บทบาทของคาร์บอนไฟเบอร์ในอุตสาหกรรมยานยนต์
ไม่ว่าจะเป็นการปรับปรุงผลิตภัณฑ์ที่มีอยู่หรือการออกแบบผลิตภัณฑ์ใหม่ทั้งหมด การเลือกวัสดุตัวรถเป็นขั้นตอนที่สำคัญมากสำหรับผู้ผลิตรถยนต์
คอมโพสิตเป็นวัสดุประเภทที่ใหญ่เป็นอันดับสองรองจากโลหะเหล็กและโลหะผสม (68 เปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักรถ) และมีการใช้งานที่หลากหลายในอุตสาหกรรมยานยนต์ พลาสติกถูกใช้ในส่วนประกอบภายใน ประตูและที่นั่ง และคิดเป็นประมาณ 50 เปอร์เซ็นต์ของรถยนต์เพื่อการพาณิชย์ การใช้พลาสติกมีการพัฒนาอยู่ตลอดเวลา และมีการใช้พลาสติกในยุคแรกๆ เนื่องจากมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดี มีลักษณะที่ยอดเยี่ยม ระบายสีได้เอง เป็นต้น แต่ตอนนี้ ส่วนใหญ่ใช้พลาสติกในรถยนต์ โดยคิดเป็นสัดส่วนประมาณ 10-15 เปอร์เซ็นต์ของพลาสติก น้ำหนักรวมของรถ เนื่องจากน้ำหนักเบา ทนทาน ทนทาน การออกแบบที่ยืดหยุ่น ทนต่อการกัดกร่อน ประสิทธิภาพสูง และต้นทุนต่ำ
เทคโนโลยีวัสดุคอมโพสิตล่าสุดมีข้อได้เปรียบเหนือวัสดุทั่วไปในอุตสาหกรรมยานยนต์ ทุกวันนี้ คอมโพสิตเป็นวัสดุที่มีแนวโน้มดีสำหรับการใช้งานหลายประเภท คอมโพสิตพลาสติกเสริมแรงด้วยไฟเบอร์เป็นวัสดุที่เบากว่าซึ่งมีข้อได้เปรียบมากมายสำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์ เนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำและพลังงานที่มีศักยภาพในการลดน้ำหนักรถ คอมโพสิตเป็นตัวแทนในอุดมคติสำหรับโครงสร้างโลหะที่ดูดซับพลังงานกระแทกในการใช้งานยานพาหนะและการทหาร เนื่องจากคุณลักษณะประสิทธิภาพการกระแทกที่ได้รับการปรับปรุง ความสามารถในการดูดซับพลังงาน น้ำหนักเบา และความต้านทานการกัดกร่อน ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมและคุณสมบัติทางเคมีอื่นๆ สามารถช่วยให้ผู้ผลิตยืดอายุของส่วนประกอบแต่ละชิ้นและยานพาหนะทั้งหมดได้ การปรับปรุงการออกแบบรถยนต์ การเปลี่ยนแปลงข้อกำหนดด้านกฎระเบียบ การมุ่งเน้นที่ความยั่งยืน และการใช้วัสดุน้ำหนักเบาในรถยนต์ ส่งผลให้ส่วนประกอบพลาสติกเติบโตอย่างมากในอุตสาหกรรมยานยนต์ พลาสติกสามารถขึ้นรูปเป็นรูปทรงที่ซับซ้อนจากวัตถุดิบที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ และมีโพลีเมอร์หลายชนิด ซึ่งทำให้ง่ายต่อการเปลี่ยนในชิ้นส่วนต่างๆ และง่ายต่อการประกอบเข้ากับอุปกรณ์เสริม การเพิ่มขึ้นของการใช้พลาสติกและการนำไปใช้ในส่วนประกอบภายนอกและภายในรถยนต์นั้นแสดงไว้ในกราฟ
คาร์บอนไฟเบอร์หมายถึงวัสดุที่ทำจากอะตอมของคาร์บอนที่จัดเรียงเป็นผลึกยาวๆ และทอเป็นผ้า ผ้าที่ผสมกับอีพอกซีเรซินสามารถขึ้นรูปได้เกือบทุกรูปร่างที่ไม่สามารถสร้างด้วยวัสดุแบบดั้งเดิมได้ อุตสาหกรรมยานยนต์จึงเริ่มใช้คาร์บอนไฟเบอร์เพื่อสร้างส่วนประกอบที่แข็งแรงและน้ำหนักเบาเพื่อเพิ่มความเร็ว ปรับปรุงหลักอากาศพลศาสตร์ และประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง พลาสติกเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ (CFRP) เป็นวัสดุคอมโพสิตที่มีราคาแพง น้ำหนักเบา ทนทาน แต่เมื่อใช้ทำตัวกล้อง จะเบากว่าตัวเหล็กมากกว่า 50 เปอร์เซ็นต์ และเบากว่าตัวอะลูมิเนียม 30 เปอร์เซ็นต์ มีข้อดีหลายประการเหนือโลหะทั่วไป ความต้านทานแรงดึง น้ำหนักเบา ทนต่อสารเคมี ทนต่ออุณหภูมิสูง และการขยายตัวทางความร้อนต่ำ ทำให้เหมาะสำหรับงานที่ต้องการโครงสร้างรับน้ำหนัก ทำให้เกิดรูปร่างและชิ้นส่วนที่ซับซ้อน ความสามารถในการผลิตและแรงดึงและแรงอัดสูง ความแข็งแรงของ CFRP ทำให้ CFRP สามารถทดแทนวัสดุแบบดั้งเดิมได้ เช่น เหล็ก ในการใช้งานหลายอย่าง เช่น แผงตัวถัง ระบบกันสะเทือน พวงมาลัย เบรก (ซิลิกอนคาร์ไบด์เสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์) และอุปกรณ์เสริมอื่นๆ CFRP ยังคงใช้เป็นหลักสำหรับองค์ประกอบที่ไม่มีโครงสร้างและการตกแต่ง แต่ในทศวรรษที่ผ่านมามีความก้าวหน้าที่สำคัญในการใช้งานโครงสร้างและมีศักยภาพในการผลิตโครงสร้างแชสซี กันชน แท่นเครื่องยนต์ แผงหลังคา บังโคลนหลัง กระโปรงหน้ารถ และโครงสร้างแข็ง .
ดังจะเห็นได้จากตัวเลข ในปี 2555 อุตสาหกรรมยานยนต์คิดเป็นร้อยละ 5 ของการใช้คาร์บอนไฟเบอร์ทั่วโลก (2150 ตัน) และเติบโตอย่างต่อเนื่องในปีต่อๆ ไป เหตุผลก็คือการเปลี่ยนแปลงกฎหมายและความชอบของผู้บริโภคทำให้ผู้ผลิตรถยนต์ต้องใช้คาร์บอนไฟเบอร์เพื่อผลิตรถยนต์ที่ใช้งานเบาซึ่งกินเชื้อเพลิงอย่างมีประสิทธิภาพและปล่อยคาร์บอนน้อยลงเมื่อใช้งาน ตามการคาดการณ์ของตลาด CRP ทั่วโลกในปี 2013 การใช้งานคาร์บอนไฟเบอร์ในอุตสาหกรรมยานยนต์คาดว่าจะเติบโตประมาณ 34% ต่อปี ซึ่งสูงถึงเกือบ 23,000 ตันภายในปี 2020
วัสดุคอมโพสิตมีศักยภาพและความเป็นไปได้ที่ยอดเยี่ยมสำหรับการผลิตส่วนประกอบและโครงสร้างยานยนต์ที่มีน้ำหนักเบา Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRP) ซึ่งมีคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับความต้องการของอุตสาหกรรมยานยนต์ กำลังสร้างผลกระทบ ซึ่งยังใช้ทำโครงสร้างตัวถังและส่วนประกอบยานยนต์อื่นๆ ด้วย แม้ว่าพลาสติกและคอมโพสิตอาจเป็นส่วนหนึ่งของโซลูชั่นหลักสำหรับผู้ผลิตรถยนต์ ต้นทุนการผลิตของเส้นใยเหล่านี้สูงเกินไป และการวิจัยในการผลิตเส้นใยและคอมโพสิตต้นทุนต่ำได้จุดประกายความสนใจของอุตสาหกรรม ซึ่งนำไปสู่การพัฒนาส่วนประกอบหลักของตัวรถ . สามารถใช้ไฟเบอร์ในขนาดปานกลางและขนาดใหญ่ได้ ช่วยลดน้ำหนักและปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงของรถยนต์
