تولید ارزانتر فیبر کربن و چشم انداز آن در صنعت خودرو

امروزه فیبر کربن به یک ماده حیاتی در زندگی مدرن تبدیل شده است. از هواپیمای بوئینگ ۷۸۷ گرفته تا کفش، راکت تنیس، چوب گلف، چوب ماهیگیری و لوازم تزئینی و لوکس، از این کامپوزیت بی همتا بهره می گیرند.

در دنیای خودرو هم استفاده از کامپوزیتهای تقویت شده با فیبر کربن که به اختصار کربن فایبر (CF) نیز نامیده می شود، به ۴۰ سال پیش بر می گردد. با این وجود استفاده از این مواد به آهستگی گسترش یافته تا امروز در انواع خودروهای سوپر اسپرت و تیونینگ شده، شاهد حضور پر رنگ این الیاف زیبا و گران قیمت باشیم.

ترکیب الیاف گرافیتی کربن بافته شده با رزین در لایه های متناوب می تواند منجر به ساخت قطعه ای با کیفیت و مقاومت بالا و در عین حال سبک و شیک شود. از سوی دیگر هزینه بالای تولید که بیش از ۲۰ دلار در هر کیلوگرم می باشد، می تواند بزرگترین مانع در صنایع برای استفاده از الیاف کربن باشد. این در حالیست که این هزینه تنها شامل مواد اولیه می باشد و ساخت قطعات نیاز به دقت بالا و ظرافت و در عین حال زمانی طولانی برای پخت دارد.

برای کاهش هزینه تولید در صنایع خودروسازی، هر کدام از شرکتها راهکار منحصر به فرد خود را بکار گرفته اند. که عمدتا شامل شراکت با سازندگان بزرگ این مواد یا سرمایه گذاری روی روشهای صنعتی تولید می شود.
قسمت عمده هزینه تولید فیبرها از پلی اکریلو نیتریل (PAN) به میزان انرژی الکتریکی مورد نیاز این رشته ها برای تبدیل به الیاف گرافیتی مربوط می شود. بنابراین BMW با کمک توربینهای بادی و خورشیدی و تاسیسات نزدیک به یک سد با برق آبی، هزینه های برق مصرفی کارخانه را به ۲.۸ سنت به ازای هر کیلو وات کاهش داده که ۶۰ درصد کمتر از میانگین هزینه برق مصرفی در تاسیسات SGL می باشد. این امر یکی از بهترین روشهای کاهش هزینه تولید الیاف می شود. یکی دیگر از سرمایه گذاریهای مشترک بین SGL و میتسوبیشی برای تولید الیاف از ابریشم مصنوعی و با تکنیک گرم کردن تدریجی است.
در مرحله نهایی تا ۵۰ هزار نخ از الیاف کربن برای ایجاد یک نوار کربنی در هم تنیده و بافته می شوند. این نوارها در نهایت در ساختارهایی نظیر مشبک یا راه راه، بافته و تبدیل به پارچه می شوند. در نهایت برای ساخت هر قطعه از بدنه خودرویی مثل ب ام و i8 یا i3 باید از روی هم نهادن حداقل ۵ لایه از این پارچه های برش داده شده همراه با تزریق مقدار کافی رزین و سایر مواد و سپس پخت در اتوکلاو نام برد. مرحله پخت اکنون با روشهای سرد و گرم کردن اتوکلاو توسط روغن تنها ۱۷ دقیقه زمان می برد و یک تاسیسات بزرگ نظیر Plasan میشیگان قادر است سالانه ۴۰ هزار قطعه برای خودروهای کوروت، وایپر و احتمالا نسل بعدی خودروی الکتریکی ولت تولید کند.
آزمایشها نشان می دهد که استفاده از قطعات فیبر کربنی با کاهش مصرف سوخت و افزایش پیمایش به میزان ۱۰ درصد، در نهایت نسبت به نمونه های فولادی یا آلومینیومی به صرفه نیز می باشد. مخصوصا زمانیکه بدانیم تا سال ۲۰۲۵ میزان مصرف سوخت خودروها باید به ۴.۳ لیتر در صد کیلومتر کاهش یابد.