; 3 — флуоресцентный экран; 4 - рентгеновская пленка; 5 - слой углепластика; 6 - экранирующий слой из пластмассы.

6.6. ПРИМЕНЕНИЕ УГЛЕПЛАСТИКОВ В АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИИ

Композиционные материалы на основе углеродных волокон применяются в автомобилестроении несколько в меньшем масштабе, чем в аэрокосмической промышленности. Это связано с высокой стоимостью этих материалов, а также с отставанием в разработке методов массового производства композиционных материалов. Например, стоимость 1 кг конструкции современных автомобилей из традиционных материалов составляет приблизительно 1000 иен. В то же время стоимость углепластиков — от десяти тысяч до нескольких десятков тысяч иен за 1 кг, т. е. в 10 или в несколько десятков раз выше. При использовании углепластиков в аэрокосмической промышленности высокая цена материала не столь существенна из-за высокой стоимости всего изделия, поэтому можно использовать довольно трудоемкий метод автоклавного формования, а в автомобилестроении возможность применения углепластиков лимитируется стоимостью материала и сложностью существующих методов формования.

Тем не менее когда в 1973 г. возник нефтяной кризис, остро встал вопрос экономии энергии. К тому же с ростом парка автомобилей обостряется проблема загрязнения окружающей среды. В связи с этим во всех странах стали интенсивно проводить теоретические и прикладные исследования по уменьшению потребления горючего, количества выхлопных газов и шума автомобилей, повышению их безопасности и т. д. Естественно, что в этих исследованиях приняли участие и фирмы-изготовители углепластиков. Все это привело к ускоренной-разработке углепластиков для применения их в автомобилестроении с целью снижения массы автомобилей.

Например, в США в 1975 г. введены контрольные цифры по расходу горючего для легковых автомобилей в зависимости от года их производства. Для автомобилей выпуска 1978 г. минимальный пробег при использовании 1 л горючего должен составлять 7,6 км, а для автомобилей выпуска 1985 года -11,6 км/л. Если же характеристики автомобиля не соответствуют этим контрольным цифрам, то на фирму, производящую автомобили, налагается штраф в размере 5 дол. за каждые не достающие до контрольной цифры 0,0042 км/л для каждого автомобиля.

Экономия горючего достигается путем снижения массы автомобиля, а также благодаря повышению эффективности работы двигателя, улучшению аэродинамических характеристик, применению системы турбо-наддува и т. д. Для повышения экономичности автомобиля на 0,0042 км/л необходимо снизить его массу приблизительно на 7 кг. Это означает, что для достижения контрольных цифр по расходу горючего только путем снижения массы автомобиля требовалось уменьшить ее за

230

Глава 6

231

Таблица в. И. Соотношение между количеством материалов, используемых в производстве легковых автомобилей в США

Материал 1978 г 1987 г

Масса, кг Доля, »А Масса, кг Доля,%

Сталь 936,7 59 782,0 80

Чугун 285.8 18 127 10

Алюминий 63,5 4 77,1 со

Пластмассы 79,4 5 113,4 со

Другие материалы 222,3 14 190,5 15

Итого 1587,7 100 1269,9 100

7 лет приблизительно на 660 кг. В табл. 6.11 приведен прогноз по изменению соотношения между количеством различных конструкционных материалов, используемых в производстве легковых автомобилей в США. Предполагается посредством замены деталей из стали и чугуна на детали из углепластиков, стеклопластиков, армированных углеродными или стеклянными волокнами термопластов, и других конструкционных полимерных материалов снизить массу автомобилей за 10 лет приблизительно на 320 кг. Такое снижение массы автомобилей соответствует приблизительно лишь 50% ее величины, необходимой для достижения контрольных цифр по расходу горючего. Поэтому наряду с использованием новых перспективных материалов следует уменьшать размеры автомобилей, увеличивать эффективность использования энергии и осуществлять другие меры по снижению расхода горючего.

В 1977 г. фирма "Форд" сообщила о плане разработки облегченного экспериментального автомобиля, в котором будут использованы в основном углепластики и гибридные армированные пластмассы на основе углеродных и стеклянных волокон. Первый опытный экземпляр такого автомобиля был создан в мае 1979 г. В опытной модели "Форд LTD" 1979 г. из углепластиков, гибридных и других композитов на основе углеродных и стеклянных волокон были изготовлены кузов, шасси, двери, бампера и другие детали автомобиля (рис. 6.21). Данные о массе различных деталей такого автомобиля приведены в табл. 6.12. В результате использования конструкционных полимерных материалов масса автомобиля снизилась с 1698 до 1137 кг, т. е. приблизительно на 33%, а экономичность повысилась с 7,2 до 9,7 км/л, т. е. на 35%.

Фирмы "Дженерал моторе" (США), "Крайслер" (США), "Мерседес Бенц" (ФРГ) и "Вольво" (Швеция) разрабатывают приводные (карданные) валы, рессоры и другие детали из углепластиков, а фирма "Плимут" (США) ведет работы по применению углепластиков в деталях двигателя. Например, значительное повышение экономичности двигателя