ข่าว - การประยุกต์ใช้ GMT ในอุตสาหกรรมยานยนต์

วัสดุคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกเสริมใยแก้ว (GMT) เป็นวัสดุคอมโพสิตชนิดใหม่ ประหยัดพลังงาน น้ำหนักเบา โดยใช้เรซินเทอร์โมพลาสติกเป็นเมทริกซ์และแผ่นใยแก้วเป็นโครงสร้างเสริมแรง ปัจจุบันเป็นวัสดุคอมโพสิตที่มีการพัฒนาอย่างคึกคักมากในโลก และได้รับการยกย่องว่าเป็นหนึ่งในวัสดุใหม่แห่งศตวรรษ

โดยทั่วไปแล้ว GMT สามารถผลิตผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปจากแผ่นโลหะได้ จากนั้นจึงนำไปแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์รูปทรงที่ต้องการโดยตรง GMT มีคุณสมบัติการออกแบบที่ซับซ้อน ทนทานต่อแรงกระแทกได้ดีเยี่ยม ประกอบและติดตั้งได้ง่าย เป็นที่นิยมในด้านความแข็งแรงและน้ำหนักเบา ทำให้เป็นส่วนประกอบโครงสร้างที่เหมาะสมอย่างยิ่งในการใช้แทนเหล็กและลดน้ำหนัก

1. ข้อดีของวัสดุ GMT

1) ความแข็งแรงสูง: ความแข็งแรงของ GMT ใกล้เคียงกับผลิตภัณฑ์ FRP โพลีเอสเตอร์ที่ขึ้นรูปด้วยมือ และมีความหนาแน่น 1.01-1.19 กรัม/ซม³ ซึ่งน้อยกว่า FRP แบบเทอร์โมเซตติง (1.8-2.0 กรัม/ซม³) ดังนั้นจึงมีความแข็งแรงจำเพาะสูงกว่า

2) น้ำหนักเบาและประหยัดพลังงาน: น้ำหนักของประตูรถยนต์ที่ทำจากวัสดุนี้วัสดุ GMTน้ำหนักสามารถลดลงจาก 26 กิโลกรัมเหลือ 15 กิโลกรัม และความหนาของแผ่นหลังสามารถลดลงเพื่อเพิ่มพื้นที่ภายในรถได้ การใช้พลังงานลดลงเหลือเพียง 60%-80% ของผลิตภัณฑ์เหล็ก และ 35%-50% ของผลิตภัณฑ์อลูมิเนียม

3) เมื่อเปรียบเทียบกับ SMC (sheet molding compound) ชนิดเทอร์โมเซตติง วัสดุ GMT มีข้อดีคือ วงจรการขึ้นรูปสั้น ประสิทธิภาพการทนแรงกระแทกดี สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ และมีอายุการเก็บรักษานาน

4) ประสิทธิภาพในการรับแรงกระแทก: ความสามารถในการดูดซับแรงกระแทกของ GMT สูงกว่า SMC ถึง 2.5-3 เท่า SMC เหล็ก และอลูมิเนียม ต่างก็เกิดรอยบุบหรือรอยแตกเมื่อถูกกระแทก แต่ GMT ยังคงไม่ได้รับความเสียหาย

5) ความแข็งแรงสูง: GMT ประกอบด้วยผ้า GF ซึ่งยังคงรักษารูปทรงได้แม้จะได้รับแรงกระแทกที่ความเร็ว 10 ไมล์ต่อชั่วโมง

2. การประยุกต์ใช้วัสดุ GMT ในอุตสาหกรรมยานยนต์

แผ่น GMT มีความแข็งแรงสูงและสามารถผลิตเป็นชิ้นส่วนน้ำหนักเบาได้ ในขณะเดียวกันก็มีอิสระในการออกแบบสูง ดูดซับแรงกระแทกจากการชนได้ดี และมีประสิทธิภาพในการแปรรูปที่ดี จึงมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยานยนต์มาตั้งแต่ทศวรรษ 1990 เนื่องจากความต้องการด้านการประหยัดเชื้อเพลิง การรีไซเคิล และความง่ายในการแปรรูปเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ตลาดวัสดุ GMT สำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์จึงจะเติบโตอย่างมั่นคงต่อไป

ปัจจุบัน วัสดุ GMT ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยานยนต์ โดยส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตโครงเบาะนั่ง กันชน แผงหน้าปัด ฝากระโปรงหน้า ตัวยึดแบตเตอรี่ แป้นเหยียบ ส่วนหน้า พื้น บังโคลน ประตูหลัง หลังคา และชิ้นส่วนสัมภาระ เช่น ตัวยึด ที่บังแดด ที่วางยางอะไหล่ เป็นต้น

1) โครงที่นั่ง
การออกแบบพนักพิงเบาะแถวที่สองแบบขึ้นรูปด้วยการอัดแรงดันของรถสปอร์ต Ford Mustang ปี 2015 ของบริษัท Ford Motor Company (ดังภาพด้านล่าง) ได้รับการออกแบบโดย Continental Structural Plastics ซึ่งเป็นซัพพลายเออร์ระดับ Tier 1 โดยใช้แม่พิมพ์เทอร์โมพลาสติกเสริมใยแก้วแบบทิศทางเดียว 45% (GMT) ของ Hanwha L&C และกระบวนการขึ้นรูปด้วยการอัดแรงดันจาก Century Tool & Gage ซึ่งผ่านมาตรฐานความปลอดภัยของยุโรป ECE ที่เข้มงวดมากสำหรับการรักษาน้ำหนักบรรทุกสัมภาระได้สำเร็จ

ชิ้นส่วนดังกล่าวต้องใช้การวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัด (FEA) มากกว่า 100 ครั้งจึงจะเสร็จสมบูรณ์ ซึ่งช่วยลดชิ้นส่วนลง 5 ชิ้นจากโครงสร้างเหล็กแบบเดิม และยังช่วยลดน้ำหนักได้ 3.1 กิโลกรัมต่อคัน ด้วยโครงสร้างที่บางลงและติดตั้งง่ายขึ้นอีกด้วย

2) คานป้องกันการชนด้านหลัง
คานกันกระแทกด้านหลังของรถยนต์ Hyundai Tucson รุ่นใหม่ปี 2015 (ดูภาพด้านล่าง) ผลิตจากวัสดุ GMT เมื่อเทียบกับวัสดุเหล็กแล้ว ผลิตภัณฑ์นี้มีน้ำหนักเบากว่าและมีคุณสมบัติในการรองรับแรงกระแทกได้ดีกว่า ช่วยลดน้ำหนักรถและประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิง ในขณะเดียวกันก็รับประกันประสิทธิภาพด้านความปลอดภัย

3) โมดูลส่วนหน้า
Mercedes-Benz เลือกใช้คอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกเสริมใยผ้า GMTexTM จาก Quadrant Plastic Composites เป็นส่วนประกอบโมดูลด้านหน้าของรถยนต์คูเป้หรูรุ่น S-Class (ดังภาพด้านล่าง)

4) แผงป้องกันส่วนล่างของตัวรถ
บริษัท Quadrant PlasticComposites ใช้ GMTex™ ประสิทธิภาพสูงสำหรับปกป้องใต้ฝากระโปรงรถ Mercedes Off-Road Special Edition

5) โครงประตูท้ายรถ
นอกจากข้อดีทั่วไปของการผสานฟังก์ชันการใช้งานและการลดน้ำหนักแล้ว ความสามารถในการขึ้นรูปของโครงสร้างฝากระโปรงท้าย GMT ยังช่วยให้สามารถสร้างรูปทรงผลิตภัณฑ์ที่ไม่สามารถทำได้ด้วยเหล็กหรืออลูมิเนียม นำไปใช้กับ Nissan Murano, Infiniti FX45 และรุ่นอื่นๆ

6) กรอบงานแดชบอร์ด
GMT ผลิตกรอบแผงหน้าปัดแนวคิดใหม่ที่ออกแบบมาเพื่อใช้กับรถยนต์หลายรุ่นในเครือ Ford Group ได้แก่ Volvo S40 และ V50, Mazda และ Ford C-Max วัสดุคอมโพสิตเหล่านี้ช่วยให้สามารถผสานรวมฟังก์ชันต่างๆ ได้หลากหลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งการรวมเอาชิ้นส่วนโครงสร้างตัวถังรถในรูปแบบของท่อเหล็กบางๆ เข้าไปในการขึ้นรูป เมื่อเทียบกับวิธีการแบบดั้งเดิม น้ำหนักจะลดลงอย่างมากโดยไม่เพิ่มต้นทุน