18.5.2015.

1

MATERIJALICESTOVNIHVOZILA

Kompoziti

KompozitiIIdio

Zatokoristitikompozite?1. Zasmanjenjepotronjegorivasmanjujuimasuvozila.2 k bi b lj li i i i i i d2. Kakobipoboljalisigurnostopenitoisigurnostprisudaru3. Kakobisepoboljalaelegancijaaliismanjiobrojdijelova.4. Kakobiosiguraoaerodinamiandizajn

Ad1.)Utjecajsmanjenjateine(uporabomkompozita)natroakproizvodnjeipotronjagorivavozila

Smanjenjemteinevozilaza1kgutjeemonasmanjenjetrokovaproizvodnjeuraznimindustrijamapoputautomobilske,ilizrakoplovnenasljedeinain:

Automobil 57 USD/kgAutomobil 57USD/kg Zrakoplov500 700USD/kg

Tipianprimjer:BMWjekoristeiCFCCarbon Fibre Composite(1.8mmdebljine)zaizradukrovaumjestoAl(1.2mm)utedionateiniod1,1 kgpokrovu,odnosnounovcu5,57,0USDpokrovu.Ovojedonijelouteduod21.000USD/godinje(nabaziproizvodnjeod3000/god.)

2008BMWM3E92white/carbonfiberroof 4

Utablici1.prikazanesuvrijednostipotronjegorivaiuinkovitostgorivazarazliitekonstrukcijeiteinevozila.

Konstrukcijamaterijal/Tipmotora Teinavozila

Potronjagorivalit/100km(mpg)

Utedagoriva,%

Sadanjestanje

Tablica1.

A)Visokovrstielikpluslijepljenje

Ad2.)Kakobipoboljalisigurnostopenitoisigurnostprisudaru

Osiguratiprostorzapreivljavanjeputnika. pruitisigurnost(pravilnomkonstrukcijomiizborommaterijala) ogranienjeusporavanjaunutardoputenerazine dodatnoojaati"sigurnosnikavez" minimiziranjeopasnostikojemogunastatiposlijesudara(poar)

18.5.2015.

2

Apsorpcijaenergijeudara zamaterijalkaemodaimadobruotpornostnasudareilidapruasigurnostusluajusudara(titi),akoimavisokuapsorpcijuenergijekojanastajeutrenutkusrazailisudara.Grafikiprikazpokazujeuidealnomsluajuodnossilaprisudarunasuprottrajanjusudara,izmjerenitijekomispitivanjacrush testa.

Silapr

isuda

ruF,

N

Fa

Prosjenasilapriudaru,FaApsorbiranaenergija

Trajanjesudarat,s

Plastinadeformacija

UsporedbaS.E.AmetalaikompozitaSEAzaAliznosioko25KJ/kgazaelikoko35KJ/kg.SEAzastaklo/epoksi jeoko75KJ/kgazaugljik/PEEKjeak200KJ/kg.Todokazujedastrukturaizgraenaod kompozitaje68putasigurnija odmetalnestrukture.

Utjecajuporabekoritenjakompozitanasigurnost

1. Smanjuju tetu navozilima iozljedeputnikaodposljedicanesretnogsluaja.

2. Kompozitiojaani Cvlakanima suuprednosti nadelikom, MgiliAlzbogveevrijednostiapsorpcijeenergije.Al bog vee vrijednosti apsorpcije energije.

3. Kompozitimogubitiuoblikucjevastihnosaagreda,amogu bitiojaanistaklenim vlakanimazamanjeiznoseoptereenjailikarbonskim vlaknimazavia optereenja.

Uporabakompozita(PMC)uureenju unutranjostivozila jerezultiralaveomestetikomiproizvodnjomkojaomoguavaizradudijelovaizanajmanjeraspoloiveprostorevozilaNekiodprimjerasuprikazaniunastavku donjanosivaploarepaFordaGTodCFRP(carbon fibers reinforced plastic)

Ad3.Elegancijaismanjenjebrojadijelova

Ovdjejeumjesto4dijelauprijanjojizvedbi,svenapravljenokaojedandiotojebilomoguezbogsvojstvamaterijaladatvorisloeneoblike.

LGFPPzaPOLOovprednjikrajnosaaLGFPPLongglassfibrepolypropylene

KoritenjeLGFPPjerezultiralosmanjenjem:teine,brojadijelovaiskladinogprostora,apoveanjemslobodeoblikovanja.

18.5.2015.

3

SMC(sheetmouldingcompound injekcijskopreanjeploastihpreprega osmoljenihlistova)zaGM/FORDkamionete(nosividiokamionazadnjavrata)KoritenjeSMCuGM/FORDkamionetimajerezultiralosmanjenjembrojadijelova,laganomkonstrukcijomiotpornounakoroziju.

Prepreg Osmoljeni listjesmjesazaizravnopreanjekojasesastojiodnezasienepoliesterskesmole,vlaknastihojaalaiostalihdodataka.Debljinalistaje23mm,avlaknasuduljine1250mmimogubitirasporeenailiusmjerena.Polimernommatricomnatopisesvakislojtkanine.Natapanje trena provesti na nain da matrica neNatapanjetrenaprovestinanaindamatricanepolimerizira.

Naknadnosepreprezislaujedannadrugi,preajuuzzagrijavanjetakodasmolaomekaipolimerizira.

Koritenjemstaklenihvlakanaumatriciodepoksidnesmolezaizradugornjegodjeljkazaspavanje

Izradaodjeljkazaspavanje(uzkrov)odstakloplastike

rezultiraloje,smanjenjemteineismanjenjembrojadijelova.

Ad4.Utjecajkoritenjakompozitanaaerodinaminost

Buduidasekompozitnimaterijalimoguselakooblikovatimakakosloenibilioblici,njihovokoritenjeuformiranjuaerodinaminogdizajnatijelaautomobilajeizuzetnobitnozasmanjenjeotporazraka.Tablicaunastavkuprikazujegubitkeenergijetijekomkretanjuvozilauslijedrazliitihotpora.

OtporgumaOtporzraka

Inercija(linearnairotacijska)

Gubitakenergije Grad Autoput

Vidimodaseotporzrakapoveas18%tijekomgradskevonjena51%akovozimoautoputomvelikombrzinom.Dakleakobipovealiaerodinaminostvozila,tj.smanjiliotporzraka,moemoutjecatiinapotronjugoriva!!!!Prosjeankoeficijentotporazraka(Cd)modernelimuzinejeoko0,32,zasluajkadabipostigliCd od0,272,poboljalabiseekonominostgorivasmanjenapotronja.Predviaseutedaod:0,6 mpg u gradskoj vonji (2,8%)0,6mpg ugradskojvonji(2,8%)2,8mpg uvonjeautocestom(8.6%)1,1 mpg ukombiniranompotronjomgoriva(4,7%)Istraivanjapokazujudasvakiporastod2% Cd predviasekakobiseostvarilautedagorivaod1,4mpg (0,6%).mpgmiles per gallon1mileper gallon =0.425143707kilometers per liter

Podrujeprimjenekompozitausuvremenoj autoindustriji

Proizvoaiautomobilaudananjemmodernomsvijetusuprisiljenitraitinovenaine iinovacijeuproizvodnjiautomobila/kamionazbogestokekonkurencije. Dananjiautomobiltrebao bi imatisvesadrajepotrebnezapotpunuudobnostkupcaj p p p puzniskucijenu imalupotronju.Tojedovelodo uporabe kompozitnihmaterijalauizgradnjitijela,interijera,asije,poklopaca, elektrinih komponenti isl.Kompozitnimaterijaliimajutraenasvojstvakojaodgovarajupostavljenimzahtjevima.Moemoreidamikrojimo pravimomaterijalpremapotrebamakojeimamo.

18.5.2015.

4

Stogaimasveviemjestazaprimjenu kompozita danasa takoebitiiu budunosti automobilske industrije.Slika ispodprikazujeiznoskompozitnihmaterijalakojesukoristiliautomobilske tvrtketijekom2007.Glavniigraiuautomobilskomsvijetu kaotosu GeneralMotors(33%)Ford(25%)iDaimlerChrysler(21%)kompozitnihmaterijala.

2007POTRONJAKOMPOZITAORIGINALNIHPROIZVOAADIJELOVA

Dijagramdoljeprikazujemjestauporabekompozitauautomobilu.Oko72%odkompozitaebitizaizradueksterijera,a18%esekoristitizanosivedijelove,dijeloviispodpoklopcamotora(pogonskidio)ineoko7%i3%esekoristitizainterijere.

2007 UPORABAKOMPOZITAPOPRIMJENINAMJENI

Primjeriprimjenekompozita uautomobilskojindustriji

Nekolikoprimjera koji slijede suuglavnomizeuropskihtvrtki,noprikazanisuinekiprimjeriizamerikeproizvodnje.KompozitnimodularniprednjikrajPrvikompozitniprednjikrajjenapravljenje1987naPeugeot405,proizvedenjetehnologijomSMC.Slijedilisu,npr.,Peugeot605iCitroenXM.

Prednjikrajujednomkomadunainjenodkompozita,zamjenjujenekolikoelinihpanela,tosmanjujeteinuvozilaaliiunapreujemogunostdizajnaprednjegkraja.Unovijevrijemeprednjikrajnapravljenodtermoplastinogkompozitadobilisunpr.AudiA4,VolkswagenGolfiPolo.

SlijedeikoraknaprijedbiojekodFordFocusa,kojiimahibridniprednjikrajpolimernikompozit/elik Zadnjavrata

Velikibrojvozilakojisemoguvidjetinacestiimazadnjavratanapravljenaodkompozita,poputCitroenAX,BX,ZX,PSAMPV,FiatTempre karavan,Regate,Tipa,RenaultEspace ikodsvihnjihvratasuraenatehnologijomSMC.KodVauxhallaTigresamojevanjskipanelvratijukompozitni.

Vauxhall Tigra

18.5.2015.

5

Kaotojespomenutokodstranjihvratijupostojimogunostkoritenjaplastomera(termoplasta)zavanjskidiovratijuiojaanogkompozitaiznutra(unutranjastrana),aliuzmetalniokvir.Procjenjujesedajemogueostvaritiutedunateineutedado5kg.

Mazda/Suzuki AZ1

Vrata(bona)Postojebrojnavozilakojaimajubonavratanapravljenaodkompozita,uglavnomtehnologijomSMC,poputGMCorvette,Camaro iFirebirdkojiimajuvanjskiiunutranjidiovrataodkompozita.

Takoerpostojiivelikibrojonihkodkojihjeelinakonstrukcijaiplastinivanjskipanelnpr.Pontiac Fiero,MazdaAZa,RenaultEspace.

Maska,instrumentploa

Utedanamasikodovihdijelovanajlakeseostvarujepromjenommaterijalazapoprenarebramaskei/iliintegracijomsaodvodomzraka.NaprimjerpoprenaipkanaFordRangerpickupujeizraenodSMCatesenatajnainostvarujeutedaod2.3kg.MaskaDogeDakotesesastojiodtriinjekcijskipreanadijelaizPC/ABS aimesetedi2.5kg.Osimnamasiostvarujesei50%tnautedabrojadijelovaatakoerseunapreujebrzinaodleivanjakomponenti.Armature/ojaanjaodmagnezijatakoersekoristeuslinesvrhetemoguostvaritiutededoak5kg.FiatjekoristiotakavtipojaanjanamodeluMarea.

SJEDITAKadasegovoriopotencijalnomreduciranjumasetrebaspomenutiisjedalaautomobilasobziromdaonakodprosjenogl k il bi 50 60 k A di j bj i jsalonskogvozilaobinotee50 60kg.Audijeobjaviouvoenje

polimernogkompozita/metalhibridakojimeeseosiguratiutedaod5kgposjedalu.TimesenastavljarazvojzapoetodMercedesakojijenovimmaterijalimaostvarioutedeod3kg.

18.5.2015.

6

DMCTIJESTASTOINJEKCIJSKOPREANJEDoughMouldingCompoundmouldings zaelektrinekomponente

Primjeritakvihkomponentisuelektrinikonektori,razvodnekutijeisl.gdjeseoekujerazvijanjevisokihtemperatura.ReflektoriprednjihsvjetalasuestoDMCinjekcijskipreanitesefinapovrinaostvarujeslojemsmoleklaseAnakojusejomoenanijetimetalnisloj.

34

Ford usisnikolektorPrimjeriDMCinjekcijskipreanih

dijelova

PrednjasvijetlaizraenaDMCtehnikom

UporabaSMCkomponentiKomponentesuobinoveihdimenzijaiizjednogkomada.Primjeritakvihdijelovasurazvodnekutije,elektrinaiplinskamjerilazakuanstva.Uautomobilskojindustriji,europskiproizvoaipoputRenaultaiCitroenaproizvodeSMCpanele,t j t i kl t

35

stranjavrataipoklopcemotora.Drugiprimjeriautodijelovasu:segmentikrovnogprozora,stranjegbranikaSUVvozila,spoilere.

18.5.2015.

7

KuitebregasteosovineipoklopciventilatakoersuizraeniizSMCa, kaoidijelovigdjejepotrebnakrutostipripovienimtemperaturamatepriguenjebuke.

37

PoklopacventilatakoerjeodSMCa.odlikujegavisokakrutost,otpornostpuzanjuuzvisokudimenzijskupreciznost.Osimtogadobropriguujevibracijetedobropodnosidjelovanjeagresivneokoline.

PrednjikrajzaFordTaurusnapravljenSMComujednomkomadusasvimprivrsnimploicama

SMComnapravljenokvirzavjetrobranskostakloPlymouth Prowler sportskiautomobil(naslici).vriilakijeodekvivalentnogelinog,utedaoko35%uteini!!!

Dvodijelni SMCDvodijelniSMCokvirvjetrobranskogstaklazamjenjujeelinisustavodviedijelova.

DijelovinainjenipoltrudiranjemChevroletjesmanjioteinuzadnjihvratijupickupkamionetakoristeisepoltruzijom.PrednostpoltruzijejeutometojeproizvodnjeogranienihserijanekogproizvodaodPMCjeftinijaodizradeidentinihelinihkomponenti.

Dugi proizvodi nepromjenjivoga poprenogpoprenog presjeka (tapovi, profili, cijevi) izrauju sepoltrudiranjem.

Vratilaiosovinemoguseproizvestis60%utedenamasikoristeisetehnikompultruzije.Spicer&StrongproizvelisuujednomkomaduvratilozapogonapickupkamionaGM(vidisliku).Poltrudiranasukarbonskaistaklenavlakanauvinilestersmoliinakrajevimasuzalijepljenialuminijskiepovi.Dizajnkonstrukcijajepojednostavljennajednukomponentu,sizvrsnomotpornounakorozijuidodatnimublaavanjemvibracija.

18.5.2015.

8

Koritenjestaklenimmatomojaanihplastomera termoplasta(GMT)za

proizvodnjuodbojnikaPrimjenaGMTajevrloirokanpr.poklopacventilaibregasteosovine,podneobloge,tesigurnosnidijelovikaotosuipkaprofilodbojnika.

Problemikojetrebarijeitikakobimoglinapravitikompozitnovozilo

Postojenekolikoproblemakojikoerazvojvozilanainjenihodkompozita:

Opsegproizvodnje Ogranienjealata(mekanialat) Sloenostkonstrukcije Konstrukcijausvrhuapsorpcijeenergije MogunostiCAE(computeraidedengineering) Kvalitetaizradka Doivljajizradka Uklopljivostizavrnaobrada Siguranopskrbnilanac Reciklinostoporabivost Rizik

Akobisetiproblemirijeiliuinkovito,ondamoemozamislitiautomobilkojiebitiizgraen100% odkompozitnih materijala.

UveinisluajevaPMCsuboljiizborod danaskoritenihmetala.Usluajuautomobilskeindustrije toznaielikaialuminija.Prednostielikasu: cijene,vrstoaireciklinostkoja jesastavnidioproizvodnog procesa. 50%proizvedenogelikavratiseponovoueliane kaostaroeljezo.

Budunostkompozita

jNedostacisu: vrlovisokitrokovipogonaialataaliiniskegraniceistezljivosti.PrimjenaAl takoerjeograniena zbogrelativnovisoke cijenematerijala,aliivelikogutrokaenergijeizagaenjavodetijekomprocesaizrade.

Meutim,poticajkoritenjuAljedodatnosmanjenjeteineuodnosunauporabuelika.Loijaistezljivostduktilnostmetalaznaiimpliciradasesloenijioblicimorajudodatnoobraivatiobradomodvajanjemestica.Izradaslinih komponenta izPMCobiljeenajekoritenjemjeftinihp j j j jalataopreme,aliskupih materijala,kojiomoguujuizradusloenihoblikeujednomkoraku..IzradciodPMCnajeesekoristekaodijelovikojisuniskooptereeni,tonebitrebalobiti,atimebiseinjihovaprimjenapoveala.

Uporaba kompozita uodnosuna dananjavozilaznaajnoesepoveati(trinitrendovi upuujunaoko 10%rastagodinjeuautoindustriji) natoeutjecatii OEM (proizvoaioriginalnihdijelova).Napoveano koritenje kompozitnihmaterijalautjecatiei

i i t k k bi i j ih t ij l t liproizvoaimotora,kakobiprimjenomnovihmaterijalaostaliuutrcizatrite.

47

ZAKLJUAKKompozitnimaterijalivesekoristeurazliitimoblicimauautomobilskojindustriji,odkompozitnihmaterijalakojisekalupeuoblikulima(SMC)zaizradunpr.odbojnikadoizradezadnjih(5ih)vratijuvozilaodkompozitasmatricomodtermoplastinihplastomernihmaterijala.Uporabakompozitapotaknutajezahtjevomzasmanjenjeteine,aliismanjenjeminvesticijskihtrokovapovezanihsprimjenomkompozita.Ubudunostiekonomskirazloziieljapotrebazazatitomokoliauvjetovatietendencijupoveanjakoritenjesvihmaterijalaniskegustoematerijala,posebnokompozita.