طراحی صنعتی ایرانی

طراحی صنعتی ایرانی

استودیو طراحی ایکاس طراحی صنعتی
مدرسه مجازی دیزاین فیوژن
شرکت طراحی آکسون
پرینت سه بعدی فیلانو
گروه طراحی صنعتی اکسیر
فرمی نیک
ارسال کننده: هادی خالقی
دسته بندی: مقالات طراحی مواد و روش های ساخت
تاریخ: 1390/1/15
تعداد بازديد : 9307
share on Facebook   share on Facebook   print

استفاده از کامپوزیت های چوب - پلاستیک در صنعت خودرو

چوب پلاستیکعدم امکان بازیافت و قیمت بالا، همواره دو معضل عمده گسترش کامپوزیت های پلیمری در دنیا بوده اند، اما امروزه استفاده از الیاف گیاهی در ساخت کامپوزیت ها، نویدبخش افقی روشن برای صنعت کامپوزیت است. این الیاف به راحتی به چرخه طبیعت برگشته و از قیمت بسیار پایین تری برخوردارند. کامپوزیت ها، درواقع ترکیبی از الیاف تقویت کننده با یک رزین پلیمری هستند. یک قطعه کامپوزیتی ساخته شده با الیافت شیشه، پس از اتمام عمرخود، در طبیعت باقی می ماند زیرا نمی تواند مانند مواد آلی توسط باکتری ها تجزیه شود. این مشکل حتی با سوزاندن قطعه کامپوزیتی به قوت خود باقی است زیرا سوزاندن، تنها قسمت پلیمری قطعه را به طبیعت برگشت می دهد و الیاف شیشه در حین حرارت دیدن، همچنان بدون تغییر باقی می مانند. حتی اگر بخواهیم این الیاف را مجدداً مورد استفاده قرار دهیم، خواهیم دید که بعد از چند با بازیافت، مقاومت مکانیکی خود را از دست می دهند و به صورت ضایعات بلا استفاده در خواهند آمد. از سویی، الیاف شیشه درمقایسه با آهن معمولی، گران تر بوده و همین عامل باعث شده است تا در بسیاری موارد، استفاده از آهن به صرفه تر از الیاف شیشه باشد. علاوه بر آهن، آلومینیم نیز به دلیل قابلیت های بالایی که در فرایندهای شکل دهی از خود نشان می دهد و همچنین مقاومت در برابر خوردگی، یکی از رقبای سرسخت کامپوزیت ها به شمار می آیند. این دو معضل، باعث کند شدن میزان استفاده از کامپوزیت ها در صنایع ساختمان و خودرو شده است.

برای مقابله با این دو نقیصه، فعالیت هایی گسترده در زمینه استفاده از الیاف گیاهی همچون کنف و چتایی در ساخت قطعات کامپوزیتی صورت گرفته است. این فعالیت ها طی دهه گذشته به نحوی چشمگیر افزایش یافته و از سوی کشورهای توسعه یافته و درحال توسعه همچون آمریکا، هند و غیره دنبال می شود.

الیاف گیاهی بسیار سبک بوده و فوق العاده ارزان تر از الیاف شیشه هستند. آنها خواص مکانیکی بسیار خوبی از خود نشان می دهند و به سادگی در انواع فرایندهای شکل دهی کامپوزیت ها نظیر پالتروژن یا قالب گیری فشاری، قابل استفاده هستند. برخلاف آنچه که از الیاف گیاهی انتظار می رود، سرعت اشتعال کامپوزیت های الیاف گیاهی (WPC) بسیار پایین تر از حد تصور است. این الیاف از نظر مقاومت و قیمت، حد واسط پلاستیک ها و کامپوزیت های الیاف شیشه محسوب می شوند. بنابراین در ساخت قطعات تزئینی و سایر قطعاتی که نیازمند مقاومت فوق العاده نیستند (اصطلاحاً سازه های غیرباربر) رقبای مناسبی برای پلاستیک ها، فایبرگلاس و حتی چوب و آهن به شمار می آیند. در مقام مقایسه نیز کامپوزیت های الیاف گیاهی (WPC) نسبت به بهترین پلاستیک ها تا 30 درصد مقاوم تر هستند. مجموع این عوامل باعث شده است تا صنایع ساختمان و خودرو به عنوان بزرگ ترین صنایع مصرف کننده کامپوزیت ها، استقبال مناسبی از کامپوزیت های الیاف گیاهی (WPC) کنند.

WPC چیست؟
در 1970 کامپوزیت Wood Plastic Composite  با نام اختصاری WPC به عنوان کامپوزیتی مدرن در ایتالیا ظهور یافت، در اوایل 1990 کاربرد آن در آمریکای شمالی معروف شد و با شروع قرن 21، در هند، مالزی، سنگاپور، ژاپن و چین گسترش یافت. WPC را می توان یکی از بخش های پویای صنعت پلاستیک امروز، با میانگین نرخ رشد سالانه تقریبی 18 درصد در آمریکای شمالی و 14 درصد در اروپا دانست. گزارش ها نشان می دهند که در 1999حدود 460 میلیون تن WPC تولید شده و این میزان در سال 2001 تا حدود 700 میلیون تن افزایش یافته است.

صنعت پلاستیک، برای اصلاح کارایی پلاستیک ها، به صورت سنتی از تالک، کربنات کلسیم، میکا و الیاف کربن و شیشه استفاده می کند. صنایع مهم نظیر: هوا فضا، خودرو، سازه ها و بسته بندی، اشتیاق زیادی برای گسترش کامپوزیت های نو نشان می دهند. شاهدی بر این مدعا، جایگزینی الیاف غیرآلی مانند شیشه یا آرامید با الیاف گیاهی به عنوان فیلر است.

به هر کامپوزیتی که شامل الیاف گیاهی (چوب یا غیر چوب) و مواد ترموست یا ترموپلاست باشد WPC گفته می شود. ترموست ها پلاستیک هایی هستند که یک بار شبکه ای شده و نمی توانند دوباره مذاب شوند. این مواد، شامل رزین هایی مانند اپوکسی و فنولیک هستند. ترموپلاستیک ها را می توان به دفعات ذوب کرد. این خصوصیت، به دیگر مواد مانند الیاف چوب اجازه می دهد که با پلاستیک ها برای تشکیل محصولات کامپوزیتی مخلوط شوند. PP، PE، PVC به صورت گسترده برای WPCها استفاده شده و به صورت رایج در محصولات ساختمان، سازه ها، اسباب و وسایل و خودرو مورد استفاده قرار می گیرند.

WPC عموماً از اختلاط الیاف گیاهی با پلیمر یا با اضافه کردن الیاف چوب به عنوان فیلر به ماتریس و فرایند پرسکاری یا قالبگیری تحت دما و فشار بالا به دست می آید. افزودنی هایی مانند رنگدانه ها، عوامل اتصال دهنده، پایدار کننده ها، عوامل پف کننده، تقویت کننده ها و روان کننده ها برای رسیدن به محصول نهایی استفاده می شوند.

الیاف گیاهی:
بیشتر تحقیقات دانشگاهی و پیشرفت های صنعتی معطوف به یافتن راه های جدید خلق مواد شیمیایی سبز و دوستدار محیط زیست، برای طیف وسیعی از کاربردها شده است. الیاف را می شود به دو گروه اصلی مصنوعی و طبیعی طبقه بندی کرد. الیاف طبیعی با پتانسیل ارائه در مقادیر بالاتر، قابلیت تجدید و قیمت پایین تر، به طور خاص در صنعت خودرو ارائه می شوند. عموماً الیاف طبیعی بر پایه خاستگاهشان به زیر گروه های گیاهی، حیوانی و معدنی تقسیم می شوند. تمام الیاف گیاهی از سلولز تشکیل شده اند، اما الیاف حیوانی شامل پروتئین (مو، ابریشم و پشم) هستند. الیاف گیاهی را می توان براساس قسمتی از گیاه که به دست آمده اند نیز کلاسه بندی کرد. الیاف گیاهی، شامل لیف درخت (ساقه یا بافت سلولی)، برگ، دانه، علف، پوشال، حبوبات و چوب می شوند. تعدادی از الیاف طبیعی مهم در جدول 1 لیست شده اند. باقیمانده محصولات کشاورزی مانند پوشال گندم و برنج، تفاله نیشکر و ساق ذرت، گرچه در مقایسه با چوب دارای سلولز کمتری هستند، اما منبع الیاف گیاهی هستند. "برگ مخملی" که در حال حاضر به عنوان علفی هرز و مشکل آفرین در کشاورزی تلقی می شود، می تواند به عنوان منبعی برای الیاف گیاهی، مورد استفاده قرار بگیرد. الیاف ساقه برگ های مخملی، خواصی مشابه با الیاف تهیه شده از پوست لیفی درختان (مانند کنف) دارند. قابلیت استفاده از کیفیت بالای این الیاف و خواص مکانیکی خوب، شرط لازم برای استفاده از این مواد درزمینه تقویت پلاستیک هاست.

الیاف گیاهی در مقایسه با الیاف شیشه دارای مزایا و معایبی هستند. خواص بومی، قابلی تخریب توسط عوامل بیولوژیکی، قیمت پایین، طبیعت غیرفرسایشی، استفاده بی خطر، مصرف انرژی کم، خواص ویژه بالا، چگالی کم و دامنه وسیعی از انواع الیاف، فاکتورهای مهمی برای قبول این مواد در بازارهایی مانند صنعت خودرو و ساختمان با حجم استفاده بالاست. به علاوه، عامه مردم به محصولاتی که از مواد قابل تجدید دوستدار محیط زیست ساخته می شوند، تمایل بیشتری دارند.

درهرحال اشکالاتی مانند تمایل به تشکیل توده طی فرایند، پایداری حرارتی پایین، مقاومت کم به رطوبت و تغییرات کیفی در فصول مختلف (حتی بین یک گونه گیاهی در شرایط کشت یکسان)، به صورت جدی پتانسیل استفاده از الیاف گیاهی را به عنوان تقویت کننده پلیمرها کاهش داده است. جذب رطوبت بالای الیاف گیاهی منجر به تورم و وجود حفره در سطح می شو که به افت خواص مکانیکی و کاهش پایداری ابعادی کامپوزیت ها می انجامد. اصلاح سطحی الیاف گیاهی مانند استفاده از مواد شیمیایی آبگریز (مانند PPgMA) یا اصلاح با مونوموهای وینیلی می تواند جذب رطوبت آنها را کاهش دهد. یکی از معایب عمده الیاف گیاهی، سازگاری کم آنها با ماتریس های پلیمری است که منجر به دیسپرسیون غیر یکنواخت و خواص مکانیکی ضعیف می شود. چوب و پلاستیک، شبیه آب و روغن هستند و خوب مخلوط نمی شوند.

بیشتر پلیمرها به ویژه ترموپلاستیک ها، موادی غیرقطبی هستند که با مواد قطبی نظیر الیاف چوب، سازگار نبوده و در WPC منجر به چسبندگی ضعیف بین پلیمر و الیاف می شوند. به منظور بهبود پیوستگی و چسبندگی بین الیاف و ماتریس های ترموپلاستیک، از اتصال دهنده های شیمیایی یا عوامل سازگار کننده استفاده می شود. بعضی ترکیبات مانند هیدروکسید سدیم، سیلان، اسید استیک، ایزوسیانات، پرمنگنات پتاسیم، پروکساید و غیره به عنوان مواد افزایش دهنده چسبندگی شناخته شده اند. عوامل اتصال دهنده با الیاف آب دوست به صورت شیمیایی و با زنجیر پلیمر از طریق خیس کردن اتصال برقرار می کنند.

مسئله بعدی، دمای فرایند است که انتخاب ماتریس ها را محدود می کند. الیاف گیاهی، متشکل از موادآلی مختلفی هستند و اصلاح حرارتی آنها منجر به تنوعی از تغییرات فیزیکی و شیمیایی می شود. تخریب دمایی این الیاف، منجر به خواص ارگانولپتیک ضعیفی مانند بو، رنگ و زوال خواص مکانیکی آنها می شود. همچنین، این پدیده منجر به تولید محصولات گازی می شوند. هنگامی که فرایند در دمای بالای 200 درجه سانتی گراد انجام شود، ممکن است باعث افزایش تخلخل و کاهش چگالی و خواص مکانیکی شود، لذا برای بهبود پایداری حرارتی، از پوشش دادن یا پیوند زدن با مونومرها استفاده می شود.

برای بهبود خواص مکانیکی ترموپلاستیک ها، از موادی مختلف مانند الیاف کربن و شیشه استفاده می شود که می توان آنها را با الیاف گیاهی جایگزین کرد، به صورتی که از کارایی برابر یا بهتر از مواد مذکور برخوردار شوند. این مواد، وزن محصولات را تا حدود 15 درصد کاهش داده و شیمی سطح بسیار فعالی دارند. الیاف شیشه، باعث بروز مشکلات پوستی و تنفسی می شوند، این عیب را می توان با استفاده از الیاف گیاهی، کاهش داد.
الیاف گیاهی مورد استفاده در پلیمرها اشکال گوناگونی دارند، لذا خواص محصول نهایی با استفاده از اندازه، شکل و خواص الیاف گیاهی تعیین می شوند. فاکتورهای دیگر مانند اندازه الیاف، مورفولوژی، ترکیب شیمیایی، چگالی، ضخامت، درصد الیاف و مقدار عوامل اتصال دهنده، بر خواص استحکامی WPC مؤثر است.

کاربرد کامپوزیت های سبز در صنایع خودرو:

تولیدکنندگان و مهندسان، همواره در حال پایش مواد جدید و فرایندهای بهبود یافته برای استفاده در تولید محصولات بهتر و بنابراین نگهداری حاشیه رقابتی و افزایش حاشیه سود خود هستند. از WPCها درموارد متعددی برای کاربردهای خودرویی، سازه ای، دریایی، الکترونیکی و هوا فضا استفاده می شود.

چوب پلاستیک

در حال حاضر، بازار WPCها بازاری چند میلیون دلاری است. بزرگ ترین بازار شناخته شده برای WPCهای سبز، جایگزینی فولاد و الیاف شیشه در قطعات خودرو است. از این مواد در ساخت قطعات تریم داشبورد، پنل های درب، طاقچه عقب، کفی صندلی، پشت سری صندلی و پوشش داخل کابین استفاده می شود. الیاف گیاهی به صورتی گسترده در عایق های صوتی حرارتی مورد استفاده قرار می گیرند. استفاده از الیاف کتان در دیسک ترمز با هدف جایگزینی با الیاف آزبست، یکی از دیگر مثال هاست. تعداد کمی از قطعات بیرونی نیز با استفاده از کامپوزیت های حاوی الیاف گیاهی ساخته می شوند.

مسئله حفاظت از محیط زیست، اهمیتی ویژه برای خودروسازها دارد، شاید به همین دلیل است که روند تولیدات، متمایل به محصولات دارای قابلیت بازیافت است. برطبق خط مشی 2000/53/EG که توسط کمیسیون اروپایی تهیه شده است، مقرر شده بود که در سال 2005، حدود 85 درصد از وزن خودرو می بایستی با مواد قابل بازیافت ساخته شود. این درصد تا سال 2015 باید به 95 درصد افزایش یابد. خودروها باید از 95 درصد مواد قابل بازیافت تشکیل شوند که 85 درصد قابلیت بازیافت از طریق استفاده مجدد یا بازیافت مکانیکی و 10 درصد از بازیافت انرژی یا بازیافت حرارتی بوده و این موضوع به طور حتم منجر به استفاده از WPCها خواهد شد. با وجود تمامی پیشرفت های صورت گرفته، هنوز هم بازیافت مواد مصرفی در خودرو، کاری بسیار دشوار است زیرا جنس بیشتر آنها، مواد پلیمری مبتنی بر پایه نفت بوده که با ساختارهای کامپوزیتی ترکیب شده اند.

شرکت دایملر/ بنز، ایده جایگزینی الیاف شیشه با الیاف گیاهی در قطعات خودرو را از 1991 گسترش داد. مرسدس در 1996 از الیاف کنفی در پنل های درب بنز کلاس E استفاده کرد. دایملر-کرایسلر در سپتامبر 2000 از الیاف گیاهی برای تولید خودروهایش استفاده کرد. الیاف تهیه شده از پوست لیفی درختان، به دلیل خواص استحکامی بالایی که نشان داده اند، به صورت ابتدایی در کاربردهای خودرویی مورد استفاده قرار گرفته اند. دیگر مزیت استفاده از الیاف درختی در کاربردهای خودرویی، کاهش وزن بین 10 تا30 درصد و درنتیجه کاهش در هزینه تولید است. در واقع تمام خودروسازان بزرگ آلمان (دایملر-کرایسلر، بنز، فولکس واگن، گروه آئودی، BMW، فورد و اپل) در حال حاضر از WPCها در کاربردهایی متعدد و مختلف، استفاده می کنند. دایملر-کرایسلر در قطعات داخلی، مانند داشبورد و پنل های درب، از کامپوزیت های PP و الیاف گیاهی استفاده کرده است. در مدل A2 سال 2000 آئودی، پنل های تریم درب از پلی اورتان تقویت شده با کتان ساخته شده اند. دایملر-کرایسلر، تحقیقات خود را بر کامپوزیت های پلی استر تقویت شده با الیاف گیاهی، برای کاربرد آن در قسمت های خارجی خودرو، متمرکز کرده است.

تحقیقات نشان داده اند که استفاده از الیاف چوب یا انواع مختلف الیاف مشتق شده از زمین، مزایای فراوانی برای استفاده در کاربردهای خودرویی دارند. این کامپوزیت ها از نقطه نظری تکنیکی، استحکام مکانیکی و خواص آکوستیکی را افزایش می دهند، وزن قطعه، مصرف سوخت، زمان فرایند و هزینه های تولید را کاهش داده و امنیت مسافر و قابلیت تخریب توسط عوامل بیولوژیکی را برای قطعات داخلی خودرو بهبود می بخشند. مثلا، مرسدس کلاس E به کاهش وزن قابل توجه 20 درصد دست یافته و خواص مکانیکی آن برای حفاظت مسافرین در تصادفات، بهبود یافته است. از نظر ملی نیز، الیاف گیاهی قابل نو شدن بوده (هر ساله تولید می شوند)، از قابلیت تخریب توسط عوامل بیولوژیکی برخوردار بوده و دوستدار محیط زیست هستند.

کاربردهای مختلف در صنعت خودرو عبارتنداز:
- روکش درب جلو
- روکش درب عقب
- روکش صندوق عقب
- طاقچه عقب
- پشتی صندلی
- کشویی سقف متحرک
- چراغ های جلو

به نقل از: http://kanakh.com/forum/forum257/thread2602.html
+ افزودن تصاویر

تهیه شده در: http://www.newdesign.ir/search.asp?id=848&rnd=9367

نظر بازديدکنندگان (3)


مطالب مرتبط:
کامپوزیت
مواد
محیط زیست
سبز
صفحه اصلی | کانال تلگرام نیودیزاین | فیس بوک نیودیزاین | تماس با ما