فیبرکربن چگونه صنعت خودروسازی را دگرگون می کند

تقریبا خودروی اسپرت امروزی را پیدا نخواهید کرد که از این ماده بسیار سبک وزن در حداقل یکی از بخش های آن استفاده نشده باشد. اما دلیل اصلی که خودروسازان فیبرکربن را به این اندازه دوست دارند در چیست و آینده این ماده چه خواهد بود؟

اول به این پرسش پاسخ دهیم که این ماده گران قیمت دقیقا از چه چیزی ساخته می شود. فیبرها (الیاف) گرافیت هایی همچون کربن را می سازند و خود فیبرها از موادی همچون پلی آکریلونیتریل (polyacrylonitrile) یا PAN که یک نوع پلاستیک است ساخته می شود. به عبارت بهتر فیبرکربن از آکریلونیتریل ساخته شده است.

PAN های فیبر تا 300 درجه سانتی گراد حرارت داده می شوند تا تمام ناخالصی های آن به جز کربن از بین برود و در ادامه با حرارت بیشتر فیبرهای کربنی تولید می شود.

این پروسه تولید نیاز به مقدار بسیار زیادی انرژی دارد در نتیجه فیبرکربن ماده ارزان قیمتی نخواهد بود و حتی دوست دار محیط زیست هم نخواهد بود زیرا همچون آلومینیوم قابلیت بازیافت در موادهای با درجه بالا را ندارد.

سپس فیبرها بر روی بوبین های بزرگی همچون رول پنبه بهم دیگر بافته می شوند. بافت فیبر در ابتدا سیاه و براق رنگ است و می توان آن را به شکل های مختلفی بافت اما نوع اصلی آن بافت ساده است که حالتی توری مانند دارد. از این مرحله به بعد می توان از این فیبرکربن استفاده های مختلفی کرد.

فیبر با رزین پخته نشده آغشته می شود و در این مرحله آن را prepreg نام گذاری کرده اند. سپس باید آن را در دمای کم ذخیره کرد و همانند یک خیاط می توان برش های مختلفی بر روی آن ایجاد کرد. سپس آن را در قالب های که از قبل آماده شده اند می خواباندند تا قطعه نهایی تولید شود. جهت بافت ماده مذکور توسط مهندسین طراحی با توجه به نوع و کاربرد قطعه می تواند متفاوت باشد. در بخش های اصلی ساختار خودرو همچون تیوب شاسی خودروهای سوپراسپرت و یا خودروهای فرمول 1، جهت بافت بستگی به جهتی دارد که نیروهای مختلف به آن وارد می شود.

سپس قالب ها در یک کیسه سیلیکونی قرار می گیرد و هوای آن تخلیه می شود تا لایه های فیبر به هم دیگر فشرده شوند. سپس فیبرکربن در یک اتوکلاو (یک کوره تحت فشار) در دمای 120 تا 180 درجه سانتی گراد و تحت فشار 2 تا 6 بار می پزد.

این روشی است که یک شاسی خودروی فرمول 1 ساخته می شود. اگر اتوکلاو در دسترس نباشد فیبرکربن را در یک کیسه با خالی کردن هوای آن قرار می دهند تا در یک کوره معمولی در دمای 60 تا 100 درجه سانتی گراد بپزد.

روش گران قیمت تر تولید برای برخی از موارد خاص همچون تکمیل ساخت شاسی مونوکوک خودروهای سوپر اسپرت (همچون مک لارن 720S) به صورت پرس گرم است. مشابه با قالب استفاده شده برای شکل دادن انواع مختلف فلز همچون پنل های بدنه آلومینیومی، قالب های فولادی به صورت دقیق ساخته می شوند. فیبرکربن خشک شده در قالب قرار داده می شود و پرس می شود سپس رزین با فشار 10 تا 20 بار تزریق و سپس قالب را حرارت می دهند. زمانی که قطعه شکل نهایی خود را گرفت می توان آن را در کوره پخت به این روش تولید RTM می گویند که نه تنها روش سریع تری برای تولید است بلکه امکان ساخت قطعات به صورت تولید انبوه را ممکن می سازد به گونه ای که می توان در طول یکسال هزاران قطعه فیبرکربنی تولید کرد.

یکی از پیشرفته ترین روش های تولید فیبرکربن، فورج کاری کامپوزیت است. فیبرها در طول های کوچک در حدود 5 سانتی متر بریده می شوند و با مخلوط سازی آن با رزین، به درون یک قالب تزریق و فشرده (فورج) می شوند.

به طور مثال شرکت بی ام و از روش متفاوتی برای تولید فیبرکربن استفاده می کند. برای ساخت فیبرها (الیاف) کربنی به پلی آکریلونیتریل نیاز است که آن را پیش ساز فیبرکربن نام گذاری کرده اند. بی ام و استفاده گسترده ای از این ماده برای تولید بخش های مختلف سری I خود می کند. هر رول پلی آکریلونیتریل که در Moses Lake ایالت واشنگتون آمریکا تولید می شود شامل 100 هزار الیاف فیبر کربنی است.

بنابراین می توان اینطور جمع بندی کرد که در دنیای که ایمنی و کاهش وزن از اهمیت بالایی برخوردار است، استفاده از فیبرکربن حداقل برای ساخت خودروهای چابک و اسپرت می تواند بسیار حائز اهمیت باشد. از این رو خودروسازان نامدار که مدل های اسپرت و چابک را در سبد محصولات خود دارند، عملا در شرایط فعلی انتخابی بهتر از استفاده از فیبرکربن را پیش روی خود نمی بینند و بنابراین صنعت ساخت خودروهای اسپرت به تدریج در حال تبدیل شدن به صنعتی مبتنی بر فیبرکربن است.