تکنولوژی‌های نوین خودروسازه و بدنه خودرو

کامپوزیت سبز در خودروی سبز – کامپوزیت‌های سازگار با محیط زیست

مقدمه

کامپوزیت سبزکامپوزیت سبز… بحث در مورد حفاظت از محیط زیست و راهکارهای عملی در صنایع مختلف و کاهش عوامل و مضرات تهدید کننده آن در سال‌های جاری به یکی از موضوعات جدی در محافل علمی، صنعتی و سیاسی در کشورهای مختلف تبدیل شده است. الزام شرکت‌ها و صنایع مختلف به رعایت استانداردها و پروتکل‌های زیست محیطی مصوب در سازمان‌های محافظ محیط‌زیست و NGO های مختلف هرساله فراگیرتر می‌شود.

بدون شک صنعت خودرو به‌عنوان یک صنعت بزرگ و اثرگذار روی اکوسیستم کره زمین نسبت به این مسائل، بیشتر مورد توجه قرار گرفته است و هرروزه شاهد قوانین جدید از طرف ارگان‌های بین‌المللی به‌منظور تخفیف اثرات زیست محیطی این صنعت هستیم. به‌عنوان مثال طبق دستورالعمل جدید اتحادیه اروپا در سال ۲۰۱۵ باید ۹۵ درصد اجزای یک خودرو قابل بازیافت و استفاده مجدد باشد. این در حالی است که فقط در اتحادیه اروپا سالانه بین ۷ تا ۸ میلیون تن ضایعات خودرو به محیط زیست تحمیل می‌شود.

کامپوزیت سبز

صنعت کامپوزیت به‌عنوان یک صنعت مورد توجه در تلاش است تا از موادی بهره ببرند که به محیط زیست آسیب کمتری بزند. به‌عنوان یک راه‌حل، این صنایع مفهوم جدیدی از کامپوزیت به نام کامپوزیت سبز (green composite) ارائه داده است. در کامپوزیت سبز از الیاف طبیعی به‌جای الیاف مصنوعی معمول مانند شیشه، کربن و … در کنار پلیمرها به‌عنوان ماتریس استفاده شده است. نسل دیگری از این کامپوزیت‌ها که به معنای واقعی دوستدار محیط زیست و به‌اصطلاح eco-friendly هستند از پلیمرهای زیستی که از دانه‌های روغنی نظیر سویا، ذرت، کرچک، سیاه‌دانه و غیره استحصال می‌شوند، استفاده شده است.

الیاف طبیعی برمبنای منبع و منشأ اصلی خود دسته‌بندی می‌شوند که می‌توانند گیاهی، حیوانی یا معدنی باشند. همه‌ی الیاف گیاهی از ترکیب سلولز به‌دست می‌آیند. در حالیکه الیاف حیوانی شامل پروتئین می‌باشند. الیاف گیاهی را می‌توان بر این اساس که از کدام قسمت گیاه گرفته شده است دسته‌بندی کرد. الیاف گیاهی شامل پوست لیفی درختان (ساقه)، برگ، بذر، میوه، ریشه، غله و چوب می‌باشد. پس‌ماندهای کشاورزی مانند کاه گندم، کاه برنج، تفاله نیشکر و ساقه غله نیز به‌عنوان منبع الیاف گیاهی شناخته می‌شوند. حتی برگ‌های مخملی که به‌عنوان علف هرز به‌شمار می‌روند و از مشکلات صنعت کشاورزی می‌باشد، می‌تواند به‌عنوان منبعی برای الیاف گیاهی که دارای کیفیت بالایی است، به کار رود. خواص فیزیکی و مکانیکی خوبی که این الیاف دارند، می‌تواند باعث استفاده این نوع الیاف در صنایع پلاستیک شود.

کامپوزیت سبز

+ مزایای کامپوزیت سبز

الیاف گیاهی دارای برخی مزایا و معایب نسبت به الیاف مصنوعی می‌باشند. سازگاری با محیط‌زیست، تجدیدپذیری، قابلیت فرآیندپذیری بالا، خواص ویژه بالا و چگالی پایین از ویژگی‌های مثبت الیاف گیاهی به شمار می‌رود. همچنین این الیاف دارای انواع مختلفی می‌باشند که این یک خصوصیت بسیار مهم برای پذیرش و کاربرد در یک بازار با حجم زیاد است. این الیاف در کامپوزیت ترکیبی با خصوصیات مطلوب نظیر دوستدار محیط زیست، سبکی، عایق خوب صدا، خواص مکانیکی مطلوب، با قابلیت بازیافت و منابع تجدیدپذیر ارائه می‌دهد.

_ محدودیت‌های کامپوزیت سبز

با این حال معایبی نیز مانند جمع‌شدگی زیاد در طول فرآیند، ظرفیت گرمایی پایین، مقاومت کم در مقابل رطوبت و دارا بودن کیفیت متفاوت در فصول مختلف دارند. درصد جذب بالای رطوبت در الیاف گیاهی باعث ظهور و به‌وجود آمدن حفره در سطح محصول می‌شود که خواص مکانیکی را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد. اصلاح الیاف گیاهی با مواد آب‌گریز مانند مونومرهای وینیلی می‌تواند جذب رطوبت را در آن‌ها بکاهد. یکی دیگر از معایب بزرگ الیاف گیاهی عدم سازگاری آن با ماتریس پلیمری است که باعث پخش غیریکنواخت در ماتریس می‌شود که در نتیجه خواص مکانیکی افت پیدا می‌کند. درواقع می‌توان چوب و پلاستیک را مانند آب و روغن تشبیه کرد. بیشتر پلیمرها به‌خصوص ترموپلاستیک‌ها غیرقطبی‌اند و با مواد قطبی (الیاف چوب) سازگاری خوبی ندارند.

راه‌حل

به‌منظور بهبود خواص چسبندگی بین الیاف و ماتریس ترموپلاستیک، از مواد شیمیایی جفت‌کننده یا سازگارکننده استفاده می‌شود. جفت‌کننده‌ها موادی هستند که باعث پیوند زدن سطح پلیمر و مواد دیگر می‌شوند. درواقع این مواد بین زنجیر پلیمری و الیاف آب‌گریز پیوند شیمیایی برقرار می‌کنند. برخی از ترکیبات مانند سدیم هیدروکسید سیلان، اسید استیک، آکریلیک اسید، پراکساید و پتاسیم پرمنگنات می‌تواند باعث افزایش چسبندگی بین پلیمر و الیاف چوب شوند.

کامپوزیت سبز

بازار کامپوزیت سبز

بازار کامپوزیت سبز یک بازار میلیونی می‌باشد که مهم‌ترین بخش این بازار، استفاده از بدنه کامپوزیتی با الیاف طبیعی به‌جای استیل و فایبرگلاس در اجزاء اتومبیل می‌باشد و این مواد به‌صورت یک لایه خارجی در داشبورد، تودری، بالشتک صندلی، پشت‌سری و آستر داخل اتاقک و هم‌چنین در دیگر قسمت‌ها مانند قفسه‌ها و کفشک‌های ترمز به کار می‌روند. الیاف گیاهی به‌طور گسترده‌ای به‌عنوان عایق صوت و گرما نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

Daimler-Benz در سال ۱۹۹۱ طرحی را برای جایگزینی الیاف شیشه با الیاف طبیعی ارائه داد. در سال ۱۹۹۶ مرسدس از تودری های کنفی به‌جای الیاف شیشه استفاده کرد. در سال ۲۰۰۰ شرکت Daimler Chrysler استفاده از الیاف طبیعی را در محصولات تولیدی خود آغاز کرد. الیاف پوست درختان به دلیل مقاومت بالا به‌عنوان اصلی‌ترین الیاف طبیعی مورد استفاده در خودرو می‌باشد که باعث کاهش وزن از ۱۰ تا ۳۰ درصد و کاهش قیمت تمام شده نیز می‌شود. درواقع امروزه تمام تولیدکنندگان بزرگ اتومبیل در کشور آلمان در کاربردهای مختلف از کامپوزیت سبز استفاده می‌کنند و تحقیقات نشان می‌دهد که استفاده از الیاف طبیعی در کامپوزیت‌های داخل اتومبیل مزایای فراوانی دارد، چه از نقطه‌نظر فنی که باعث افزایش خواص فیزیکی مکانیکی می‌شود و خواص صوتی محصول را بهبود می‌بخشد و چه از نقطه‌نظر محیط‌زیستی که قابل بازیافت می‌باشند.

از شرکت‌های معروف اتومبیل‌سازی که امروزه از الیاف گیاهی در تولیدات خود استفاده می‌کنند، می‌توان شرکت‌هایی مانند فورد، فیات، اپل، آئودی، ولوو و مرسدس بنز را نام برد.

کامپوزیت سبز

*** کامپوزیت سبز

تولید جهانی خودروهای سبک، سالیانه به حدود ۷۰ میلیون دستگاه در سال ۲۰۱۴ رسیده که ۳۰% آن مربوط به اروپای غربی است؛ بنابراین می‌توان گفت بازاری معادل ۲۱ میلیون خودرو و تقریباً ۱۷۵,۰۰۰ – ۳۵۰,۰۰۰ تن در سال در اروپای غربی وجود دارد. از سال ۱۹۹۶ تا ۲۰۰۳، استفاده الیاف گیاهی در قطعات کامپوزیتی صنایع خودروی آلمان، از ۴۰۰۰ تن در سال به ۱۸,۰۰۰ تن افزایش یافته است، که سالانه به‌طور خطی ۱۰ تا ۲۰ درصد رشد داشته است. در کل اروپا میزان مصرف الیاف طبیعی بیش از ۷۰,۰۰۰ تن می‌باشد. در میان افزودنی‌های پلاستیک‌ها، در حال حاضر الیاف طبیعی به‌عنوان پرکننده و تقویت کننده از بیشترین میزان رشد برخوردار می‌باشند.

در پایان باید گفت کامپوزیت سبز موادی بسیار نویدبخش، تجدیدپذیر و زیست ساختار جهت دست‌یابی به پایداری و استحکام مناسب بدون استفاده از مواد سمی می‌باشند و با توجه به آلودگی‌های روزافزون و گرماهای بی‌سابقه در نقاط مختلف دنیا به‌ویژه در کشور خودمان لزوم پرداختن مراکز علمی به توسعه و رشد این مواد و استفاده از آن‌ها در صنایع مختلف ازجمله صنعت خودرو به‌صورت جدی حس می‌شود و قطعاً در آینده این مواد با اقبال زیادی مواجه خواهند شد. در پایان جهت اطلاع به عرض می‌رسانیم، در شماره بعد به بررسی تخصصی یک خودرو با فناوری کامپوزیت سبز خواهیم پرداخت. با ما همراه باشید.

منابع

Completely Renewable and Recyclable “Green” Composites for Automotive Industry, Iryna Gagauz, university of Bristol

http://www.globalhemp.com/2011/02/automotive-composites.html

http://mychem.ir/ency/کامپوزیت

 

نویسنده: محمدجواد طاهری

کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک-طراحی جامدات

 

منبع: شماره سوم مجله علمی تخصصی دوزبانه « سبقت »

استفاده از این مطلب بدون ذکر منبع پیگرد قانونی دارد. مجله علمی تخصصی خط ویژه KhateVije

چه میزان این مقاله را پسندیدید؟

در کادر زیر، به این مقاله امتیاز دهید

امتیاز کاربران: 3.72 ( 3 رای)

برچسب ها
نمایش بیشتر

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا
بستن