بازار کامپوزیت ها در صنعت خودرو سازی
در سال ۲۰۱۵ میلادی، کامپوزیت ها حدود یک درصد وزنی تمام مواد مورد استفاده در تولید وسایل نقلیه سبک (بخش های داخلی و بدنه خودرو) را تشکیل می دادند. با اینکه سهم بازار کامپوزیتها به نسبت کوچک است، نیاز به آنها به طور منظم در حال افزایش است و تقاضای مشتریان موجب خلق موجی از فرصت ها برای استفاده کامپوزیت ها در بدنه خودروها شده است و تولید کنندگان را بر آن داشته تا با تلاش و پشت کار از این فرصت استفاده کنند.
پیش بینی های صنعتی، نرخ رشد ۶ تا ۹ درصد را برای استفاده از کامپوزیت ها در خودروسازی طی چندین سال آتی پیش بینی کرده اند که ناشی از قابلیت کامپوزیت های الیاف کربن در کمک به سازندگان جهت افزایش بازده سوخت و برآورده ساختن قوانین ایمنی است. این پیش بینی بر اساس قابلیت صنعت در غلبه بر چالش های مربوط به هزینه و چرخه تولید و مسائل مربوط به عمر مفید محصول است که تحقق آن نیازمند کشف و نوآوری در فناوری مواد و فرایند هاست.
بزرگ ترین فرصت رشد در صنعت خودروسازی در کاربردهای بدنه خودرو است که البته در حال حاضر کامپوزیتها کمتر از یک درصد سهم این بازار را به خود اختصاص داده اند. تقاضا برای مواد سبک وزن در حال افزایش است زیرا خودروسازان به دنبال جذب مشتریان از طریق زیباسازی خودرو و مفرح سازی رانندگی و در عین حال تامین قوانین مربوط به اقتصاد سوخت و ایمنی هستند. سهم آلومینیوم و فولاد با استحکام بالا در بازار خودرو به این دلیل است که خودروسازان به دنبال روش های اقتصادی جهت کاهش وزن وسیله نقلیه هستند. در راستای همین هدف در دهه گذشته، آلومینیوم (با وجود اینکه قیمتی بالاتر از فولاد دارد) بیش از فولاد در ساختار بدنه خودرو استفاده شده است زیرا خودروسازان ترجیح میدهند پول بیشتر بدهند و در ازای آن وزن وسیله نقلیه کاهش یابد. جستجو برای کاهش بیشتر وزن، خودروسازان را به آزمودن کامپوزیت های الیاف کربن سوق داده است با اینکه این کامپوزیتها قیمتی چندین برابر فولاد یا آلومینیوم دارند. مثال برجسته در این مورد شرکت BMW است. این شرکت خودروساز پیش از ساخت خودروهای الکتریکی i3 و i8 و وسایل نقلیه هیبرید که در ساخت بدنه آنها به میزان زیادی از کامپوزیت های الیاف کربن استفاده شده است همکاری خود را با شرکت SGL تولید کننده الیاف کربن آغاز نمود. به ویژه خودروی i3 زمینه جدید برای کامپوزیتها به وجود آورد زیرا شرکت BMW سالانه ۳۰ هزار خودرو از آن تولید می کند و با قیمتی پایین تر از سوپرخودروها به فروش می رسد. پلتفرم i3 به تنهایی سالانه ۱۰ میلیون پوند CFRP مصرف می کند که نشان دهنده ی پیروزی بزرگی برای این صنعت است. شرکت BMW پس از توسعه فناوری ساخت i3 و راه اندازی خط تولیدی با قابلیت حجم تولید بالا از آن، خودروهای جدید ۲۰۱۶ ۷-series را معرفی کرد.
ساختار خاص این خودروی جدید ترکیبی از CFRP و فلز است و مواد گران کامپوزیتی دقیقا در جایی قرار می گیرند که برای وسیله نقلیه از نظر هزینه و عملکرد سود آور باشند. با وجود اینکه CFRP تنها ۳ درصد وزن بدنه خودروهای ۷-series را تشکیل میدهد ولی تا ۴۰ کیلوگرم در کاهش وزن خودرو نقش دارد. به دلیل قیمت بالای الیاف کربن، استفاده از آن به همراه مواد قدیمی مورد استفاده در ساخت خودرو راه مناسبی برای کاهش وزن خودروها در آینده است.
کامپوزیت های الیاف کربنی که با استفاده از رزین ترموست ساخته می شوند به سه دلیل برای نفوذ بیشتر در بازار بدنه خودرو مجاهدت می کنند: هزینه قطعه، چرخه زمانی تولید قطعه و مسائل مربوط به عمر مفید محصول. چالش های زیادی درمورد هریک از این موارد صورت گرفته است و پیشرفتهای زیادی حاصل شده است. ولی به منظور دستیابی به پذیرش گسترده در صنعت خودروسازی، چند اتفاق باید بیفتد. اول آنکه باید قیمت الیاف کربن باید حداقل به نصف قیمت کنونی کاهش یابد. دوم آنکه چرخه تولید محصول باید به کمتر از یک دقیقه برسد و در نهایت و پس از اتمام عمر قطعه نیز باید طور کامل قابل بازیافت باشد. بنابراین باید تحقیقات زیادی بر روی توسعه الیاف کربن ارزان و سازگار با سامانه های ترموپلاستیک که قابل بازیافت هستند انجام شود. اگر چنین سامانه هایی بتوانند خواص مکانیکی و فیزیکی در حد آنچه با استفاده از رزین اپوکسی حاصل می شود را به دست دهند، موفق شده اند. این تلاش ها کار کوچکی نیست بلکه نتیجه آن، مسیر رشد آینده کامپوزیت های الیاف کربن را در صنعت خودروسازی تعیین خواهد کرد.
به دلیل تغییراتی که در قوانین زیست محیطی ایجاد شده است، دهه کنونی در میان چهل سال گذشته، بزرگ ترین فرصت برای ورود مواد جدید به حوزه تولید انبوه خودروها بوده است. سود این موضوع نصیب کامپوزیتها هم شده است و رشد سالانه قطعی برای آنها در چند سال آینده مورد انتظار است. احتمالا رزین های ترموست در کوتا مدت از رشد استفاده در بدنه خودرو برخوردار می شوند. برای برآورده شده انتظارات رشد بالاتر در بلند مدت باید بر موانع فناوری قابل توجه در دو حوزه مواد و فناوری غلبه نمود که در این مورد ترموپلاستیک ها می توانند نقش بزرگی ایفا کنند.