Вопрос

Каковы плюсы и минусы кузова из стекловолокна?

Стекловолокно — популярный материал для строительства лодок. Оно хорошо зарекомендовало себя и является прочным. За прошедшие годы было предпринято несколько попыток использовать стекловолокно в автомобильной промышленности:




  • Glasspar G2 — автомобиль 1950 года с кузовом из стекловолокна

  • В Chevrolet Corvette от C1 до C7, похоже, используются панели из стекловолокна

  • В нескольких моделях Lotus, включая Elite, Europa, Elan и Espirit, использовались кузова из стекловолокна

  • Существует множество кит-каров с кузовами из стекловолокна.



В целом, несмотря на то, что в промышленности используются корпуса из стекловолокна, они не получили широкого распространения. Почему? В чём плюсы и минусы и почему минусы перевешивают плюсы?



Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/26175/what-are-the-pros-and-cons-of-fiberglass-body

24 Комментария

  1. Есть одна вещь, о которой большинство людей забывают упомянуть: устойчивость к ультрафиолетовому излучению. Даже при использовании так называемых УФ-ингибиторов любой стеклопластик, оставленный на солнце, начнёт разрушаться: смолы станут хрупкими, а на цветной поверхности гелькоута появятся трещины, похожие на паутину, и он потеряет цвет. Я видел «Лотус Европа», которые выглядели так, будто вот-вот развалятся, просто потому, что несколько десятилетий простояли на солнце (а это исправить гораздо сложнее, чем ржавчину)
    . Стеклопластик уже несколько десятилетий популярен среди производителей кит-каров и малосерийных автомобилей (в 50-е годы «Лотус» по своей методологии был очень похож на компанию, выпускающую кит-кары), поэтому он хорошо подходит для снижения производственных затрат (на инструменты и настройку).



    С другой стороны, гораздо быстрее, когда специальный стальной пресс штампует панель за панелью, обычно со скоростью одна или несколько панелей в секунду. Стеклу обычно требуется несколько часов, чтобы застыть или затвердеть, прежде чем его можно будет извлечь из формы.
    Таким образом, с одной стороны, вы можете производить кузова автомобилей с минимальными затратами на подготовку (многие формы, которые я использовал на протяжении многих лет, были сделаны из дерева со слоем стекла и гелькоута для придания поверхности, с которой можно снимать слепки), в отличие от затрат на изготовление стальных штампов для прессования. С другой стороны, ежедневное производство кузовов из стали будет намного выше, чего и добиваются крупные производители.


  1. Основная причина, вероятно, заключается в стоимости.



    Для производства стальных панелей требуются дорогостоящие инструменты, но после того, как вы вложите средства в эти инструменты, панели можно будет производить быстро и дёшево. Положите плоский лист стали, и через несколько секунд у вас будет панель нужной формы.



    При использовании стеклопластика оснастка относительно недорогая, но на изготовление панели с такой оснасткой уходит много времени. Матрикс нужно обрезать по форме, а затем уложить (скорее всего, вручную), тщательно выровняв перекрывающиеся участки. Это довольно сложная работа. В некоторых местах необходимо тщательно выровнять «зерно» матрикса. Затем можно добавить смолу. Чтобы минимизировать вес (и сохранить его на должном уровне), панель необходимо упаковать в пакет, чтобы удалить излишки смолы во время отверждения. На всё это требуется время.



    С углеродным волокном всё то же самое, но процесс занимает ещё больше времени.



    Если вы производите несколько сотен панелей, то экономия на оснастке при использовании стеклопластика компенсирует высокие затраты на рабочую силу. Но когда речь идёт о тысячах панелей, затраты на рабочую силу становятся нерентабельными. Поэтому кузова из стеклопластика обычно используются для производства автомобилей в ограниченном количестве



    Я подозреваю, что ещё одним важным фактором при производстве автомобилей является возможность вторичной переработки стеклопластиковых панелей.



    Обратите внимание, что даже в 1950-х годах компания Lotus выпустила автомобиль с монококовым кузовом из стеклопластика без отдельного шасси.


  1. Плюсы




    • Легкий.

    • Не ржавеет.

    • Не оставляет вмятин.



    Минусы




    • При чрезмерном сгибании ломается/трескается.

    • Не такой прочный, как металл.

    • Может деформироваться при нагревании.


  1. Проблема в том, что срок службы составляет 43 года. Ни один автомобиль не рассчитан на 43 года эксплуатации.
  1. Это должен быть главный ответ; все остальные — это простые проблемы с дизайном.
  1. Это не очень хороший ответ. Пример Scimitar показывает, что сталь всё ещё может быть слабым звеном в конструкции из стеклопластика, но это происходит из-за плохой защиты от коррозии в месте назначения. Это всё равно что посмотреть на Lancia Beta, продававшуюся в Великобритании в 1970-х годах, и заявить, что сталь не подходит для изготовления автомобилей.
  1. Я думаю, что главный недостаток стекловолокна (также известного как армированный стекловолокном пластик или GRP) заключается в том, что при ударе оно трескается и ломается, а не деформируется и поглощает энергию, как это делает металл. Поэтому автомобилю с кузовом из стеклопластика всё равно потребуется внутренняя защитная конструкция для пассажиров, что сводит на нет многие преимущества.



    Британские автомобили Reliant (в частности, Scimitar) в 1970-х годах имели кузов из стеклопластика, и многие из них были списаны из-за ржавчины на внутренних дугах безопасности, которые вклеены в кузов и которые очень сложно отремонтировать!



    В последнее время стеклопластик чаще всего используется для изготовления отдельных панелей, особенно ненесущих, таких как панели крыши фургонов и грузовиков. В этом случае есть ещё одно преимущество: неокрашенная относительно тонкая панель из стеклопластика полупрозрачна и пропускает свет в грузовое пространство, а её небольшой вес снижает центр тяжести транспортного средства.


  1. В дополнение к этому ответу скажу, что роботизированная производственная линия со штампованными стальными панелями и точечной сваркой может изготовить сотни готовых кузовов за считаные часы. Не требуется время на отверждение, а участие человека минимально. Если вы продали Lotus Esprit, то можете не торопиться с его сборкой, а если вы продали 20 000 Ford Mondeo, то не можете. Просто стальные кузова можно быстро производить в больших объёмах на небольшой площади.
  1. В дополнение к первому абзацу: панели можно производить быстро, дёшево и с высокой точностью, с минимальным количеством вариаций. Можно быстро вносить изменения в оснастку и ремонтировать её, сокращая время простоя. В дополнение ко второму абзацу: ещё один метод — использование мата из выдувного стекла. Он позволяет относительно быстро наносить материал на форму, но страдает качество очистки, точность нанесения и однородность.
  1. Звучит так, будто это должно быть название бренда. Я бы тоже так подумал.
  1. @PoissonFish Я признаю свою неправоту... При попытке найти «название бренда из стекловолокна» возникает этот вопрос!
  1. Моё исследование показывает, что стекловолокно — это не торговая марка, а просто разновидность армированного волокном пластика. Согласно Википедии, армированный стекловолокном пластик (GRP) — это другое название стекловолокна. Компания Owens Corning запатентовала так называемое «фибреглас» в 1936 году, что, по-видимому, является немецким вариантом написания слова «стекловолокно». Хотя в какой-то момент это могло считаться охраняемым названием (у меня нет оснований так полагать), стекловолокно таковым не является.
  1. Очень хороший ответ. Я пока воздерживаюсь от того, чтобы выбрать «принятый» ответ, так как каждый из них по-своему раскрывает суть моего вопроса. Кстати, я не могу найти упоминание о том, что «стекловолокно» — это торговая марка. Всё, что я нахожу, — это «альтернативное название стеклопластика». Не могли бы вы подсказать мне правильное направление?
  1. Я подозреваю, что основная причина, по которой его не используют, заключается в том, что сталь очень дешёвая, панели из неё можно быстро производить в больших количествах с помощью автоматизированного штампа, а также быстро приваривать на место. Дополнительный вес — это всего лишь недостаток массового производства и эффекта масштаба.
  1. Мне тоже нравится этот ответ, но я бы поспорил с вашим вторым «против»: стеклопластик не ржавеет, в отличие от металла. Я видел один Corvette 67-го года, который выглядел как минимум «пригодным для восстановления» с точки зрения кузова, но поскольку машина 20 лет простояла в луже, металлические детали нижней половины пришли в негодность.
  1. Просто и понятно — идеально.
  1. @JonathanMusso — по иронии судьбы, в ранних моделях Ferrari 308 использовался кузов из стеклопластика, и они стоят дороже, чем более поздние модели.
  1. @JonathanMusso Я имею в виду автомобиль Генри Форда из стекловолокна, которого нет в списке. Это добавляет контекст к данному вопросу
  1. @user1886419 В мире хот-родов любой может собрать автомобиль с кузовом из стекловолокна, но он будет считаться кит-каром. Если у вас есть винтажная сталь, значит, у вас есть настоящий автомобиль.
  1. @cdunn — во многих автомобилях Lotus использовался кузов из стеклопластика на стальном шасси. Elan, Elan +2, Europa, Esprit, Elite (1970-х годов), Eclat и Excel. В оригинальной модели Elite использовался монокок из стеклопластика без отдельного шасси, но его производство было дорогостоящим, и компания перешла на стальное шасси с более дешёвой моделью Elan.
  1. а как насчет Генри Форда?
  1. Кузов Lotus Europa также был полностью выполнен из стекловолокна. Большая часть стали использовалась для изготовления двойной Y-образной рамы и бамперов.
  1. @MooseLucifer, хорошая мысль, я отредактирую вопрос, чтобы отразить это.
  1. Все модели Corvette (от C1 до нынешней C7) имеют корпуса из стекла или углеродного волокна.
Вы уже ответили на этот вопрос