کاربرد مواد قابل بازیافت در صنعت خودرو

[Don Corleone]

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 .

منيع : فصلنامه كامپوزيت