Zwiększenie liczby włókien węglowych w samochodach

Materiały kompozytowe dla przemysłu motoryzacyjnego muszą nie tylko być lekkie, aby zmniejszać zużycie paliwa, ale również mieć potencjał w zakresie wykorzystania w procesie masowej produkcji. Obecnie produkcja ograniczona jest często do kilkuset lub kilku tysięcy jednostek rocznie w przypadku samolotów czy samochodów sportowych.

Projekt HIVOCOMP (Advanced materials enabling high-volume road transport applications of lightweight structural composite parts) umożliwił zwiększenie tych liczb dzięki opracowaniu dwóch nowych wysokoobjętościowych materiałów przeznaczonych do wytwarzania elementów z wzmocnionych włóknem węglowym tworzyw sztucznych (CFRP) do samochodów i walizek.

Pierwszym z opracowanych systemów były zaawansowane materiały z poliuretanową matrycą duromerową, które wykazują lepsze parametry mechaniczne i umożliwiają szybszą produkcję w porównaniu z najczęściej stosowanymi osnowami epoksydowymi. Zastąpienie tego konwencjonalnego systemu matrycowego PU pozwoliło także na połączenie szybkiego utwardzania z wysoką ciągliwością i wysoką temperaturą zeszklenia. Dodanie nanocząstek do PU umożliwiło dalsze udoskonalenie przetwarzania (mniejsza lepkość żywicy i kinetyka reakcji), a także poprawę właściwości termicznych i elektrycznych.

Członkowie konsorcjum zbudowali przy pomocy nowego materiału demonstracyjne elementy konstrukcyjne samochodu, takie jak wewnętrzna część maski silnika, panel tylny siedzeń tylnych czy słupek między drzwiami przednimi i tylnymi.

Innym przełomowym osiągnięciem projektu HIVOCOMP jest hybrydyzacja kompozytów samowzmocnionych (SRC) — polipropylenu (PP) i poliamidu — z włóknami węglowymi. Uczestnicy projektu HIVOCOMP zastosowali kilka strategii, aby opracować dwie wersje SRC. Pierwsza z nich polegała na wykorzystaniu małej ilości włókien węglowych, które umożliwiły zwiększenie sztywności SRC bez obniżania ciągliwości. W drugiej strategii większe ilości włókien spowodowały zwiększenie ciągliwości, przy czym sztywność także utrzymano na wysokim poziomie. Czas produkcji skrócono dzięki procesowi kształtowania termicznego.

Partnerzy projektu z powodzeniem wytworzyli z hybrydowego materiału SRC walizkę, której ciężar był o 10% mniejszy niż walizek z PP.

Zaawansowane materiały opracowane w ramach projektu HIVOCOMP umożliwiły skrócenie czasu produkcji, dając nadzieję na niedrogie, masowe wytwarzanie wytrzymałych elementów z CFRP.