strona główna Ciekawostki Włókno węglowe, tytan i krzem
2020-10-23, ostatnia aktualizacja 2020-10-23 06:00

Włókno węglowe, tytan i krzem

Nissan GTR Nismo z węglowo-ceramicznymi tarczami hamulcowymi

Complex PR

Nissan GTR Nismo z węglowo-ceramicznymi tarczami hamulcowymi

Samochody sportowe imponują przyspieszeniem, rykiem silnika i zdolnością szybkiego pokonywania zakrętów, co nie byłoby możliwe bez zastosowania zaawansowanych rozwiązań technicznych i niezwykłych materiałów, zaczerpniętych wprost z kosmicznych lub lotniczych technologii.

Włókno węglowe

Popularny karbon jest materiałem kojarzącym się bezpośrednio z autami sportowymi. Wielka kariera włókna węglowego wynika z jego dużej wytrzymałości przy stosunkowo niskiej masie. W samochodach sportowych nie znajdziemy go jednak w czystej postaci – najczęściej występuje w formie wielowarstwowej tkaniny pokrytej syntetyczną żywicą.

Właściwą nazwą tak powstałego materiału jest kompozyt zbrojony włóknem węglowym (ang. Carbon Fiber Reinforced Plastics CFRP). W motoryzacji służy przede wszystkim do produkcji elementów nadwozi, a rzadziej – części mechanicznych, takich jak np. wały napędowe. Materiał ten wykorzystano w produkcji różnych aut sportowych – od grand tourerów w stylu Lexusa LC do hiperaut pokroju McLarena Senna.

Nadwozie Lexusa LFA jest w 65% zbudowane z kompozytu zbrojonego włóknem węglowym

Jednym z najsłynniejszych samochodów zbudowanych z kompozytów zbrojonych włóknem węglowym jest Lexus LFA. Nadwozie samochodu zostało w 65% wykonane z CFRP. Kompozyt został wykorzystany w konstrukcji głównej ramy kabiny, tunelu wału napędowego, paneli podłogowych, dachu, pokrywy silnika i tylnych słupków.

Mimo wielu zalet włókno węglowe praktycznie nie jest stosowane w samochodach popularnych ze względu na wysoką cenę produkcji. Niemniej hybrydowa Toyota Prius Plug-in otrzymała pokrywę bagażnika z elementami z karbonu, a wodorowa Toyota Mirai – zbiornik paliwa.

Kevlar

Włókno aramidowe, czyli kevlar, stosuje się szeroko w zastosowaniach militarnych. Z kevlaru powstają np. kamizelki kuloodporne czy hełmy. Jest to kolejny, niezwykle wytrzymały materiał, który trafił także do motoryzacji. Służy do produkcji elementów nadwozia, a w sportach motorowych używany jest w konstrukcjach bolidów Formuły 1.

Włókno aramidowe znajdziemy także w pojazdach niewyścigowych, i to nawet tych popularnych, gdzie służy do wzmacniania elementów takich, jak: węże chłodnicy, paski rozrządu czy opony. W samochodach sportowych znajdziemy ponadto sprzęgła z okładzinami zawierającymi kevlar.

Włókna naturalne

Włókno węglowe i kevlar są materiałami syntetycznymi, ale w autach sportowych wykorzystuje się również naturalne włókna roślinne. Materiały te nie odbiegają masą ani wytrzymałością od tradycyjnych włókien węglowych, a jednocześnie są przyjazne środowisku.

Przedni dyfuzor i tylne skrzydło Toyoty GR Supra GT4 wykonane jest z kompozytów zawierających włókna lnu i konopi

Na przykład nowa Toyota GR Supra w wyścigowej specyfikacji GT4 otrzymała przedni dyfuzor i tylne skrzydło wykonane z kompozytów, zawierających włókna lnu i konopi. Podobny materiał zastosowano w Porsche 718 Cayman GT4 Clubsport. W tym przypadku z kompozytu zawierającego włókna konopi wykonano tylne skrzydło oraz drzwi.

Tytan

Znaczną wytrzymałością przy niskiej masie charakteryzuje się również tytan – metal odporny na działanie wysokich temperatur oraz korozję. W motoryzacji używa się go np. do budowy korbowodów. Wykorzystanie tytanu i kilku innych specjalnych materiałów pozwoliło stworzyć dla Lexusa LFA silnik V10 o masie mniejszej niż typowej V-szóstki, osiągający maksymalną prędkość obrotową w czasie 0,6 s.

Nadwozie Vulcano Titanium zostało prawie w całości wykonane z tytanu

Tytan występuje również w zaworach dolotowych słynnego Lexusa V8. Z kolei nowy Lexus RC F Track Edition dysponuje układem wydechowym wykonanym z tytanu. Podobne wydechy znajdziemy w sportowych modelach BMW. W samochodach rajdowych i wyścigowych montowane są tytanowe sprężyny amortyzatorów. Marka Bugatti skonstruowała z tytanu zacisk hamulcowy. A jakby tego było mało, w 2016 roku powstał samochód niemal w całości wykonany z tego metalu – Vulcano Titanium.

Krzem

Krzem, w połączeniu z włóknem węglowym, jest wykorzystywany do tworzenia węglowo-ceramicznych tarcz hamulcowych. Ich popularność we współczesnych samochodach sportowych zawdzięczamy Enzo Ferrariemu, choć za prekursora uważa się francuskie Venturi Atlantique 400 GT.

Tarcze węglowo-ceramiczne są bardziej odporne na ścieranie, a więc trwalsze, zwłaszcza że zdecydowanie lepiej znoszą wysokie temperatury, zapewniając wydajne hamowanie nawet pod bardzo dużym obciążeniem. A przy tym mają wyraźnie niższą masę od typowych rozwiązań.

Niestety, wysokie koszty produkcji sprawiają, że są bardzo drogie – ich ceny dochodzą do kilkudziesięciu tysięcy złotych. Znajdziemy je głównie w ekstremalnych autach sportowych, takich jak Nissan GTR Nismo, Audi R8 czy Lexus RC F w wersji Track Edition. Czasem trafiają również do samochodów bardziej przystępnych cenowo – na przykład Porsche 718 Cayman.

Magnez

Istotną cechą magnezu jest jego wyjątkowo niska masa. I choć pod względem wytrzymałości nie dorównuje tytanowi, to jego stopy okazują się wystarczająco mocne, by z powodu lekkości znaleźć zastosowanie w przemyśle lotniczym, kosmicznym i motoryzacji. Wyjątkowo niską masę V-dziesiątki legendarnego Lexusa LFA udało się osiągnąć m.in. dzięki zastosowaniu pokrywy głowicy ze stopu magnezowego.

Pokrywa bagażnika w samochodzie Toyota Prius Plug-in z elementami wykonanymi z karbonu

Podobny materiał wykorzystano do stworzenia 6-cylindrowego silnika N52 BMW. W momencie premiery był on najlżejszą jednostką napędową tego typu na świecie. Dzięki przystępnym kosztom produkcji materiał znalazł zastosowanie również w popularnych samochodach – z magnezu wykonywane są konstrukcje kierownic czy szkielety foteli. Z kolei w samochodach rajdowych i wyścigowych często montuje się obręcze kół ze stopów magnezu.

Aluminium

Na tle tak egzotycznych i wytrzymałych materiałów, jak kevlar czy tytan, aluminium nie robi wrażenia. W motoryzacji materiał ten stosowany jest od dawna i łatwo go znaleźć nawet w samochodach popularnych. Jest on stosunkowo miękki, jednak producenci szybkich aut bardzo go cenią, ponieważ w stopach z magnezem, krzemem czy miedzią tworzy materiał wytrzymały, a jednocześnie lekki.

Ze stopów zawierających aluminium często odlewane są elementy silników. General Motors stosuje je obok żeliwa do produkcji bloków jednostek V8 z serii LS, Lexus do bloków i głowic silnika V10 w modelu LFA, a Toyota produkuje z niego głowice do silnika 2JZ. W modelu tym z technicznego glinu wykonano również dach i obudowę skrzyni biegów. W nowej Toyocie GR Supra aluminium zastosowano przy produkcji elementów zawieszenia, masce oraz drzwiach. Aluminiowym zawieszeniem dysponował także legendarny McLaren F1.



 

Wasi dostawcy

Polecane