IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Полимерные композитные материалы представляют собой гомогенную смесь, созданных синтетических материалов, один из которых является армирующим (волокна) и матрицей (наполнителем, смолами и т.д.).

В современном мире композиты с каждым днем находят применение во всех областях различных отраслей, как автомобильной, так и строительной и прочих направлениях.

Большинство композитных материалов вне зависимости от их структуры, ориентации волокон армирующего материала, вида наполнителя, его химических и физических свойств, имеют безусловные преимущества перед другими однородными материалами такие как: жесткость, с высоким соотношением прочности и веса, превосходное электрическое сопротивление, устойчивость к воздействию химических веществ и погодных воздействий, хорошая жесткость, высокое усталостное сопротивление, возможность изготовления размеростабильных элементов

Композитные материалы, применяемые в автомобилестроении, классифицируются следующим образом представленным. На основе используемых матриц: композиты с металлической матрицей (ММС), композиты с полимерной матрицей (РМС), композиты с керамической матрицей (СМС). На основе используемых армирующих материалов: композиты из частиц, порошков и прочего, армированные композиты, структурированные композиты, сэндвичные композиты, ламинированные композиты. [1]

Необходимо упомянуть, что попытки применение композитных материалов в автомобилестроении были предприняты еще Генри Фордом в 1930 годах, в 1954 был изготовлен стеклопластиковый капот, а уже в 1960 годах изготавливались стеклопластиковые панели для спортивных автомобилей, это в первую очередь было обусловлено тем что данный вид материала стал общедоступным. А уже в конце 1980 на Понтиак Фиеро имел полностью композитный кузов, установленный на пространственную раму, при этом, его кузов был изготовлен из различных видов композитных материалов: стеклопластик, керамические композиты и т.д.

Для чего композитные материалы все чаще применяются в автомобилестроении: для повышения эффективности использования топлива за счет снижении массы транспорта, для повышения безопасности в случае ДТП, для обеспечения аэродинамического дизайна.

Согласно статистическим данным за 2010-2011 при снижении веса транспорта на 1 кг, затраты в различных отраслях снизятся следующим образом: автомобильная – 5-7 $/кг, (154,27-215,97 руб./кг), авиационная – 500 -700 $/кг, ( 15427 – 21597 руб/кг), в прочих отраслях (космические, военные и т.д.) – 3500 – 4000 $/кг, (107989 – 123416 руб./кг). [2]

В таблице приведены значения потребления топлива и топливной эффективности различных типов конструкции и массы транспорта.

Таблица 1 – потребление топлив и топливная эффективность в зависимости от масс и типов ДВС

Тип двигателя	Общая масса	Расход топлива	Топливная эффективность
Сталь	500 кг	10	0%
Высокопрочная сталь, и различные алюминиевые сплавы	350 кг (30%)	9,58	4,20%
Карбон, и другие композиты	270 (42%)	9,31	7%
Дизельный двигатель		7	30%
Бензиновый гибрид		6,5	35%
Дизельный гибрид		5,5	45%

Согласно данному исследованию, конструкции транспортного средства и типу его двигателя, видно следующее, за эталон взят стальной автомобиль с расходом топлива 10 л на 100 км.

Но если элементы автомобиля будут изготовлены из алюминиевых сплавов, то его масса снизится с 500 до 350 (на 30%). В этом случае потребление топлива снизится на 4,2 % и составит 9,58 л на 100 км

В случае если элементы кузова автомобиля будут изготовлены из карбоновых элементов, то масса автомобиля будет составлять 270 кг (42%) то автомобиль станет потреблять 9,31 л на 100 км, и его топливная эффективность составит 7 %.

В случае использования автомобиля с композитным кузовом и гибридного бензинового двигателя с карбоновыми элементами топливная эффективность составит 35%. А с дизельным гибридом на 45%.

При возникновении дорожно-транспортного происшествия кузов должен обеспечивать выполнение следующих предъявляемых к нему требований: обеспечивать жизненное пространство для водителя и пассажиров, удерживать их в этом пространстве, ограничение жизненного пространства в допустимых приделах, сводить к минимуму опасность последствий ДТП.

Всем этим условиям превосходно соответствуют и отвечают композитные материалы. композиты способны обеспечить превосходную ударопрочность и высокое поглощение энергии, так же они при разрушении не создают острых кромок и возвращаются в исходную форму в момент прекращения действия на него сторонних действующих сил.

Так согласно исследованиям в этой области поглощение энергии различными материалами согласно данным SAE составляет, для алюминия 25 КДж/кг, для стали 35КДж/кг, для эпоксидных композитов 75 КДж/кг, а для карбона более 200 КДж/кг. Все это наглядно представлено на графике.

Так же важным свойством композитных материалов является возможность придания им самых различных форм и размеров. Это так же способствует снижению аэродинамического сопротивления и тем самым позволяет экономить топливо и тем самым снижать затраты на автомобиль.

Композитные материалы уже давно используются в различных формах и видах промышленности. Это связано с их бесспорными преимуществами перед обыкновенными видами сталей, алюминия и прочего. Поэтому с каждым годом они все более укрепляют и расширяют зоны своего влияния.

Список используемых источников:

1. Электронный ресурс: http://www.wisegeek.org/ (08.12.14) 2. Электронный ресурс: http://mech.utah.edu/ (06/12.14); 3. Электронный ресурс: http://composite.about.com/ (03.12.14);

4. Composite Materials: Fabrication Handbook #2/ Published Decem-ber 1st 2010 by Wolfgang Publications, Inc Paperback, 144 pages

5. Composite Materials/ Chawla, Krishan K.// 3rd ed. 2012, XXIII, 542 p. 265 illus., 211 illus. in color.

6. Advanced Composite Materials / published March 1st 2011

Код для цитирования: Скопировать