Badania nad zastosowaniem materiałów kompozytowych z włókien lnianych i konopnych

W kontekście przechodzenia światowego przemysłu motoryzacyjnego w stronę lekkości i niskiego-karbonizacji materiały kompozytowe z włókien naturalnych stopniowo przełamywały monopol materiałów-na bazie paliw kopalnych. Materiały kompozytowe z włókien konopnych i lnianych, po modyfikacji i optymalizacji procesów, rozszerzyły się z zastosowań w samochodach wyścigowych i pojazdach koncepcyjnych na podstawowe komponenty pojazdów produkcyjnych głównego nurtu, stając się kluczowym wsparciem zielonej transformacji, zgodnie z europejską wizją biogospodarki i wymaganiami producentów samochodów w zakresie redukcji emisji dwutlenku węgla.

I. Podstawowe zalety materiałów kompozytowych z włókien konopnych i lnianych do zastosowań motoryzacyjnych

Materiał ten powstaje w wyniku połączenia włókien konopnych/lnianych z żywicami termoplastycznymi i żywicami-biopochodnymi. Jego wszechstronne działanie spełnia wymagania komponentów motoryzacyjnych, jest jednocześnie przyjazne dla środowiska i ekonomiczne, ze znaczną przewagą nad tradycyjnymi materiałami.

(1) Równowaga lekkości i wydajności mechanicznej, pomagająca zoptymalizować zużycie energii

Gęstość włókien konopnych i lnianych wynosi zaledwie 1,1-1,4 g/cm3, czyli jest znacznie niższa niż w przypadku włókien szklanych, stalowych i węglowych. Wykonane z nich materiały kompozytowe są o 20%-30% lżejsze od tradycyjnych tworzyw sztucznych i o 50% lżejsze od stopów aluminium, skutecznie zmniejszając ciężar własny pojazdu, pomagając zwiększyć zasięg pojazdów elektrycznych i zmniejszyć zużycie paliwa pojazdów benzynowych. Po modyfikacji powierzchni jego wytrzymałość właściwa jest zbliżona do wytrzymałości włókien szklanych, przy wytrzymałości na rozciąganie w zakresie od 500 do 1500 MPa, module sprężystości w zakresie od 30 do 70 GPa, odpowiednim do zastosowań wewnętrznych, zewnętrznych i niektórych elementów konstrukcyjnych innych niż rdzeń. Po optymalizacji za pomocą kratki powerRibs™ firmy Bcomp, można jeszcze bardziej poprawić parametry konstrukcyjne.

(2) Wyjątkowe cechy niskoemisyjne-i środowiskowe, zgodne z celami podwójnej emisji dwutlenku węgla

Konopie i len mają krótkie cykle wzrostu i są przyjazne dla środowiska w uprawie. Każdy akr lnu może sekwestrować ponad 1,6 tony węgla rocznie. Produkcja tego materiału kompozytowego wiąże się ze znacznie niższym zużyciem energii niż w przypadku włókien węglowych, przy 40–60% redukcji emisji dwutlenku węgla w całym cyklu życia w porównaniu z materiałami kompozytowymi z włókna szklanego. Odpady można poddać biodegradacji i poddać recyklingowi.

(3) Silna kompatybilność procesu, zmniejszająca koszty produkcji

Materiał ten można dostosować do istniejących procesów formowania samochodowego i formowania przetłocznego żywicy, nie wymagając modyfikacji form na dużą-skalę do produkcji masowej. Wstępnie-impregnowane kompozyty termoplastyczne można stosować na-szybkich liniach produkcyjnych, a złożone komponenty można formować w zaledwie 10–30 minut. Źródła surowców są szerokie, a koszt niski, przy 15–30% redukcji kosztów pełnego cyklu życia w porównaniu z tradycyjnymi materiałami.

(4) Różnorodne funkcje, odpowiednie dla wielu scenariuszy

Ten materiał madoskonała izolacja akustyczna, izolacja cieplna, antybakteryjność i ochrona przed promieniowaniem UVwłaściwości. Naturalna tekstura tkaniny konopnej może stworzyć-wysokiej jakości teksturę wnętrza, eliminując potrzebę stosowania procesów wtórnego powlekania. Po dodaniu nano-środków modyfikujących może poprawić przewodność i wydajność wymiany ciepła, odpowiednio do specjalnych potrzeb, takich jak ochrona przed wyładowaniami elektrostatycznymi, rozszerzanie scenariuszy zastosowań.

II. Konkretne scenariusze zastosowań materiałów kompozytowych z włókien lnianych i konopnych w przemyśle motoryzacyjnym

Wraz z postępem technologii i poprawą możliwości produkcji masowej, materiał ten znalazł szerokie zastosowanie w motoryzacji

wewnętrznych i zewnętrznych, a nawet rozszerzyło się na niektóre-podstawowe elementy konstrukcyjne. Został on przyjęty przez producentów samochodów, takich jak BMW i Volvo, co umożliwiło przejście od „ograniczonej walidacji” do „zastosowania-na dużą skalę”.

(1) Komponenty wewnętrzne: główne scenariusze zastosowań, równoważenie komfortu i przyjazności dla środowiska

Najbardziej dojrzałym obszarem zastosowań tego materiału są elementy wyposażenia wnętrz. Spełnia wymagania ochrony środowiska i estetyki, znajduje zastosowanie głównie w:

Panele drzwiowe i panele wewnętrzne: Lniane panele wewnętrzne z kompozytowego materiału oferują zarówno lekką konstrukcję, jak i doskonałą teksturę.

Fotele i deska rozdzielcza: W niektórych modelach rama deski rozdzielczej wykonana jest z tego materiału kompozytowego, co zmniejsza wagę o ponad 30% w porównaniu z tradycyjną ramą z tworzywa sztucznego, poprawiając w ten sposób efekt izolacji akustycznej.

Inne elementy wnętrza: Pokrywa tylnej klapy, podsufitka itp. są szeroko stosowane. Materiał modyfikowany ultradźwiękowo pozwala uniknąć wad wyglądu i spełniać wymagania produkcyjne; Panel wewnętrzny kabiny pewnego krajowego pojazdu wojskowego wykorzystuje materiały kompozytowe z włókien konopnych, spełniające wymagania dotyczące odporności na warunki atmosferyczne i trwałości.

(II) Części zewnętrzne: stopniowe przełamanie i zastąpienie tradycyjnych materiałów-na bazie paliw kopalnych

Po modyfikacji materiał ten stopniowo przenika w pole zewnętrzne i jest nakładany na-elementy nienośne-:

Błotniki i nadkola:Po obróbce alkalicznej lub modyfikacji silanowym środkiem sprzęgającym zwiększa się odporność na uderzenia i warunki atmosferyczne. Można z nich wytwarzać poszycia błotników itp. W porównaniu z tradycyjnym tworzywem ABS, mogą zmniejszyć wagę o 20% - 30%, redukując w ten sposób emisję dwutlenku węgla.

Spojlery aerodynamiczne i tylne skrzydła:Samochód wyścigowy BMW M4 GT4 wykorzystuje ten materiał w swoich spojlerach, które przeszły rygorystyczne testy i spełniły normy. BMW planuje zastosować go na zewnątrz pojazdów produkcyjnych serii M-po roku 2025, co będzie pierwszym zastosowaniem włókna naturalnego w-masowo produkowanych karoseriach samochodów.

Dach i maska ​​silnika:Z tego materiału wykonano dach i maskę silnika, poszerzając zakres zastosowań dekoracji zewnętrznych.

III. Przełomy technologiczne i istniejące ograniczenia kompozytów z włókien lnianych i konopnych w zastosowaniach motoryzacyjnych (tabela parametrów)

IV. Wniosek

Od innowacyjnych rozwiązań sprawdzanych na torach wyścigowych po szerokie zastosowanie w-masowo produkowanych pojazdach, kompozyty z włókien lnianych i konopnych przełamują utarte wzorce tradycyjnych materiałów motoryzacyjnych dzięki swoim dwóm zaletom: „lekkość i ekologiczność”, stając się „nową ekologiczną siłą napędową” niskoemisyjnej-transformacji przemysłu motoryzacyjnego. Ucieleśnia ekologiczną wizję zasobów odnawialnych, a także kondensuje wiedzę technologiczną dotyczącą modyfikacji materiałów i ulepszania procesów. Chociaż nadal napotyka praktyczne wąskie gardła, takie jak stabilność wydajności i kontrola kosztów, każdy przełom technologiczny i każda współpraca w łańcuchu przemysłowym poszerza granice jego zastosowań. W przyszłości, dzięki ciągłemu udoskonalaniu technologii modyfikacji kompozytów i głębokiemu wdrażaniu-produkcji na dużą skalę, ten materiał kompozytowy pochodzący z natury z pewnością będzie ściśle współistnieć z przemysłem motoryzacyjnym, nie tylko dając producentom samochodów silny impuls do osiągnięcia celów w zakresie podwójnego emisji dwutlenku węgla, ale także przekształcając „zielone podróże” z pomysłu w rzeczywistość, zarysowując nowy obraz zrównoważonego rozwoju, w którym „natura wzmacnia przemysł, a przemysł odżywia ekologię”.