Những Nghiên Cứu Vật Liệu Mới Ứng Dụng Trong Chế Tạo Ô tô.

III: Audi ứng dụng vật liệu sợi thủy tinh chế tạo giảm xóc siêu nhẹ - Các nhà sản xuất ô tô đang nỗ lực hết mình trong việc nghiên cứu và ứng dụng các loại vật liệu thế hệ mới, nhằm cắt

Họ Và Tên: Quyết Đức Thuấn.

BÀI TIÊU LUẬN: Chuyên Đề Ô tô

Những Nghiên Cứu Vật Liệu Mới Ứng Dụng Trong Chế Tạo Ô tô

I: Vật Liệu Nano Trong Công Nghệ Chế Tạo Lốp xe

- Những ưu điểm vượt trội của vật liệu nano đang thu hút các hãng xe và ngành nghiệp phụ trợ vào cuộc cách mạng mới Tuy mới chỉ ở mức độ thử nghiệm,

nhưng với sự tham gia của các công ty hàng đầu và các hãng xe danh tiếng, tương lai của những chiếc lốp ứng dụng vật liệu nano sẽ không còn xa nữa với những ưu điểm vượt trội đang thu hút các hãng sản xuất và ngành công nghiệp phụ trợ ôtô vào cuộc cách mạng mới Có thể thấy công nghệ nano đã được áp dụng rất thành công khi chế tạo vỏ ôtô Đầu tiên phải kể đến những hạt chất dẻo ở dạng nano có thêm trong thành phần vật liệu sau khi được nấu chảy và đúc bằng khuôn sẽ thu được các tấm vỏ có độ bền và độ cứng hơn thép nhiều lần, nhưng trọng lượng thì nhẹ hơn Ưu điểm lớn nhất của loại vật liệu này là khả năng tạo hình theo khuôn Nhờ có công nghệ nano mà những lớp sơn phủ bóng bên ngoài vỏ ôtô trở nên bền và đẹp hơn Sơn nano có khả năng giữ màu và độ bóng cao hơn 40% so với sơn thông thường Ngoài ra, vật liệu composite sợi các bon cũng được cải tiến đáng kể, đây là loại vật liệu không đẳng hướng Nó chỉ có thể chịu lực tương tác lớn khi lực có hướng trùng với hướng của chuỗi phân tử, nếu sợi các-bon được thay bằng ống nano bon sẽ thu được vật liệu chịu lực tốt hơn so với sợi các-bon thông thường

Vật liệu nano trong chế tạo lốp xe ô tô.

- Cao su và cotton là những nông sản từ xa xưa Tuy nhiên, không giống cotton, cao su thiên nhiên gặp phải sự cạnh tranh mạnh mẽ từ cao su tổng hợp, loại vật liệu rất phát triển trong thế chiến thứ hai Năm 1964, 75% lượng cao su trên thế giới thuộc về cao su tổng hợp Nhưng sau đó, sự xuất hiện của lốp không săm đã cứu vớt vai trò của cao su thiên nhiên với lượng tiêu thụ 42% trong tổng số 19,61 triệu tấn, theo thống kê năm 2004

- Khoảng 50% lốp xe ôtô trên thế giới được làm từ cao su thiên nhiên Tuy nhiên, lốp sản xuất từ loại vật liệu này có những điểm yếu như không bền, dễ mài mòn, không chịu được nhiệt độ cao và mất dần tính đàn hồi trong quá trình sử dụng

Để khắc phục những khó khăn đó, các nhà nghiên cứu đã áp dụng công nghệ nano vào quá trình sản xuất xuất lốp Hạt carbon nhỏ (bao gồm các hạt kích thước nano -1 phần một tỷ mét) được trộn với sao su trong một thời gian dài trước khi đem đi ép

- Sản phẩm sau khi gia công có độ mài mòn thấp và sức bền lớn Cabot

Corporation – một trong những hãng cung cấp lốp và các vật liệu carbon hàng đầu thế giới – đã thử nghiệm thành công tính năng của “PureNano”- hạt silic cacbua kích thước nano, do Nanoproducts Corporation of Colorado sản xuất Khi bổ sung

vào lốp, các hạt “PureNano” làm giảm 50% độ mài mòn, nghĩa là tuổi thọ của lốp

sẽ tăng lên gấp đôi Một con số ấn tượng nếu biết rằng hiện tại, mỗi năm có 16,5 triệu chiếc lốp ở Mỹ cần phải thay mới Các sản xuất khác đang tìm cách kết hợp sợi carbon dạng ống vào trong lốp và dự đoán chúng sẽ có tuổi thọ còn lâu hơn cả

xe Trong khi đó, các chuyên gia tại Audi đánh giá công nghệ nano sẽ tạo nên cuộc cách mạng lốp trong tương lai Loại lốp thông minh gắn cảm biến nano liên kết với chíp điều khiển trung tâm sẽ có khả năng thay đổi cấu bề mặt tuỳ thuộc vào áp suất lốp, trọng lượng xe và điều kiện trên đường

- Những công ty như Inmat và Nanonor đang sản xuất các hạt đất sét kích thước nano, trộn chúng với nhựa hay cao su tổng hợp để tạo ra một bề mặt kín khít Các hạt đất sét nano của Inmat được sử dụng dưới dạng chất kết dính Bên cạnh đó, công ty này cũng liên kết với Michelin, hãng sản xuất lốp hàng đầu thế giới để ứng dụng công nghệ này trên lốp không săm Nó sẽ dần thay thế cao su truyền thống

và làm lốp nhẹ, rẻ và mát hơn

- Sản phẩm nổi tiếng ứng dụng công nghệ nano là “Aerogel”, vật liệu siêu nhẹ từng được đề nghị dùng để chế tạo lốp cho tàu thám hiểm sao Hoả Chứa tới 98% không khí, tập hợp hàng tỷ các bóng khí nano trong môi trường silic, nhờ đó, Aerogel nhẹ hơn 1.000 lần nhưng lại có khả năng làm kín khít gấp 40 lần bất cứ sợi thuỷ tinh nào Bên cạnh trọng lượng nhẹ, Aerogel còn có khả năng cách nhiệt Các nhà hoá học tại đại học Missouri-Rolla (Mỹ) đã tuyên bố phát triển thành công vật liệu Aerogel không thấm nước có thể sử dụng trên bề mặt lốp

II: Inrekor Arpro - vật liệu mới cho ngành sản xuất ô tô

- TPO - Hệ khung gầm nhẹ là một trong những yếu tố tiên quyết để tạo ra một mẫu xe siêu nhẹ, công ty Inrekor vừa giới thiệu vật liệu sản xuất mới mang tính cách mạng cho nền công nghiệp ô tô trong tương lai, ứng dụng trong sản xuất khung gầm xe

Hệ khung gầm sử dụng vật liệu Inrekor.

- Vật liệu mới này được Inrekor lấy luôn tên của công ty mình, hứa hẹn có độ bền

và rắn như thép hoặc những vật liệu chế tạo khung gầm vẫn sử dụng cho những mẫu xe hiện tại, tuy nhiên nó nhẹ hơn 30% và có thể tái chế hoàn toàn

Thực tế, vật liệu này là một cấu trúc siêu nhẹ, bao gồm bọt propylen được gọi là Arpro Ngoài việc có thể ứng dụng chế tạo khung gầm xe, vật liệu mới này cũng có thể sử dụng để thiết kế một số bộ phận khác

Theo Autocar, vật liệu Inrekor cũng đã từng được sử dụng ở một số mẫu xe hiện nay như cấu trúc khung gầm của Porsche 356 Speedster, do Porsche hợp tác với Chesil Motor Company chế tạo Kết quả là trọng lượng xe hơn 15% so với cấu trúc

xe sử dụng vật liệu thông thường

Để kiểm chứng tính ứng dụng cho vật liệu mới này, công ty Inrekor cũng giới thiệu một khung gầm của mẫu xe 4 chỗ, thông thường nặng 300kg Nhờ việc sử dụng vật liệu mới, trọng lượng này được giảm xuống mức 160kg

Sẽ gần như không còn những lo ngại về độ an toàn của vật liệu mới này vì nó đã qua những đợt kiểm tra của tập đoàn Sản xuất Warwich và Mira Theo những công ty này, Inrekor đủ rắn chắc để đáp ứng tiêu chuẩn 5 sao của NCAP châu Âu

Inrekor còn tiết lộ công ty đã ký kết hợp đồng với một nhà sản xuất ô tô để ứng dụng vật liệu mới này Dự kiến, mẫu xe được sản xuất từ vật liệu này sớm có mặt trên thị trường

III: Audi ứng dụng vật liệu sợi thủy tinh chế tạo giảm xóc siêu nhẹ

- Các nhà sản xuất ô tô đang nỗ lực hết mình trong việc nghiên cứu và ứng dụng các loại vật liệu thế hệ mới, nhằm cắt giảm trọng lượng của những chiếc xe giúp tiết kiệm nhiên liệu Nhôm và sợi carbon là những vật liệu được ưu tiên hàng đầu nhờ những ưu điểm vượt trội, như trọng lượng nhẹ và khả năng chịu lực cũng như độ bền cao Bên cạnh đó các nhà sản xuất vẫn đang tìm kiếm những vật liệu thay thế khác

Mới đây, Audi đã thử nghiệm sử dụng loại vật liệu sợi thủy tinh polymer (GFRP)

để chế tạo lò xo trong bộ phận giảm xóc Phần cốt lõi của lò xo được tạo thành từ các sợi thủy tinh ngâm tẩm với nhựa epoxy và xoắn lại với nhau Các sợi thủy tinh này được xoắn lại theo một góc 45 độ, được tính toán chính xác bằng máy tính, nhằm phân bố đều trọng tải lên toàn bộ các phần của lò xo

So với thép, sợi thủy tinh có nhiều ưu điểm vượt trội hơn như không bị ăn mòn, không bị ảnh hưởng bởi các hóa chất rửa xe, khả năng đàn hồi và chịu lực tốt hơn Bên cạnh đó, lý do chính mà sợi thủy tinh được sử dụng để thay thế thép là do trọng lượng rất nhẹ của chúng Audi cho biết, với việc sử dụng các lò xo bằng sợi

thủy tinh, họ có thể làm giảm một nửa trọng lượng của những bộ giảm xóc truyền thống

Không chỉ góp phần làm giảm mức tiêu thụ nhiên liệu, những bộ giảm xóc GFRP mới của Audi hứa hẹn sẽ đem lại trải nghiệm mới cho người lái xe Hệ thống giảm xóc sử dụng GFRP sẽ có thể điều chỉnh để phù hợp với từng điều kiện đường xá khác nhau, khiến những chiếc xe chạy êm hơn, đem lại cảm giác như đang cầm lái một chiếc xe thể thao

Audi đang lên kế hoạch thử nghiệm loại vật liệu mới này trên các dòng xe A6 và A7 vào cuối năm nay

IV: Ford sẽ chế tạo ô tô nhẹ và tiết kiệm nhiên liệu từ sợi carbon

- Sợi carbon tổng hợp đã được sử dụng trong ngành công nghiệp chế tạo máy bay

và xe đua trong nhiều thập kỷ qua bởi độ bền, khả năng chịu lực lớn với khối lượng vô cùng nhẹ Ford hiện đang đặt mục tiêu đưa công nghệ tiên tiến này áp dụng rộng rãi vào thị trường ô tô dân dụng nhằm tạo ra những dòng xe vừa nhẹ vừa tiết kiệm nhiên liệu

- Gã khổng lồ trong ngành công nghiệp ô tô thế giới Ford hiện đang làm việc với công ty DowAksa nhằm nghiên cứu và phát triển kỹ thuật sản xuất sợi carbon làm vật liệu chế tạo ô tô trên quy mô lớn Mục đích của việc sử dụng sợi carbon trong chế tạo xe hơi là mong muốn cho ra đời những dòng ô tô tiết kiệm nhiên liệu, nhẹ hơn đồng thời phải đảm bảo công suất cũng như tính năng tốt

Đồng thời, Ford cũng sẽ trở thành một thành viên mới của Viện Nghiên cứu Sáng tạo vật liệu tổng hợp tiên tiến Viện này là một bộ phận của mạng lưới nghiên cứu quốc gia được Bộ Năng Lương Mỹ hỗ trợ

Ford đang nuôi tham vọng sử dụng sợi carbon làm vật liệu sản xuất ô tô nhẹ và tiết kiệm nhiên liệu

Ford muốn chế tạo ô tô tiết kiệm nhiên liệu, nhẹ và bền từ sợi carbon

“Sự hợp tác của chúng tôi với DowAksa và việc tham gia vào Viện nghiên cứu sẽ giúp nâng cao một cách đáng kể những thành tựu có thể đạt được trong nỗ lực chế tạo loại xe mới tiết kiệm nhiên liệu “, Ken Washington, Phó chủ tịch phụ trách nghiên cứu và công nghệ tiên tiến của Ford cho biết “Chúng tôi đã trở thành một liên minh vững chắc với những con người tài năng đang làm việc từng ngày để tạo

ra những vật liệu ô tô ở thế hệ tiếp theo “

Sứ mệnh của học viện và mục tiêu của Ford trong việc hợp tác với DowAksa chính

là nhằm loại bỏ chi phí sản xuất cao và sự khan hiếm của sợi carbon cùng với đó phát triển một quy trình sản xuất khả thi trên quy mô lớn nhằm áp dụng sợi

carbon thành loại vật liệu làm ra những chiếc ô tô tiết kiệm nhiên liệu, độ bền cao Ford và công ty hóa chất Dow Chemical bắt đầu hợp tác cùng nhau từ năm

2012 nhằm tạo ra sợi carbon tổng hợp chi phí thấp với số lượng lớn

“Cơ hội này được xây dựng dựa trên thỏa thuận chung của Ford với Dow

Chemical và sẽ giúp đẩy nhanh thời gian ra mắt vật liệu carbon tổng hợp và ứng dụng chúng trên quy mô lớn để làm ra những chiếc ô tô tiết kiệm nhiên liệu với

độ bền cao”, Jim deVries, giám đốc toàn cầu phụ trách về nghiên cứu vật liệu và sản xuất của Ford cho biết

Sự hợp tác này sẽ giúp đẩy mạnh những nỗ lực của Ford trong việc tạo ra vật liệu sản xuất ô tô composite nhẹ hơn và đem lại nhiều lợi ích cho khách hàng bởi loại vật liệu này có thể giúp những dòng ô tô trong tương lai tiết kiệm nhiên liệu hơn

mà không hề hao hụt công suất

Sợi carbon đang trở thành loại vật liệu lý tưởng để sản xuất những chiếc ô tô tiết kiệm nhiên liệu, nhẹ với độ bền caoSợi carbon đang trở thành loại vật liệu lý tưởng để sản xuất những chiếc ô tô tiết kiệm nhiên liệu, nhẹ với độ bền cao

- Các chuyên gia về công nghệ và sản xuất vật liệu của DowAksa sẽ giúp Ford vượt qua những rào cản lớn trên con đường đưa sợi carbon composite vào ứng dụng trên quy lớn trong ngành công nghiệp sản xuất ô tô Douglas Parks, một thành viên trong hội đồng quản trị của DowAksa đông thời là nhân vật chủ chốt sáng lập

ra Viện Nghiên cứu Sáng tạo vật liệu tổng hợp tiên tiến cho biết “Viện nghiên cứu mới sẽ tạo một nền tảng hợp tác vững chắc nhằm đẩy nhanh tiến độ ra mắt vật liệu chế tạo ô tô tiết kiệm nhiên liệu của chúng tôi.”

- Sợi carbon tổng hợp đã được sử dụng trong việc chế tạo máy bay và xe đua trong nhiều thập kỷ qua bởi chúng có độ bền và sức mạnh lớn trong khi khối lượng vô cùng nhẹ Ford hiện đang đặt mục tiêu đưa công nghệ tiên tiến này áp dụng rộng rãi vào thị trường ô tô dân dụng

“ Mục tiêu của chúng tôi là phát triển một loại vật liệu có thể làm giảm trọng lượng của xe, giúp tiết kiệm nhiên liệu cho khách hàng.Sự linh hoạt của công nghệ này cho phép chúng ta phát triển loại vật liệu mới có thể áp dụng cho tất cả các dòng xe trên thị trường hiện nay– khối lượng xe sẽ nhẹ hơn 50% so với việc sử dụng thép trong sản xuất.” Patrick Blanchard, giám sát nhóm vật liệu tổng hợp của Ford cho biết

Ford đang nỗ lực phát triển công nghệ sản xuất sợi carbon quy mô lớn

để phục vụ thị trường ô tô dân dụngFord đang nỗ lực phát triển công nghệ sản xuất sợi carbon quy mô lớn để phục vụ thị trường ô tô dân dụng

- Tạo ra những chiếc xe nhẹ hơn chính là một phần quan trọng trong kế hoạch mang tính bền vững của Ford nhằm giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu cũng như khí thải Những dòng xe hiện nay được áp dụng tiêu chí khối lượng nhẹ trong đó có dòng xe Fiesta sử dụng thép boron nhẹ với

độ chịu lực cao.

- Toàn bộ dòng xe mới ra mắt năm 2015 của Ford F-150 dùng hợp kinh nhôm độ chịu lực cao vốn được sử dụng trong quân đội, giúp giảm khối lượng tổng thể xuống còn 7000 pound, theo tính toán của EPA, ước tính độ tiêu hao nhiên liệu sẽ giảm từ 5 đến 29%, tùy thuộc vào động

cơ và cấu hình đường truyền lực trên các quy trình hỗn hợp, cũng với tải trọng và lực kéo tốt nhất.

- Khái niệm vật liệu nhẹ của Ford bao gồm nhôm, thép chịu lực, magie

và sợi carbon tổng hợp được áp dụng trong việc chế tạo hầu hết các loại xe để giảm trọng lượng của mỗi chiếc ô tô ngang bằng mức của một chiếc Fiesta – với khối lượng được cắt giảm gần 25%.

- Ứng dụng khái niệm này có thể nâng tầm công nghệ vật liệu nhẹ lên một quy mô lớn hơn rất nhiều Ford và DowAksa cũng đang hợp tác cùng nhau nhằm giảm năng lượng cần thiết để sản xuất sợi carbon, cắt giảm chi phí nguyên liệu và xây dựng quy trình tái chế.

V: Vật liệu composite

ra đời khiến các nhà sản xuất ôtô có thêm nhiều sự lựa chọn hơn Một trong những vật liệu được quan tâm hàng đầu hiện nay trong chế tạo vỏ ôtô là sợi các-bon Các kết quả nghiên cứu thử nghiệm sức bền vật liệu thu được cho thấy sợi các bon có thể chịu một lực tác động gấp 12 lần so với thép, độ bền cao gấp 3 lần và nhẹ hơn thép 4 lần.

- Vật liệu này có thể dùng để chế tạo hầu hết các bộ phận của một chiếc ôtô, đặc biệt là phần vỏ nhằm giảm trọng lượng, tăng độ bền, độ an toàn và tạo kiểu dáng sang trọng Bên cạnh các-bon thì titan và ma-giê cũng được đánh giá cao Nhưng vấn đề chi phí của những vật liệu này khiến nhiều nhà sản xuất e ngại Các chuyên gia dự đoán sau năm 2015, các ứng dụng của sợi các-bon trong ngành công nghiệp ôtô sẽ chiếm 10-15% Đối với vật liệu mới này vẫn còn nhiều vấn đề cần phải được giải quyết, đặc biệt trong việc sửa chữa.