنه از پلیمر تقویت شده با فیبر کربن CFRP ساخته شده است. این خودرو تولید 2009 است و بنا بر اطلاعات موجود 65 درصد متریال CFRP در بدنه باعث کاهش 100 کیلوگرمی وزن خودرو شده است.

6- مک لارن سنا

سنا را باید یکی از جوان ترین های این لیست محصول کرد. این محصول جدید مک لازن از بدنه کاملا فیبر کربن استفاده می کند و تنها قرار است در 500 نسخه تولید گردد که همگی این نسخه از پیش به فروش رسیده است. پیشرانه 8 سیلندر تویین توربوی 800 اسب بخاری در کنار وزن 1198 کیلوگرمی باعث تحسین همگام از این خودرو شده است.

7- مک لارن اسپیدتیل

دیگر جوان این لیست مک لارن اسپیدتیل نام دارد که از سری محصولات جدید مک لارن با فناوری آینده نگرانه است. بدنه خودرو به طور کلی از فیبر کربن ساخته شده است و از آیرودینامیک فوق العاده بهره می برد. مجموعه این عوامل در کنار 1050 اسب بخار خروجی موتورهای این خودرو باعث گردید که اسپیدتیل ظرف تنها 12. 8 ثانیه سرعت خود را از حالت سکون به 300 کیلومتر بر ثانیه برساند و این شتاب را تا حداکثر سرعت 408 کیلومتر در ساعت حفظ نماید.

8- سینگر دینامیک و DLS

قطعا همکاری دو شرکت سینگر و ویلیامز یونیت باعث ظهور نتیجه استثنایی می گردد. این خودرو که از فناوری فرمول 1 در توسعه آن بهره برده شده است از بدنه کامل فیبر کربن بهره می برد. سینگر دینامیک و DLS از پیشرانه‌ی تنفس طبیعی 500 اسب بخاری بهره می برد و تنها 989 کیلوگرم وزن دارد.

9- W موتورز فنیر سوپر اسپورت

وقتی خودروی نظیر W موتورز فنیر سوپر اسپورت را به پیشرانه 900 اسب بخاری راف مجهز نمایید باید راهی برای کاهش وزن یافت و نزدیک ترین راه استفاده از فیبر کربن در کل بدنه خودرو است. سوپر اسپرت فوق تنها 1200 کیلوگرم وزن دارد و می تواند به حداکثر سرعت 400 کیلومتر در ساعت دست یابد.

10- زنوو TST-S

این هایپرکار دانمارکی در نمایشگاه ژنو سال پیش رونمایی شد و بدنه‌ی آن از فیبر کربن و دیگر متریال کامپوزیتی ساخته شده که همین امر باعث شده وزن خودرو به 1495 کیلوگرم برسد. قلب تپنده 8 سیلندر 1194 اسب بخاری می تواند برا این خودرو شتاب 2. 8 ثانیه صفر تا 100 را به ارمغان بیاورد.

مزایای فیبر کربن و الیاف کربنی CFRP

• وزن کم فیبر کربن
• مقاومت کششی بالا فیبر کربن
• ضریب الاستیک بالاتر نسبت به الیاف شیشه
• ضریب انبساط گرمایی کم فیبر کربن که باعث ثابت ماندن طول فیبر کربن در دماهای مختلف می ‌شود
• مقاومت بالا فیبر کربن در برابر مواد خورنده
• غیر قابل انفجار بودن فیبر کربن
• استحکام فیبر مربن در برابر خستگی

معایب الیاف کربن

• قیمت بالا این نوع الیاف
• در هنگام کار با این الیاف باید مواظب شکنندگی آن بود.
• مقاومت پایین در مقابل ضربه ( Impact )
• مقاومت کم در برابر سائیدگی و خراشیدگی   ( Abrasion )
• نداشتن مقاومت خوب در برابر اکسیژن در ℃400
• عدم مقاومت در برابر اسیدهای اکسید کننده در محیط های گرم

آینده تکنولوژی فیبر کربن چطور خواهد بود؟

لامبورگینی با همکاری یکی از شرکت‌های گلف، روشی جدید برای تولید فیبرکربن به‌نام «کامپوزیت فورج» ابداع کرده است. در این روش، از تزریق فیبرکربن رزین به درون قالب‌هایی استفاده می‌شود و کل فرایند حدود دوسه دقیقه زمان می‌برد.

تاکنون، تنها لامبورگینی سستو المنتو با این روش تولید شده و فعلا کاربرد بسیار کمی دارد. بااین‌حال، لامبورگینی می‌گوید هزینه‌ی این روش در‌مقایسه‌ با RTM-Lambo، حدود ۳۰ درصد ارزان‌تر است و در آینده، کاربرد آن گسترده‌تر خواهد شد.