کاربرد مواد قابل بازیافت در
صنعت خودرو
در دهه های 60 و 70 میلادی
مواد طبیعی مورد استفاده در صنعت خودرو تقریبا ً به طور کامل با مواد سنتزی
جایگزین شدند ولی به تازگی این صنعت رویکرد جدید به مواد طبیعی داشته است . به
کارگیری مواد قابل بازیافت از دهه 1990 مورد توجه قرار گرفته است . یکی از
دلایل عمده این مسئله ، رشد آگاهی مردم و توجه به مسایل زیست محیطی است که در
عبارت هایی همانند " حفظ منابع " ، " کاهش انتشارCO2 "
، و " بازیافت " انعکاس
داشته است
.
علاوه براستفاده از سوختهای
جایگزین ( الکل های طبیعی همانند اتانول و متانول در برزیل و یا بیودیزل ماده
ای مشتق شده از روغن شلغم در کشورهای اروپایی ) و روغن های طبیعی ( برای سیستم
های هیدرولیک و روانسازی ) ، به کارگیری الیاف طبیعی به عنوان مواد عایق ساز و
ضربه گیر یا به عنوان پرکننده و تقویت کننده در مواد پلیمری نقش مهمی در راستای
حفظ محیط زیست ایفا می کند . در حال حاضر الیاف گیاهی تنها در ساخت تزئینات
داخلی خودروهای سواری و اتاق وانت و کامیون های کوچک به کار گرفته می شوند
.
علاوه برساخت قطعاتی همانند
پانل تودری ، داشبورد و کنسول خودروها ، الیاف گیاهی به طور گسترده ای در عایق
های حرارتی و صوتی به کار می روند . این مواد عایق ساز که معمولا ً از الیاف
کتان بازیافتی صنعت نساجی تولید می شوند ، حاوی حدود 80 درصد وزنی الیاف هستند
. در برزیل ، این قطعات از مخلوط کردن ضایعات کیسه های کنفی قهوه و کیسه های
پلی پروپیلنی ساخته می شوند . به این ترتیب مشاهده می شود که گاهی اوقات مواد
بازیافتی را می توان در کاربردهای پیشرفته نیز به کار گرفت . یکی دیگر از
کاربردهای شناخته شده الیاف گیاهی ، ساخت تشک صندلی با استفاده ازالیاف نارگیل
ولاستیک خام طبیعی است . قابلیت الیاف گیاهی درجذب آب به مقدارزیاد ، راحتی این
صندلی ها را تا حدی افزایش می دهد که دستیابی به آن با مواد سنتزی ممکن نیست ،
به غیر از این موارد در سالهای اخیر کاربرد جدیدی برای این مواد شناخته شده است
. با ساخت صفحات تودری مرسدس بنز کلاس E
، یک گام مهم به سوی
کاربردهای پیشرفته تر و با کارایی بالاتر برداشته شد . مواد ساخته شده با الیاف
چوب این صفحات با اپوکسی تقویت شده با مت کتان / سیسال جایگزین شد . به این
ترتیب وزن حدود 20 درصد کاهش پیدا کرده و ویژگی های مکانیکی مهم برای حفظ جان
سرنشینان هنگام تصادف بهبود یافت . علاوه براین که ماده کتان / سیسال را می
توان به شکل های سه بعدی پیچیده قالبگیری کرد که این قابلیت برای ساخت صفحات
تودری بسیار مناسب است .
کامپوزیت های الیاف گیاهی
کتان ، سیسال ، کنف هندی و
نارگیل که به راحتی در دسترسند و بهای نسبتا ً کمی دارند ، مهم ترین
منابع تهیه الیاف گیاهی هستند . در اروپا هنوز هم مهم ترین نوع الیاف گیاهی از
نظر تجاری ، الیاف کتان است . اگرچه زمانی محصولات جانبی صنعت نساجی – به علت
ارزانی – به کار گرفته می شدند اما امروزه الیاف گیاهی از گیاهانی تهیه می شوند
که به طور ویژه به این منظور کشت می شوند . درسالهای اخیر کشت کنف در اروپا
دوباره احیا شده است . کنف نقطه تسلیم بالاتری دارد و نسبت به کتان الیاف
قوی تری تولید می کند ، اما از آنجایی که هنوز به قدر کافی پیشرفت نداشته
است الیاف کتان همچنان مهمترین نوع الیاف باقی مانده است .
علاوه برالیاف ، زمینه نیز
اثر بسزایی بر ویژگیهای یک ترکیب دارد . برای تولید قطعات داخلی خودرو و مواد
عایق ساز و ضربه گیر ، پلیمرهای گرما سختی هم چون رزین فنلیک به همراه کتان یا
الیاف مشابه به کارگرفته می شوند . موادی که با چسب های گرما سخت متداول هم چون
اپوکسی یا رزین فنلیک تولید می شوند ، شرایط کاربردهای پیشرفته تر را نیز
برآورده می سازند . این مواد ویژگی های مکانیکی – به ویژه استحکام و سفتی
– لازم برای چنین کاربردهایی را با هزینه قابل قبولی فراهم می کنند .
در مقایسه با ترکیب های پایه
پلیمری گرما نرم هم چون پلی پروپلین ، ترکیب های گرما سخت پایداری حرارتی عالی
و جذب آب کمتری دارند . با این حال انتظار می رود تمایل به استفاده از مواد
قابل بازیافت منجر به جایگزینی رزین های گرما سخت با پلیمرهای گرما نرم شود .
از نظر زیست محیطی ، جایگزینی الیاف سنتزی با الیاف طبیعی و کاهش اثرات مخرب
مواد سنتزی بر طبیعت ، در مراحل اولیه است . فشارهای موجود برای کاهش انتشار
گازهای آلاینده ای که منجر به اثر گلخانه ای می شوند هم چون CO2 و افزایش آگاهی مردم از
محدودیت منابع فسیلی انرژی ، عوامل اصلی گسترش مواد نوینی هستند . نمونه ای از
پلیمرهای مشتق شده از مواد خام تجدید پذیر پلی آمید 11 (
PA11 ( است . این پلیمر – با پایه روغن کرچک – ویژگیهای
منحصر به فردی دارد که آن را به ویژه برای ساخت لوله های انعطاف پذیر سیستم
ترمز یا سیستم سوخت رسانی خودرو مناسب می سازد . اما موادی که تاکنون ساخته شده
اند ( به عنوان مثال از نشاسته ، سلولز و شکر ) شرایط و نیازهای کاربردهای
خودرویی را برآورده نمی سازند .
کامپوزیت های طبیعی ، جدای
از روش های شناخته شده ای همانند دفن زباله ، سوزاندن و بازیافت آن ، راه جدیدی
برای حل مشکل زباله های صنعتی فراهم می کنند که تجزیه بیولوژیکی است . نمونه
هایی از این مواد هم اکنون در صنایع دیگر به کار می روند و تحت بررسی هستند ولی
برای کاربردهای خودرویی ، هنوز با ویژگی ها و بهای قابل قبولی در دسترس نیستند
.
روش های ساخت
بی شک مهم ترین فن آوری در
این زمینه ، قالب گیری فشاری است . نسخه های گوناگون این فرآیند که جزئیاتی
متفاوت – با توجه به شرکت ارایه کننده آن – دارند ، برای ساخت قطعه از الیاف
طبیعی مناسبند . تفاوت عمده این روش ها باهم ، نحوه ترکیب الیاف و پلیمر و قالب
گیری آنهاست . در بعضی از فرآیندها یک پلیمر از پیش ذوب شده به کار گرفته می
شود ( فن آوری اکسپرس ) . برخی از آنها از الیاف پلیمری استفاده می کنند که قبل
از فرآیند قالب گیری با الیاف گیاهی به صورت یک مت هیبریدی ترکیب می شوند و در
دیگر روش ها ، پودر پلیمر قبل از قالب گیری با مت الیاف گیاهی ترکیب می شوند .
از آنجا که تقریبا ً در تمام روش ها مت الیاف به کار گرفته می شود ، تهیه مت از
الیاف ، نکته کلیدی این فن آوری است .
ویژگی ها
ویژگی های کامپوزیت های
الیاف گیاهی به طور مستقیم به نوع الیاف وابسته است . علاوه برآن ، نوع زمینه ،
درصد نسبی الیاف و زمینه و روش های ساخت نیز اثر قابل توجهی بر ویژگی ها دارند
. تفاوت های موجود در رفتار تغییر شکل این مواد قابل توجه است . بعضی از
ترکیبات الیاف کتان ، از نظر سفتی با الیاف شیشه معمولی قابل مقایسه اند . در
فرآیند توسعه این محصول ،
NMT اصلاح شده و در نهایت از نظر کارایی به
GMT نزدیک شد . با این وجود ، محصول نهایی تحت شرایط
ویژه ساخته شده و تفاوت های اساسی بین
NMT
و
GMT به ویژه از نظر رفتار ضربه
ای همچنان باقی مانده است .
یکی از ویژگی های الیاف
گیاهی ، توانایی آنها در جذب و حفظ رطوبت است . این ویژگی در ساخت تشک صندلی
بسیار مطلوب است ولی در دیگر کاربردها باید از وقوع آن جلوگیری کرد . این امر
دلیل اصلی محدودیت کاربرد الیاف گیاهی در بخش های بیرونی خودرو است .
با کنترل دقیق نسبت ترکیب
اجزای کامپوزیت و بهینه سازی فرآیند ساخت می توان جذب آب آن را تا سطحی مشابه
کامپوزیت های الیاف شیشه کاهش داد . این مسئله طیف گسترده ای از کاربردهای نوین
را فراهم کرده و به کارگیری الیاف طبیعی در بخش های بیرونی خودرو را نیز امکان
پذیر می سازد . در این کاربردها باید از تجزیه کنترل شده کامپوزیت به وسیله
باکتری ها و قارچ ها نیز جلوگیری شود .
یکی از مشکلات عمده به
کارگیری الیاف گیاهی ، متغیر بودن کیفیت آنهاست . عوامل مؤثر برکیفیت این الیاف
عبارتند از جنس خاکی که گیاه در آن رشد می کند ، مقدار آبی که در حین رشد
دریافت می کند ، سال کشت گیاه و از همه مهم تر روش تولید و فرآوری الیاف . یک
روش برای حل این مشکل ، آمیختن الیاف به دست آمده از کشت های گوناگون برای ساخت
قطعه است .
مسأله قابل توجه دیگر ،
جلوگیری از متصاعد شدن بوی نامطبوع یا گرد و غبار ، از قطعات به کار گرفته شده
در درون اتاق خودرو است . نشان داده شده است که به کارگیری الیاف گیاهی از
روشهای استاندارد ، از این نظر مشکلی ایجاد نخواهد کرد . معمولا ً بهترین نتایج
با به کارگیری الیاف گیاهی با کیفیت و رزین های گرما سخت متداول به دست می آیند
. از نظر ایجاد گرد و غبار، این مواد اغلب بهتر از مواد سنتزی متداول هستند .
معمولا ً الیاف طبیعی را می
توان تا دمای 230 درجه سانتی گراد فرآوری کرد . این امر به کارگیری آنها را با
بعضی از پلیمرها یا روشهای ساختی که به دماهای بالاتر نیاز دارند ، مشکل می
سازند . به نظر می رسد ، این مسأله اصلی ترین کاستی این الیاف برای جایگزینی
الیاف شیشه است .
ملاحظات
دلیل اصلی به کارگیری الیاف
گیاهی ( عایق سازی و ساخت آسترها با ضایعات کتان و قطعات خودرویی از الیاف چوب
) از گذشته تا کنون ، عمدتا ً بهای کم این محصولات بوده است . بهبود ویژگی ها ،
این مواد را به عنوان موادی با کارایی هایی بسیار و گران بهاتر مطرح ساخت .
امکان طراحی و ساخت قطعات سبک با الیاف گیاهی اثبات شده بود ( همانند صفحات
تودری مرسدس بنز کلاس
E
) ، اما از نظر امنیت جان سرنشینان خودرو ، لازم بود تا رفتار ضربه ای الیاف
بلند کتان به جای الیاف کوتاه چوب مورد توجه قرار گیرد .
کاهش 15 درصدی وزن نسبت به
مواد تقویت شده با الیاف شیشه را نمی توان نادیده گرفت . این امر مهم ترین عامل
گسترش این کامپوزیت ها در آینده است .
در بخش های تولید و مونتاژ
کارخانه های ساخت کامپوزیت از الیاف شیشه ، که قطعات تحت عملیات پس از تولید (
برش ، سوراخکاری و اصلاح و ... ) قرار می گیرند ، کارگران به شدت از حساسیت های
پوستی و بیماری های تنفسی ناشی از غبار این الیاف رنج می برند . به کارگیری
الیاف گیاهی ، می تواند این مشکلات را حل کند .
در نهایت اینکه ، الیاف
گیاهی از الیاف شیشه انعطاف پذیرترند و این مسأله باعث می شود در فرآیند
بازیافت الیاف کم تر خرد شده و الیاف بلندتری به دست آید . در نتیجه ویژگی های
مواد بازیافتی عالی است .
چشم انداز
گسترش کامپوزیت های الیاف
طبیعی تازه آغاز شده است . گرچه جنبه های زیست محیطی به کارگیری این الیاف ،
نخستین دلیل توجه به کاربردهای صنعتی این مواد بود ، کاربردهای آینده این الیاف
بر پایه برتری ها و ویژگی های فنی آنها خواهد بود .
تلاش می شود کارایی این مواد
افزایش یابد و فاصله آنها با مواد سنتزی بسیار کم تر شود . کشت الیاف برای
اهداف صنعتی ، توسعه روش های آماده سازی الیاف را تداوم بخشیده و روش های نوین
ساخت ، در آینده ویژگی های این الیاف را بیشتر بهبود خواهند داد . کارایی بالای
الیاف گیاهی ، جایگزینی الیاف شیشه را در سطح مواد
GMT برای محدوده گسترده ای از
کاربردها ممکن می سازد . امکان به کارگیری این الیاف در قطعات بیرونی خودرو ،
در آینده بسیار طرفدار خواهد داشت . برای بهره مندی کامل از برتری های این
محصولات از نظر زیست محیطی ، باید مواد زمینه ای با پایه تجدید پذیر نیز ساخته
شوند . علاوه برآن ، الگو گرفتن از اصول طراحی طبیعت ، نقش مهمی در کاربردهای
صنعتی محصولات طبیعی ایفا کرده و علم بیونیک اهمیت خاصی پیدا خواهد کرد .
منبع:
www.Automotive-eng.blogfa.com
انجمن
فني مهندسي آينده سازان خودرو