مواد بلاستيكية مبتكرة للأجزاء الهيكلية للسيارات

في السيارات الحديثة، يشكل البلاستيك حوالي 15-201 تيرابايت من وزن السيارة، على الرغم من أنه يمكن أن يمثل ما يصل إلى 501 تيرابايت من حجم السيارة ^[1]. وقد استمر استخدام البلاستيك في صناعة السيارات في الزيادة على مر السنين، مدفوعًا بدفع شركات صناعة السيارات نحو تخفيف الوزن.

يساعد جعل السيارات أخف وزناً على تحسين الاقتصاد في استهلاك الوقود. ومع التحول نحو مركبات الطاقة الجديدة (NEVs)، فإن الوزن الخفيف هو المفتاح لتهدئة القلق بشأن المدى. ومن المتوقع أن يشكل 301 تيرابايت من وزن السيارة بحلول عام 2030. تستخدم السيارات الحديثة المواد البلاستيكية في كل من المكونات الهيكلية الخارجية والداخلية. وبالتالي، يعتمد تصنيف مواد السيارات على استخدامها على النحو التالي;

• مواد بلاستيك السيارات للأجزاء الخارجية: يمكن أن تلعب أدوارًا جمالية ووظيفية. وبسبب موقعها، يجب أن تكون مقاومة للعوامل الجوية (على سبيل المثال، مقاومة للأشعة فوق البنفسجية)، وأن تكون ذات قوة تأثير عالية، وأن يكون لها المظهر المطلوب. ومن الأمثلة على المكونات الخارجية المصنوعة من البلاستيك الشبكات، والمصدات، والمصدات، والمصدات، ومقابض الأبواب.
• بلاستيك للأجزاء الداخلية: كما يمكن أن تؤدي المواد البلاستيكية المستخدمة في التصميمات الداخلية للمركبات أدواراً تزيينية أو وظيفية. ومن المتوقع أن تحتوي على مركبات عضوية متطايرة منخفضة، وهو أمر بالغ الأهمية لجودة الهواء الداخلي ^[2]. تشمل الخصائص المهمة الأخرى للمواد البلاستيكية المستخدمة في صناعة السيارات للأجزاء الداخلية الراحة ومقاومة الخدوش. ومن الأمثلة على ذلك ألواح الأبواب ولوحات العدادات ووحدات التحكم المركزية وفتحات التهوية.
• مواد بلاستيكية للأجزاء الهيكلية للسيارات: ويشار إليها أيضاً بالبلاستيك تحت الغطاء. خاصيتها الأساسية هي المقاومة العالية للمواد الكيميائية والحرارة والتآكل، لأنها تعمل في بيئة قاسية. تُعد مشعبات سحب الهواء وأغطية المحرك أمثلة على الأجزاء المصنوعة من البلاستيك تحت غطاء المحرك.  

اعتبارات تصميم قطع غيار السيارات الخارجية وموادها

يجب أن يحقق تصميم الأجزاء الخارجية للسيارات باستخدام مواد القولبة بالحقن في السيارات توازنًا بين الكفاءة التشغيلية والجاذبية الجمالية والجدوى على المدى الطويل. يجب على المصممين مراعاة التوحيد القياسي والتسلسل والتعميم لتحسين الجودة وخفض التكاليف.

• التوحيد القياسي: يقلل استخدام الأجزاء القياسية الجاهزة أو الالتزام بالأبعاد القياسية في الصناعة من وقت التصميم ويحسن التوافق.
• التسلسل: يؤدي استخدام نفس التصميم الأساسي لإنتاج أحجام أو قدرات مختلفة إلى تحسين وفورات الحجم.
• التعميم: يقلل استخدام قطع متطابقة، مثل مقابض الأبواب نفسها، في موديلات السيارات المختلفة من التعقيد ويعزز سهولة الصيانة.

يجب أيضًا وضع المبادئ الهندسية المتمثلة في العقلانية والتقدم وسهولة الصيانة والموثوقية والاقتصاد وقابلية التصنيع في الاعتبار لضمان أن يكون الجزء فعالاً من حيث التكلفة ومتينًا وعمليًا.

لماذا يستخدم البلاستيك في تصنيع قطع غيار السيارات

تؤثر عدة عوامل رئيسية على الاستخدام المتزايد للمواد البلاستيكية في الأجزاء الهيكلية للسيارات. ويبقى الوزن الخفيف على رأس هذه العوامل. وقد أدى تحقيق خفض الوزن إلى تعزيز الاقتصاد في استهلاك السيارات للوقود. فكلما كانت السيارة أخف وزناً، انخفضت كمية الطاقة التي تتطلبها السيارة للتحرك. تشمل العوامل الأخرى التي تفضل استخدام البلاستيك في قطع غيار السيارات ما يلي:

• مخاوف تتعلق بالسلامة: تم تصميم المواد الجديدة المستخدمة في السيارات لامتصاص الطاقة وإعادة توزيعها بشكل أفضل أثناء الاصطدام. فعلى سبيل المثال، تقلل مواد المصد الأكثر ليونة من مخاطر الإصابة في حالات الاصطدام المنخفضة مقارنة بالمصدات الصلبة.
• قمع الضوضاء والاهتزازات: يمتص البلاستيك الاهتزازات، مما يساعد في إخماد الضوضاء. وبفضل المواد البلاستيكية، يمكن لصانعي السيارات التخلص من الوزن الزائد الذي يصاحب استخدام مواد مخففة للصوت لتحقيق التأثير نفسه. وهذا ما يجعل القيادة أكثر هدوءاً وراحة.
• الجماليات ومرونة التصميم: يمكن قولبة البلاستيك في أشكال معقدة باستخدام تقنيات قولبة دقيقة. وبالتالي، يتمتع صانعو السيارات بالمرونة اللازمة لإنشاء تصميمات معقدة وممتعة من الناحية الجمالية، مما يلغي الحاجة إلى المعالجة الثانوية المكلفة.
• مقاوم للعوامل الجوية: تم تصميم العديد من مواد السيارات الجديدة لتحسين خصائصها مثل مقاومة التآكل والمواد الكيميائية والأشعة فوق البنفسجية والصدأ ودرجات الحرارة القصوى. وتزيد هذه الخصائص المحسّنة من متانتها في التطبيقات الواقعية.
• الأثر البيئي والاستدامة: يتحول تركيز صناعة السيارات نحو الاستدامة. يتم دمج المواد البلاستيكية المعاد تدويرها بشكل متزايد في قطع غيار السيارات لأنه يسهل إعادة تدويرها. كما أن عملية تصنيع البلاستيك عادةً ما تكون أقل استهلاكاً للطاقة مقارنةً بإنتاج المعادن.

المتطلبات المادية للأجزاء الخارجية الشائعة للسيارات

يؤثر مزيج من لوائح السلامة والتعرض البيئي القاسي وكفاءة التصنيع والمتطلبات الجمالية على اختيار المواد المستخدمة في الأجزاء الخارجية للسيارات. على سبيل المثال، تتعرض أجزاء السيارات الخارجية لعوامل بيئية مثل الأشعة فوق البنفسجية ودرجات الحرارة القصوى والتعرض للمواد الكيميائية.

إلى جانب العوامل البيئية، تتعرض الأجزاء الخارجية أيضًا لعوامل ميكانيكية مثل التآكل والصدمات. ولذلك، يجب أن تكون مصنوعة من مواد خاصة بالسيارات تحافظ على شكلها على مدار دورة حياة السيارة وتتحمل الأحمال الهيكلية.

المتطلبات المادية للمصدات

إن مصدات السيارات الحديثة عبارة عن هياكل معقدة تتضمن مكونات إلكترونية مثل الكاميرات وأجهزة الاستشعار. بالإضافة إلى ذلك، من المتوقع أن تلبي متطلبات السلامة التنظيمية. وبالتالي، من المتوقع أن توازن المواد المستخدمة في صناعة مصدات السيارات بين امتصاص الصدمات والمتانة والقوة الهيكلية والفعالية من حيث التكلفة.

المادة الأساسية التي يشيع استخدامها في الأغلفة الخارجية للمصدات المصبوبة بالحقن هي البولي بروبيلين. وهي مفضلة لأنها خفيفة الوزن ومرنة ومقاومة للصدمات والمواد الكيميائية. ولتحسين صلابته ومقاومته للصدمات، غالبًا ما يتم تعديله بحشوات أو مطاط، على سبيل المثال، الأوليفينات البلاستيكية الحرارية (TPO).

عادةً ما تُصنع مصدات السيارات الفاخرة أو الراقية من مزيج PC+ABS. وتوفر هذه المادة الهجينة ثباتاً وصلابة وجودة سطح فائقة مقارنةً بالبولي بروبيلين بولي بروبيلين النقي. تختلف المعالجة السطحية الموصى بها حسب المادة المستخدمة في صنع المصد.

مواد بلاستيك السيارات لأضواء السيارات

يجب أن تتمتع مواد حقن حقن السيارات المخصصة لإضاءة السيارات بمزيج من الثبات الحراري الكبير، والشفافية البصرية العالية، ومقاومة الطقس، ومقاومة الصدمات. تُصنع إضاءة السيارات الحديثة في الغالب من مواد بلاستيكية حرارية متخصصة لمرونة التصميم وخفة الوزن.

تختلف متطلبات أجزاء إضاءة السيارات المختلفة. على سبيل المثال، من المتوقع أن تتمتع العدسات بنفاذية عالية للضوء، وثبات الأشعة فوق البنفسجية، بالإضافة إلى مقاومة الصدمات والمواد الكيميائية. يجب أن تتحمّل المواد المستخدمة في المصابيح الأمامية ومصابيح الضباب الحمل الحراري العالي (100 درجة مئوية إلى 190 درجة مئوية). من ناحية أخرى، تتطلب المصابيح الخلفية مواد بلاستيكية خاصة بالسيارات مع قابلية عالية للتشكيل للأشكال المعقدة.

تعتبر المعالجة السطحية جزءًا أساسيًا من إضاءة السيارات. يمكن للمعالجة إما أن تحسّن أداء المكوّن البلاستيكي أو تطيل عمره الافتراضي. فيما يلي المعالجات الشائعة لمكونات إضاءة السيارات المختلفة.

• طلاء مقاوم للأشعة فوق البنفسجية: تعتبر هذه المعالجة إلزامية للمصابيح الأمامية للكمبيوتر الشخصي لمنع التلف الناتج عن التعرض لأشعة الشمس.
• طلاء مقاوم للخدوش: يتم تطبيق الطلاء الصلب على الكمبيوتر الشخصي لزيادة مقاومته للخدوش الناتجة عن حطام الطريق والغسيل.
• تفريغ المعادن: يتم تطبيق هذه المعالجة على العاكسات لجعلها عاكسة.
• طلاء مقاوم للماء: يعمل الطلاء المضاد للضباب على تحسين الرؤية في الظروف الرطبة من خلال صد الماء.

متطلبات مواد السيارات للشبكات

تلعب الشبكات أدوارًا جمالية ووظيفية. لذلك، يجب أن توازن المواد البلاستيكية المستخدمة في إنتاج شبكات السيارات بين المتانة والجاذبية الجمالية. والسبب هو أنها تتعرض باستمرار للظروف البيئية القاسية وحطام الطريق وحرارة المحرك.

ومن الخصائص الأخرى التي يجب أن تتسم بها المواد المستخدمة في صناعة شبكات السيارات ثبات الأبعاد، والطبقة النهائية الجيدة للسطح، ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية، وخفة الوزن. المادة الأكثر شيوعاً للشبكات هي ABS. وهي مفضلة لمقاومة الصدمات العالية والصلابة وسهولة تشكيل الأشكال المعقدة.

يُعد أكريلونيتريل ستايرين أكريليت الستايرين (ASA) بديلاً رائعًا عن أكريلونيتريل ستايرين أكريليت. تُصنع الشبكات السوداء المزخرفة في الغالب من البولي بروبيلين البولي بروبيلين لأنها فعالة من حيث التكلفة ويمكنها مقاومة درجات حرارة تصل إلى 130 درجة مئوية. تشمل المعالجات السطحية الشائعة الطلاء الكهربائي، والطلاء، والطلاء بالأشعة فوق البنفسجية، والتركيب، والمعالجة بالبلازما. تعتمد المعالجة السطحية الدقيقة على المادة وما تريد الشركة المصنعة تحقيقه.

مواد السيارات لبطانات مبيت العجلات

تم تصميم واقيات الرذاذ أو بطانات الرفارف الداخلية لحماية المحرك والهيكل والأجزاء الهيكلية من الحطام والرطوبة. فهي عرضة للإجهاد البيئي الشديد والتآكل المستمر من حطام الطريق.

من المتوقع أن تتمتع مواد حقن حقن السيارات لبطانات مبيت العجلات بمقاومة عالية للصدمات والتآكل، وثبات في درجات الحرارة، ومقاومة كيميائية، ومتانة، وتساهم في الحد من الضوضاء.

تتم المعالجة السطحية للمواد البلاستيكية لبطانات مبيت العجلات الخاصة بالسيارات إما لمنعها أو تحسينها أو إصلاحها.

• طلاءات مثبتة بالأشعة فوق البنفسجية: لمنع التشقق والبهتان والهشاشة الناتجة عن التعرض لأشعة الشمس لفترات طويلة.
• الطلاءات الكارهة للماء: يُستخدم لتجديد البلاستيك الباهت.
• الطلاءات اللاصقة: يُستخدم في الغالب على الجانب الخلفي من اللباد لضمان التصاقه بشكل صحيح بمبيت العجلة لمنع حدوث فجوات.

مواد السيارات لأغطية العجلات

يتعرض غطاء العجلة باستمرار لحطام الطريق والعوامل البيئية مثل الحرارة وملح الطريق والأشعة فوق البنفسجية من الشمس. لذلك، يجب أن تكون المواد البلاستيكية المستخدمة في أغطية عجلات السيارات متينة للغاية ومقاومة للصدمات والتآكل.

المادة الشائعة الاستخدام هي ABS. وهي فعّالة من حيث التكلفة وخفيفة الوزن ومقاومة للتآكل بدرجة كبيرة. البولي كربونات هي الأفضل للظروف المناخية القاسية أو الاستخدامات على الطرق الوعرة بسبب مقاومتها الفائقة للصدمات.

المواد البلاستيكية لشبكات المبرد الخاصة بالسيارات

تخدم شبكات الرادياتير غرضاً مزدوجاً يتمثل في حماية الرادياتير وتمكين دخول الهواء لتبريد المحرك. إن ABS وألياف الكربون هما المادتان الموصى بهما لشبكات المبرد. فهي خفيفة الوزن ومقاومة للضغوطات البيئية.

عادةً ما تخضع شبكات المبرد ABS للطلاء بالكروم لتحسين جمالياتها وإضفاء لمسة نهائية شديدة اللمعان. ويُعد طلاء مثبط الأشعة فوق البنفسجية معالجة شائعة أخرى لمنع التشقق والاصفرار والتدهور من التعرض للأشعة فوق البنفسجية.

التوصية بالمواد وتلميع لوحات الترخيص

يجب أن يفي تصميم لوحات الترخيص بالمعايير الهندسية والقانونية الصارمة، بما في ذلك الامتثال لكاميرات المرور الآلية. ويشمل ذلك ضمان وضوحها ليلاً وقابليتها للقراءة ومتانتها. يجب أن تفي بالمعاملات القياسية للانعكاس العكسي (ASTM E-810) للرؤية بواسطة المصابيح الأمامية ^[3].

البولي كربونات، وهو أقوى 250 مرة من الزجاج، هو المادة البلاستيكية الموصى بها للسيارات في البيئات القاسية. غالباً ما يُستخدم الأكريليك في اللوحات المخصصة أو لوحات العرض بسبب لمعانه العالي وحيوية ألوانه الممتازة. ومع ذلك، فهو أقل متانة من البولي كربونات. تشمل المعالجات السطحية الشائعة لمواد الكمبيوتر الشخصي للسيارات للوحات السيارات ما يلي:

• طلاء واقي شفاف: طلاء علوي شفاف مقاوم للعوامل الجوية يمنع الاصفرار أو البهتان.
• رقائق الختم الساخنة: يُستخدم لتلوين الأحرف المنقوشة لتحسين وضوح القراءة.
• طلاء مستقر للأشعة فوق البنفسجية: يمنع الاصفرار من التعرض للأشعة فوق البنفسجية.

توصيات ومعالجة مواد عتبات الأبواب في السيارات

إنها مكونات أفقية مهمة تحت إطار الباب. بالإضافة إلى ذلك، فهي تدعم السلامة الهيكلية وتمنع تسرب الماء والهواء. ومن المفترض أن تتحمل حركة الأقدام الكثيفة أيضاً. لذلك، من المتوقع أن تتمتع المادة المثالية بمقاومة الرطوبة والعفن.

المواد المركبة المكونة من ألياف الخشب والبلاستيك مقاومة للعفن وممتازة للمناطق عالية الرطوبة. طلاء المسحوق هو معالجة شائعة غالباً ما تُستخدم لإضفاء لمسة نهائية مخصصة بالألوان تقاوم البهتان والخدوش. يمكن أيضاً إجراء التركيب أو الحفر لتحسين السلامة.

التوصية بمواد القوالب الجانبية للسيارات ومعالجتها

مثل أي جزء خارجي آخر، يجب أن تقاوم المواد المستخدمة في القوالب الجانبية للهيكل العناصر والمواد الكيميائية والصدمات، ويجب أن تكون متوافقة مع الالتصاق الجيد. ABS هو الخيار الأكثر شيوعاً. ومع ذلك، تُستخدم مواد البولي يوريثان (PU) وTPO وPP على نطاق واسع للمناطق عالية التأثير، وتحقيق لمسة نهائية سوداء غير لامعة ممتازة وفعالية من حيث التكلفة على التوالي. 

واعتماداً على المادة، يمكن أن تشمل المعالجة الطلاء بالكروم والطلاء بالأشعة فوق البنفسجية والطلاء الشفاف. على سبيل المثال، عادةً ما يتم طلاء ABS بالكروم لتوفير مظهر فاخر شديد اللمعان.

المتطلبات المادية للمكونات الداخلية الشائعة في السيارات

عادة ما تكون الراحة والسلامة هما الشاغلان الأساسيان عند اختيار المواد الداخلية للأجزاء الهيكلية للسيارات. فعلى سبيل المثال، يجب أن تتوافق المواد مع انبعاثات المركبات منخفضة التطاير (FMVSS 302) وأن تكون مثبطة للهب ^[4]. كما يجب أن تكون ذات سطح جيد لتحسين راحة المقصورة.

تشمل مواد القولبة بالحقن الشائعة الاستخدام في السيارات للأجزاء الداخلية ما يلي: البولي بروبيلين بولي بروبيلين وABS ومزيج PC+ABS وTPE وكلوريد البولي فينيل والبولي يوريثان. كل مادة من هذه المواد لها نقاط قوتها وضعفها التي تؤثر على استخدامها.

التوصية بمواد لوحات الأدوات ومعالجتها

يجب أن تتسم لوحات العدادات بسلامة هيكلية عالية، وأن تفي بقواعد السلامة، وأن تكون جذابة من الناحية الجمالية. وغالباً ما تتميز لوحات العدادات الحديثة في السيارات الفاخرة بهيكل ناعم الملمس. أما في السيارات الاقتصادية، فعادةً ما تكون عادةً ذات هيكل صلب مصبوب بالحقن.

من المتوقع أن تتمتع المادة المناسبة بالثبات الحراري الجيد والقوة الميكانيكية لدعم المكونات الثقيلة مثل الوسائد الهوائية وامتصاص الصدمات وأن تكون جميلة من الناحية الجمالية. المادة البلاستيكية الشائعة الاستخدام في صناعة السيارات للألواح الصلبة هي PP+Talc/EPDM. وهي فعالة من حيث التكلفة وتوفر صلابة ممتازة. وتشمل خيارات المواد الأخرى PC/ABS لقوة أعلى والبولي بروبيلين المقوى بالألياف الزجاجية الطويلة من أجل السلامة الهيكلية الصلبة.

عادةً ما يتم تحقيق الأسطح ناعمة الملمس باستخدام إحدى مواد التغطية التالية: PVC، أو TPO، أو PU. تُستخدم المعالجة بالبلازما عادةً لجعل البلاستيك قابلاً للطلاء أو الغراء. وعادةً ما يتم استخدام طبقة شفافة واقية من الأشعة فوق البنفسجية لمنع تدهور الأشعة فوق البنفسجية وتلاشي الطبقات العلوية. قد تحتاج ألواح العدادات المصنوعة من البولي بروبيلين البولي بروبيلين إلى طلاء مضاد للكهرباء الساكنة لتقليل جذب الغبار.

مواد السيارات لألواح الأبواب وتطعيمات الأعمدة

يمكن تصنيع ركيزة أو قلب ألواح الأبواب من البولي بروبيلين المقوى بسبب خصائصه المواتية، بما في ذلك التكلفة المنخفضة والكثافة المنخفضة وقابلية التشكيل العالية. كما يمكن استخدام مركبات ABS ومركبات الألياف الطبيعية (NFC) لتحقيق خفض الوزن. وتُعد المواد البلاستيكية القائمة على قرص العسل مادة جديدة في صناعة السيارات تكتسب اهتماماً بسبب نسبة الصلابة العالية إلى الوزن وخصائصها الصوتية الأفضل.

تُصنع ديكورات الأعمدة في الغالب من مواد حقن حقن السيارات، ABS، PC+ABS، وPP. عادةً ما تُصنع الهياكل الممتصة للطاقة خلف الحواف باستخدام رغوة البولي يوريثان.

تُعدّ الطلاءات ناعمة الملمس أكثر المعالجات شيوعاً التي يتم تطبيقها على المواد البلاستيكية الصلبة لجعلها ناعمة الملمس وتحسين المظهر الداخلي الفاخر. تُستخدم التطعيمات الزخرفية على حواف الأعمدة لإضفاء مظهر الألومنيوم المصقول أو ألياف الكربون.

التوصية بمواد المقابض الداخلية ومعالجتها

يجب أن توازن المقابض الداخلية بين الأداء الوظيفي والمتانة والجماليات. وعادةً ما تُصنع من مواد يمكنها تحمل الاستخدام اليومي المتكرر دون أن تفقد جودتها النهائية وسلامتها الهيكلية. ABS، PC+ABS، PC+ABS، PP المقوى بالألياف الزجاجية، PMMA، وTPO هي المواد الشائعة المستخدمة في صناعة المقابض الداخلية. تشمل المعالجة:

• الطلاء الكهربائي: يضفي لمسة نهائية معدنية عاكسة عالية المقاومة للتآكل
• الطلاء: يتم طلاء مواد ABS أو PC+ABS لتحقيق ملمس معين.
• طلاء: يغطي الغلاف الصلب بطبقة مطاطية مرنة ومخصصة لإضفاء ملمس راقي.
• معالجة الأسطح بالبلازما: يُستخدم لتعزيز التصاق السطح للطباعة أو الطلاء.

مواد السيارات لعجلات القيادة ومعالجتها

 تحتوي السيارات الحديثة على عجلات توجيه معقدة توازن بين الجماليات والسلامة والمتانة وبيئة العمل. إن المتطلبات المادية لعجلات التوجيه صارمة. ومن الناحية المثالية، فهي تتميز بهيكل معدني قوي وخفيف الوزن محاط بحشوة بلاستيكية ناعمة ومغطاة بغطاء متين.

مادة القولبة بالحقن تحت السطح للسيارات هي رغوة البولي يوريثان. وهي توفر ملمسًا متينًا ويمكن تخصيصها بسهولة لملمس وكثافة ولون محددين. الطلاء داخل القالب هو المعالجة الرئيسية التي تُعطى لرغوة البولي يوريثان لإنتاج سطح غير لامع موحد. كما أنه يغني عن الحاجة إلى الطلاء.

مواد ومعالجة مسند الذراع في الكونسول المركزي الموصى بها

تعمل قطع غيار السيارات هذه على سد الفجوة بين جماليات التصميم الداخلي والراحة وبيئة العمل. فهي تتحمل التلامس الجسدي على المدى الطويل. ولذلك، فإن الخاصية المهمة التي يجب أن تتمتع بها المادة المناسبة هي المتانة ومقاومة التآكل. كما يجب أن تكون مقاومة للزيوت والبقع.

مادة السيارات الموصى بها للقاعدة الهيكلية هي بلاستيك ABS. يمكن أن تكون الحشوة إما مصنوعة من البولي بروبيلين الممدد أو رغوة الذاكرة لتعزيز توزيع الضغط. الغطاء الخارجي مصنوع إما من جلد البولي يوريثان أو من جلد الألياف الدقيقة. للحصول على مظهر وملمس ناعم ورائع.

من المهم وضع طلاءات نهائية مقاومة للأشعة فوق البنفسجية إذا تم استخدام الجلد الصناعي لمنع التشقق أو البهتان. غالباً ما يتم وضع طلاءات النانوسيراميك النانو على الجلد لإنشاء طبقة كارهة للماء ومقاومة للبقع. يحافظ ذلك على النعومة ويسمح للسوائل بالتدحرج.

المتطلبات المادية للأجزاء الوظيفية الشائعة في السيارات

وهي مكونات ميكانيكية وإلكترونية أساسية تسمح للسيارة بالعمل بأمان. تشمل الأجزاء الوظيفية الرئيسية غير التجميلية المصنوعة من مواد بلاستيكية خاصة بالسيارات فتحات سحب الهواء وصناديق القفازات وأغطية المحرك.

مواد ومعالجة مشعبات سحب الهواء الموصى بها

تعد مشعبات سحب الهواء من مكونات المحرك الحيوية التي توزع الهواء أو مخاليط الهواء والوقود على الأسطوانات. ونظراً لدرجات حرارة التشغيل العالية التي تصل إلى 150 درجة مئوية، يجب أن تتمتع المواد المناسبة للسيارات بثبات حراري ممتاز وقوة ميكانيكية عالية.

تستخدم السيارات الحديثة اللدائن المقواة بالألياف الزجاجية مثل البولي أميد 66. فهو يتميز بميزة التوصيل الحراري المنخفض، وخفة الوزن، ويمكن تشكيله في أشكال عداء معقدة لتحقيق أفضل تدفق للهواء، كما يتميز بمقاومة ممتازة للتآكل.

تتضمن معالجة مشعبات سحب الهواء صقل مشعبات سحب الهواء حتى تصبح ناعمة (400 إلى 1000 حصى) لزيادة سرعة تدفق الهواء. تحتفظ المشعبات الرطبة بملمس طفيف (400 إلى 600 حصى) لمنع تكدس الوقود على الجدران. يتم طلاء السطح الخارجي لتعزيز المتانة وتوفير مقاومة للحرارة.

متطلبات المواد اللازمة لصناديق القفازات في السيارات

توفر صناديق القفازات أماكن حفظ آمنة للمواد الحساسة. والاعتبار الرئيسي عند اختيار المواد المستخدمة لصناديق القفازات هو انخفاض نفاذية الغازات ومقاومة المواد الكيميائية. يجب أن يكون تشطيب السطح بحيث يتطابق مع لون وملمس لوحة العدادات.

إن المادة البلاستيكية المستخدمة عادةً في إنتاج علب القفازات هي PP+EPDM. وعادةً ما يتأثر الاختيار بالتكلفة المنخفضة والكثافة المنخفضة وقابلية التشكيل العالية. عادةً ما تُصنع الأجزاء المتحركة، مثل المفصلات والدبابيس المحورية والمزاليج، من مادة POM. ويرجع هذا الاختيار إلى أن هذه المادة تتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل والزحف.

وغالباً ما يتم استخدام التركيب داخل القالب لخلق نسيج حبيبي على المنتج. ومن المعالجات الشائعة الأخرى الطلاء الناعم الملمس للوحة الباب الخارجية لتقليل الوهج. كما يمكن استخدام الطلاء لتحقيق متطلبات جمالية محددة. يمكن تطبيق المعالجة بالبلازما على طاقة السطح لتمكين الالتصاق المناسب للدهانات.

مواد السيارات الموصى بها لأغطية المحرك

يطلق عليها إما الأغطية العلوية أو الأكفان أو أغطية جمال المحرك. وهي تخدم أغراضاً جمالية ووظيفية على حد سواء. البيئة تحت غطاء المحرك قاسية وتتطلب مادة يمكن أن تعمل في مثل هذه البيئات دون تشوه. يجب أن تكون المادة متوافقة مع لوائح السلامة فيما يتعلق بقابلية الاشتعال (على سبيل المثال، SAE J369).

PA66 المعزز بالألياف الزجاجية هو المادة الأساسية المستخدمة في صناعة السيارات بسبب مقاومته الممتازة للحرارة وثبات أبعاده العالية. قد تستخدم طرازات السيارات الاقتصادية أو طرازات السوق الشامل مادة البولي بروبيلين البولي بروبيلين لتحقيق الكفاءة من حيث التكلفة. وغالباً ما يُستخدم البولي يوريثان في الجزء الخلفي من الغطاء البلاستيكي الحراري الصلب لعزل الصوت والحرارة.

الغرض من معالجة السطح هو إما تحسين المظهر الجمالي لحجرة المحرك أو حماية المادة من العوامل البيئية. يمكن استخدام الضمادات الخالية من السيليكون ذات الأساس المائي لحماية أو استعادة الطلاء “كالجديد” على الأسطح البلاستيكية أو منع بهتانها.

الاختلافات الجوهرية بين مركبات الجليد الآلية والمركبات الكهربائية الجديدة

يعد الوزن الخفيف مفهومًا مهمًا في مركبات الطاقة الجديدة (NEVs). على سبيل المثال، تم استبدال محركات الاحتراق الداخلي الثقيلة المصنوعة من الحديد الزهر (ICEs) في السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات بحزم بطاريات أيونات الليثيوم الكبيرة والمحركات الكهربائية.

ولزيادة المدى الذي يمكن أن تقطعه حزم البطاريات في شحنة واحدة، تستخدم المركبات الكهربائية الجديدة مواد خفيفة الوزن على نطاق واسع مثل ألياف الكربون والمواد المركبة والألومنيوم لخفض وزن المركبات. تشمل الاختلافات المادية الرئيسية بين محركات الاحتراق الداخلي (ICEs) والمركبات الكهربائية الجديدة ما يلي:

1. مجموعة نقل الحركة: تستخدم محركات ICE كتل المحرك الفولاذية أو الحديدية. في المقابل، تستخدم السيارات الكهربائية محركات كهربائية وأسلاك نحاسية ثقيلة. وتتميز السيارات الكهربائية بمجموعات محركات أكثر إحكاماً بسبب قلة الأجزاء المتحركة.
2. المواد الإنشائية: ولمواجهة وزن حزم البطاريات، عادةً ما تستخدم السيارات الكهربائية المركبات أو الألومنيوم أو سبائك المغنيسيوم للمكونات الهيكلية.
3. الإدارة الحرارية: تستخدم ICEs مشعات للإدارة الحرارية. وغالباً ما تستخدم السيارات الكهربائية قطعاً بلاستيكية مصبوبة متخصصة لبناء أنظمة لتبريد البطارية بالهواء.

المواد الجديدة واتجاهات التطوير في صناعة السيارات

بدأت تظهر مواد جديدة للسيارات من شأنها إما أن تقود الجيل القادم من المركبات الكهربائية الجديدة أو تجعل عملياتها أكثر كفاءة. فعلى سبيل المثال، يعمل الباحثون على استخدام سبائك مختلفة لتخزين الهيدروجين مثل TiFe وLaNi لتخزين وقود الهيدروجين وإطلاقه لتشغيل المركبات الكهربائية الجديدة. ويجري حالياً تطوير العديد من المواد البلاستيكية المبتكرة في مجال السيارات والتي ستحدد الاتجاهات المستقبلية في صناعة السيارات.

• بلاستيك موصل: تم اكتشافه من خلال خطأ تجريبي في السبعينيات. وأظهرت الدراسات الإضافية أن إضافة اليود أثناء بلمرة الأسيتيلين خلقت مادة البولي أسيتيلين التي تزيد موصلة للضوء 30 مليون مرة. وقد استُخدمت هذه المادة الجديدة في صناعة الصمامات الثنائية الباعثة للضوء، وكانت ذات قيمة في أجهزة الاستشعار. وستثبت فائدتها في أجهزة الاستشعار في السيارات ذاتية القيادة.
• بوليمرات جديدة للتطبيقات الصناعية: PHT هو نوع جديد من البلاستيك تم تطويره بالصدفة بواسطة جانيت جارسيا. هذا البوليمر البلاستيكي أكثر صلابة من العظام ولكن وزنه يساوي تقريباً نفس حجم البلاستيك العادي. وهو قابل لإعادة التدوير 100%. وقد يُستخدم في المستقبل في تخفيف وزن المركبات الكهربائية الجديدة لتحسين كفاءة الطاقة.
• بولي تترافلورو إيثيلين: اكتشف الكيميائي روي بلانكيت هذه المادة في عام 1938. ويواصل العلماء العمل على تطوير طلاء البولي تترافلوروإيثيلين غير اللاصق الذي يمكن أن يوفر خصائص مقاومة للحرارة والتآكل. ومن المرجح أن يتحسن تطبيقه كمانع تسرب للسيارات في المستقبل.

لقد ألهم الجمع بين الرغبة في تحسين كفاءة الطاقة من خلال تخفيف الوزن وجعل صناعة السيارات أكثر صداقة للبيئة البحث في مواد جديدة. ومن المرجح أن يستمر المزيد من الأجزاء المعدنية غير الوظيفية في إفساح المجال أمام المواد البلاستيكية المصممة هندسياً.

المراجع

[1] Ortego, A., Russo, S., Iglesias-Émbil, M., Valero, A., & Magdalena, R. (2023). تقييم الطاقة الكهربائية لقطع غيار السيارات البلاستيكية. المركبات، 5(3), 1211-1226. https://doi.org/10.3390/vehicles5030067

[2] وكالة حماية البيئة الأمريكية. (2024، 14 مارس/آذار). ما هي المركبات العضوية المتطايرة (VOCs)؟ وكالة حماية البيئة الأمريكية. https://www.epa.gov/indoor-air-quality-iaq/what-are-volatile-organic-compounds-vocs

[3] ASTM International. (2020). E0810-20: الدليل القياسي لتحليل ومقارنة الطلاء الجنائي. ASTM الدولية. https://www.astm.org/e0810-20.html

[4] مختبر إيروبلاز. (بدون تاريخ). قابلية المواد الداخلية للاشتعال - FMVSS 302. مختبر إيروبليز. https://www.aeroblazelab.com/tests/flammability-interior-materials-fmvss-302