בטיחות הרכב התפתחה באופן דרמטי במהלך המאה הקודמת, שינוי מחגורת בטיחות פשוטה לפקדים מתקדמים של יציבות אלקטרונית ומערכות מתקדמות של ניהול נהגים, אך האתגר הבסיסי נותר: כיצד לספוג ולבטל אנרגיה קינטית במהלך התרסקות תוך שמירה על משקל הרכב תחת שליטה.כפי שהמהנדסים דוחקים את גבולות עיצוב קל משקל, שיעור חדש של חומרים סינתטיים הוא מתפתח כמשתנה משחק.

מה זה Aramid סיבים?

סיבים aramid הוא פולימר סינתטי נגזר מפולימידים ארומטיים.השם "aramid" הוא פורטמנטו של "פולימידומטי" המבנה המולקולרי הקשיח שלה, המורכב מרשתות ארוכות של טבעות benzene מקושרות על ידי קבוצות amide, נותן את הסיבים כוח רב-מזל יוצא דופן - לעתים קרובות חמש פעמים של פלדה על בסיס משקל שווה - והתנגדות יוצאת דופן לחום ו abra.

בניגוד סיבים פחמן, אשר הוא בשפע תחת השפעה, סיבים aramid להציג קשיחות גבוהה ודוכסיות, המאפשר להם למתוח ולספוג אנרגיה לפני שבירה. שילוב ייחודי זה של נוקשות ואלסטיות הופך את חומר אידיאלי עבור יישומים שבו יש צורך גם כוח גבוה ופיזור אנרגיה - למעשה את הדרישות של מחסומים רכב ומערכות הגנה הדיירים.

היתרונות העיקריים של Aramid סיבים בבטיחות רכב

כוח חיצוני - עד-Weight Ratio

כל קילוגרם שנשמר בבניית כלי רכב משפר ישירות את כלכלת הדלק ומפחית את פליטות, תוך גם מקצר מרחקים מתפתלים ושיפור הטיפול. Aramid סיבים מורכבים יכול להשיג כוח דומה פלדה ברמה גבוהה בשבריר של המשקל.עבור מחסומים, זה אומר מבנים קלים יותר, בקלות יותר פריסה שניתן להתקין על כבישים ללא צורך בקרנות כבדות.

אנרגיה גבוהה יותר אנרגיה Absorption

כאשר רכב מתנגש עם מחסום או אובייקט אחר, המפתח להישרדות של הדיירים נשלטת deceleration. aramid סיבים, בשל הארכה גבוהה שלהם בהפסקה (בדרך כלל 2–4%) ויכולת לפריצה (בקיצור לתוך מיקרופיבר) תחת לחץ, פיזור אנרגיה באמצעות מנגנונים מרובים: סיבים, מרתיעים ומושך החוצה מעיוותים פנימיים, לפעמים, כמו מפולגמת פלסטיק, אבל גורם לפגיעות קשות, אבל מסטיקה, לפעמים, אבל גורם להתמוטטות פנימית, עם חומרים מסטיקה, אבל גורם להתמוטטות פנימית, עם חומרים קשים, אבל מסטיקה, לפעמים, אבל מסטיקה, לפעמים, עם ניגודיות, כי לפעמים, מסגסוגת מתכתית, עם ניגודיות, עם ניגודיות, כי לפעמים, ניגודיות, אבל גורם ניגודיות, או מרתיעה, אבל גורם ניגודיות, ניגודיות, עם חומרים מסטיקה, עם ניגודיות, עם ניגודיות, עם ניגודיות, אבל גורם ניגודיות, אבל גורם ניגודיות, עם ניגודיות, לפעמים, לפעמים, ניגודיות, ניגודיות קשיחות, ניגודיות, אבל גורם ניגודיות קשיחות, ניגודיות, אבל ניגודיות

התנגדות של הלהבות והלהבות

סיבים ארמאים אינם נמסים או תומכים בהבעירה; הם מתחילים לכריז רק מעל 400 מעלות צלזיוס (750 מעלות צלזיוס) הנכס הזה חיוני עבור מערכות בטיחות כגון תיקי אוויר, אשר חייב לפרוס באופן אמין אפילו בשריפות מנוע, ועבור חגורות בטיחות כי חייב לשמור על יכולת העמסה שלהם במהלך שריפות שלאחר המלחמה.

יציבות סביבתית

סיבים aramid עמידים מאוד בפני פותרים אורגניים, דלקים, ורוב הכימיקלים נתקלו בסביבות רכב.הם גם מתנגדים קורוזיה ממלח כביש ולחות, בניגוד למחסומים פלדה הדורשים משחה תקופתית או galvanizing.עם זאת, aramid הוא רגיש להשפלה מחשיפה ממושכת של UV, אשר ניתן להפחית באמצעות ציפויים מגן או על ידי הטמעת סיבים בתוך מפונק מורכבים.

השוואה עם חומרים קונבנציונליים

כדי להעריך היכן חירש מתאים בנוף החומרי, הוא מסייע להשוות את התכונות שלו עם אלה של פלדה, אלומיניום וסיבים פחמן - החומרים כיום מחלחלים למחסומים ולרכיבי בטיחות.

  • (FLT:0) steel:FLT:1, כוח גבוה אבל כבד מאוד (density) 7.8 g / ס"מ3).זה דוקטרי וזול, אבל משקלו מוסיף באופן משמעותי למסה של כלי רכב.
  • (FLT:0) אלמומיום: אור 1 (2.7 גרם / ס"מ3) ו-corrosion-resistant, אבל חלש משמעותית יותר מפלדה.הוא סופג אנרגיה באמצעות התכווצות ותקפלות, אבל ספיגת האנרגיה הספציפית שלו (SEA) נמוכה מזו של מסובכים ארמדומים.
  • (FLT:0)Carbonfi:FLT:1 חזק מאוד נוקשה עם צפיפות דומה aramid (1.6-1.8 g /cm3) עם זאת, סיבי פחמן הוא בשפע תחת השפעה; זה שבר באופן קטסטרופלי ולא סופג אנרגיה באמצעות עיוות דוקטרי.זה גם יקר וקשה למחזור.
  • (FLT:0)Aramidfive:FLT:1 Density -1.44 g / ס"מ3, Tenile כוח עד 3.6 GPa, אורך הפסקה 2–4%. מציעה איזון ייחודי של כוח גבוה, קשיחות וקליטת אנרגיה - על גבי סיבים פחמן עבור יישומים של קרישה.

תגיות: Crash Barriers

מחסומים הם אלמנטים קריטיים תשתית שנועדו להפניה או להכיל כלי רכב לא נכונים.באופן מסורתי עשויים פלדה או בטון, הם כבדים ויקרים להתקנה. Aramid סיבים מורכבים מציעים כמה יתרונות:

התמוטטות רכב

כלי רכב תחזוקה כבישים לעתים קרובות לשאת אטמודורים (TMAs) כדי להגן על העובדים מפני התנגשות אחורית.Aramid מבוסס TMAs יכול להיות בהיר יותר וקצר יותר תוך מתן אותה רמה של ספיגה השפעה, צמצום העומס על הרכב המארח ושיפור יכולת תמרון. כמה יצרנים עכשיו לשלב רכיבים כוח-מחוסנים במדיטציה שלהם, שיפור ביצועים בהתפרצות גבוהה ואפקטים מורכבים.

מחסומים ניידים וניתן להחלפה

עבור אזורי עבודה זמניים, מחסומים ניידים שבוצעו מפגזים מורכבים מ aramid מלא מים או קצף יכול להיות מועבר בקלות ו repositioned. המשקל הנמוך שלהם פירושו פחות משאיות הדרושות לפרריסה, בעוד הפגז aramid מתנגד punctures ושומר על שלמות מבנית לאחר מספר השפעות. כמה עיצובים מאפשרים החלפת מהירה של לוחות פגומים, הרחבת חיי השירות והורדת עלויות מחזור חיים.

גדרות מדיה קבועה

באזורים בסיכון גבוה כגון עקומות חדות או אבני גשר, מחסומים פלדה קבועים משמשים לעתים קרובות.מחסומים היברידיים המשלבים עור רענון עם הליבה קצף קל יכול להשיג את אותה רמת מכילים - למשל, TL-3 (שלב 3 לתקני MASH) או גבוה יותר - עם ירידה במשקל ושיפור בדיקות שדה אנרגיה הראו כי מחסומים חמורים יכולים להפחית שיא על ידי 20-30% מכילים מחסומים שווים של פלדה קיבולת של פחות מ קיבולת פלדה.

יישומים במערכות בטיחות רכב

חגורת ים מתקדמים ו- Weking

חגורה מושב ארכיון משתמשת פוליסטר או ניילון ילנס. Aramid yarns מציעים כוח גבוה יותר ומצמר, כלומר הם למתוח פחות זמן. בתאונה, aramid weking יכול לספק יותר עקבי הגבלה כוח, צמצום הסיכון של פגיעה בחזה מעומס. aramid-reinforceed retractors גם לשפר עמידות, להבטיח כי החגורה נשאר לטוט עבור מערכות טרום-מדומים כבר שימוש במכוניות נודדות.

הבא:Geration Airbags

תיקי אוויר נוכחיים עשויים בדרך כלל מגומי ניילון המצופה מסיליקון או ניאורמין. בדים ארמידיים יכולים לעמוד בחום הקיצוני של pyrotechnic in מנופח (טמפרטורות גז מעל 600 מעלות צלזיוס) ללא היתוך או אובדן כוח דמעה.זה מאפשר לנפחים להיות מתוכנן עם פלט גז גבוה יותר עבור פריסה מהירה יותר בתיקי אוויר מורכבים.

המונחים: reinforcement

הכלוב בטיחות הנוסעים של כלי רכב מודרניים מסתמך על פלדה גבוהה ואלומיניום כדי לשמור על מרחב הישרדות.על ידי החלפת לוחות מתכת עם סיבים מורכבים סיבים, מהנדסים יכולים להשיג התנגדות שווה או טוב יותר חדירה תוך שמירה על 30-50% מסה. חיסכון במשקל זה ניתן להשקיע מחדש לתוך תכונות בטיחות נוספות או יכולת סוללה ברכבים חשמליים.

הגנה על Blast and Overpressure Protection

בכלי רכב צבאיים וביטחוניים, מדפים מזהמים מספקים הגנה מפני מכשירי נפץ מאולתרים (IEDs) וקרקעות.הסיבים סופגים גלי הלם ולוכדים, צמצום הפיצוץ בתוך התא.הטכנולוגיה הזו מותאמת כעת כלי רכב משונים אזרחיים המשמשים במעבר מזומנים והובלת דיפלומטית, ובסופו של דבר עלולה להסתבך למכוניות נוסעים באזורים בסיכון גבוה.

אתגרים ומגבלות

למרות היתרונות הרבים שלה, סיבים ramid עומדים בפני כמה מכשולים כי להאט את האימוץ שלה במערכות בטיחות רכב הזרם המרכזי.

עלויות עלויות עלויות

סיבים ארמיים עולים כ- $30 לליטר עבור ציונים סטנדרטיים, בהשוואה ל- $ 2 ל- קילוגרם עבור פלדה ו $ 3-6 $ ל- $ 6 עבור אלומיניום. סיבי פחמן הוא אפילו יקר יותר (30 $ 60 / ק"ג), כך ארמייד יושב בטווח ביניים.עבור מתקני מחסום גדול מחסומי התרסקות הדורשים אלפי מ"ר, העלות יכולה להיות אסורה עם זאת, אם מחזור חיים, כולל תחבורה, כולל, כולל, כולל, נחשב, כולל תחבורה, כולל, כולל, כולל, כולל, כולל, כולל, כולל, כולל, כולל תחבורה, כולל, כולל, כולל, כולל, כולל, כולל, כולל, כולל, כולל, כולל תחבורה, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000,

ייצור המורכבות

תרכובות Aramid מיוצרים בדרך כלל על ידי הנחת שכבות בד זורקות עם רזין וריפוי אותם תחת חום ולחץ.זהו תהליך איטי יותר, יותר אינטנסיבי עבודה-רגיש יותר מאשר הטמעת פלדה או אלומיניום מחוספס. תהליכים אוטומטיים כמו שרף העברה עובש (RTM) וסיבים מתקדמים אך יש עלויות הון גבוהות.

רגישות UV ו-Moisture Slack

סיבים לא מוגנים של aramid יורד תחת אור השמש הישיר, לאבד עד 30% של כוח העשש שלהם מעל שנה של חשיפה חיצונית. מתקפלים כגון אקריליים או פוליאורתנים יכולים להפחית את זה, אבל הם מוסיפים משקל ועלויות. עבור מחסומים מקריים כי לבלות עשרות שנים באלמנטים, ייצוב הוא חיוני. ייצוב סיביים ב-UV-resist resin (goxy, גם עוזר).

מחזור וסוף החיים

מחזור של תרכובות aramid קשה כי הם לעתים קרובות מחובר עם רסטין thermoset כי לא ניתן להחזיר. incineration עבור שחזור אנרגיה הורס את הסיבים יקרים. טכנולוגיות מתפתחות כמו solvolysis כימי יכול להפריד את השרף מן הסיבים, לשחזר ניקוי aramid עבור reuse, אבל תהליכים אלה עדיין לא קיימא מבחינה כלכלית בקנה מידה ללא מחזור חזק, עלול להיות לציין יישומים גבוהה.

חידושים וכיוונים עתידיים

המונחים: Hybrid Composites

כדי להתגבר על העלות והמגבלות של אנרמי טהור, החוקרים משלבים סיבים ארמונים עם חומרים אחרים כגון זכוכית, בזל, או סיבים טבעיים. היברידים אלה יכולים להשיג עד 80% של ביצועי ההשפעה של aramid טהור בעת עלות פחות באופן משמעותי. לדוגמה, מחסום התרסקות עשוי של 50% aramid ו-50% זכוכית ב vinylester resin הוכח כדי לענות על דרישות מופחתת יותר מ TL.

המונחים: reinforcement

Dispersing פחמן ננוtubes (CNTs) או גרפן ננופליות בתוך סיבים aramid משפר את כוחם הדחוס ואת הקשר בין-גזעי עם ריבינים. nanomodified aramid es להציג 20-30% צריכת אנרגיה גבוהה יותר במבחנים דינמיים, ללא הקרבה גמישות. DuPont ו Teijin הם משקיעים הן במחקר nano-aramid עבור חלל ויישומים צבאיים, הם צפויים בתוך חמש שנים של רכב.

ייצור תוספת

הדפסה 3D של פולימרים aramid-reinforceed מתפתח כדרך ליצור רכיבי בטיחות מורכבים ללא עובש יקר. מדפסות סיבים 3D רציף יכול להניח aramid tows בדיוק לאורך שבילי עומס, מיקום חומרי אופטימיזציה. Prototype מושב חגורת קירור מודפס עם aramid כבר עבר בדיקות אימות. כמו מהירויות עלייה וירידה, ייצור תוספת יכול לאפשר ייצור נמוך של התנגשויות עבור מחסומים ספציפיים.

אפשרויות ל-Bio-based Aramid Alternatives

חששות סביבתיים מניעים את הפיתוח של aramids מבוסס חלקית. חוקרים מאוניברסיטת דלאוור סיזן פולימרים aramid באמצעות מונומרנים שמקורם lignin, מוצר פסולת של מ"ג נייר.הסיבים וכתוצאה מכך יש מעט התנגדות תרמית מאשר aramids מבוסס נפט, אבל מציעים ירידה 30% פליטת גז חממה במהלך הייצור.

מסקנה

הפוטנציאל של סיבים אנרמיים במחסומים של התמוטטות רכב הדור הבא ומערכות בטיחות הוא עצום.השילוב הבלתי מקביל של כוח גבוה, משקל בהיר, עמידות חום וקליטת אנרגיה מתייחס רבות של המגבלות של פלדה מסורתית, אלומיניום וסיבים פחמן. במחסומים התרסקות, מסובבים ארמאים מאפשרים תשתיות בטיחות קלות ויעילות יותר, אשר מפחיתות יותר עלויות ההתקנה ופגיעה במכוניות בטיחותיות.

עם זאת, אימוץ נרחב דורש עלויות, ייצור, אתגרים עמידים.התקדמות בחומרים היברידיים, ננו-כוח, ייצור תוספים, חלופות מבוססות-ביו מטפלות בהתמדה בנושאים אלה.כפי שהמחקר ממשיך ומדפי הייצור עולים, סיבים ramid מופעלים להפוך אבן הפינה של הנדסה בטיחות הרכב.עבור מהנדסים, קובעי מדיניות וצרכנים כאחד, שמירה על סיבים מדהימים אלה עלולים להוביל כבישים בטוחים יותר ויותר בעשורים קדימה.

עוד קריאה

  • (ב) [13] ויקיפדיה: אפריד פייבר (AramidfifiveFLT:1 ), סקירה מקיפה של כימיה, תכונות ויישומים.
  • (FLT:0)DuPont Kevlar® Product PageirFLT:1) - גליונות נתונים טכניים רשמיים ומדריכי יישומים.
  • (FLT:0)Teijin Twaron®FharveLT:1) - אתר היצרן המכסה מוצרים ארמונים לשימוש בליסטי ורכב.
  • (FLT:0)FHWA: Crash Testing of Composite BarriersFLT 1:1 - דו"ח מינהל הכבישים הפדרלי בארה"ב על חומרי מחסום חדשניים.
  • סעיף:0 (מחקר: ⁇ ) סעיף: אנרגיה של Aramid-Epoxy CompositesFLT:1 - מחקר נבדק על ביצועי השפעה (מדע).