13. dubna 2016 00:38

Využitie materiálov na báze syntetických polymérov pri výrobe automobilov

Plasty sú kľúčovým konštrukčným materiálom na dosiahnutie požadovaných bezpečnostných a výkonnostných parametrov v súčasných automobiloch, minivanoch, pickupoch a SUV. V automobilovom dizajne prispeli plasty k mnohým inováciam v oblasti bezpečnosti, výkonu a účinnosti paliva. Plasty tvoria dnes takmer 50 % objemu nových automobilov, pričom však predstavujú len cca 15 percent ich hmotnosti.

Nízka merná hmotnosť plastov a ich kompozitov v porovnaní s kovovými materiálmi umožňuje, aby sa vyrábali vozidlá ľahšie a úspornejšie, čo má za následok aj nižšie emisie oxidu uhličitého. Významnou prioritou v automobilovom dizajne je redukcia hmotnosti, ktorá je kľúčovým faktorom pri zvyšovaní účinnosti paliva ako aj zníženie emisií a nákladov pre motoristov. Plastové dielce v automobile môžu vážiť až o 50% menej ako podobné súčiastky vyrobené z iných materiálov. To je jeden z dôvodov, prečo dnešné automobily, mikrobusy, pick-upy a SUV obsahujú cca 160 kg plastov a ich kompozitov.

Moderné plasty prispievajú významne k zlepšeniu bezpečnosti cestujúcich a návrhári automobilov sa spoliehajú na všestrannosť aplikácií plastov pri navrhovaní a konštruovaní moderných automobilov. Vozidlá vyrobené z plastov pomáhajú šetriť finančné prostriedky a aj prírodné zdroje s možnosťou dosiahnutia požadovaného náročného dizajnu, aerodynamiky s konsolidáciou dielcov automobilov pri zaručení najvyššej možnej bezpečnosti vozidiel a cestujúcich. Plasty v automobilovom dizajne prispeli k mnohým inováciam v oblasti bezpečnosti, výkonu a účinnosti paliva. Bezpečnostné pásy v automobiloch vyrobené zo zväzkov polyesterových vlákien, samotné pomáhajú celosvetovo zachrániť každoročne až 11.000 ľudských životov. Airbagy vyrobené obvykle z vysoko pevnej nylonovej tkaniny môžu znížiť riziko úmrtia pri priamej, čelnej zrážke vozidiel asi o 30 % a autosedačky vyrobené zo syntetických polymérnych vlákien pomáhajú chrániť život detí pri preprave automobilmi.

Ľahké tvarovanie plastov v porovnaní s kovmi umožňuje výrobcom automobilov zvoliť zložitý dizajn, ktorý je pri použití kovových dielcov karosérie vzhľadom na ťažšie a zložitejšie tvarovanie kovov veľmi energeticky a finančne náročný. Z dôvodov ochrany životného prostredia sa nahrádzajú automobilové dielce, ktoré sú rizikové z hľadiska uvoľňovania halogénov, inými polymérnymi materiálmi, napr. kopolymérmi polyolefínov a kopolymérmi polystyrénu s polyizoprénom alebo polybutadiénom. Tieto plasty disponujú vysokou elasticitou a používajú sa v interiéroch vozidiel na výrobu obkladov kvôli zvýšeniu bezpečnosti posádky vozidiel ako aj na výrobu prístrojovej dosky a na výrobu povrchov s mäkkým dotykom v interiéri.

Plastové dielce sú dôležité aj pre odstránenie hluku v interiéri vozidla. Na zníženie celkovej hlučnosti vozidiel sa využívajú termoplastické elastoméry, ktoré majú schopnosť odstrániť vibrácie vozidla v dôsledku ich pohlcovania, pričom sa zvyšuje pasívna bezpečnosť automobilu. Pri znižovaní hmotnosti automobilov sa sklo nahrádza polykarbonátom, ktorý má vysokú transparentnosť a odolnosť proti nárazu. V prípade súčiastok vystavených vysokým teplotám sa používajú fluórované polyméry ako je napr. Teflon. Plasty se používajú aj pri výrobe bezpečnostných dielcov, napr. olejovej vane ako aj štruktúrnych dielcov nárazníkov.

Pri výrobe automobilov sa používajú najmä tieto druhy syntetických polymérov:

Polypropylén (PP) je chemicky odolný polymer a je takmer úplne nepriepustný pre vodu. Polypropylén plnený sadzami má odolnosť proti pôsobeniu ÚV žiarenia. Používa sa na výrobu automobilových nárazníkov, palivových nádrží, izolácie elektrických káblov, krabíc na autobatérie, fliaš, kobercov a rôznych plastových dielcov do interiéru aj exteriéru vozidiel.

Polyuretány (PUR) sú široko používané polymérne materiály s vysokou objemovou pružnosťou po napenení. Z PUR sa vyrábajú penové izolačné panely, mikrobunkové penové upchávky a tesnenia, automobilové závesné púzdra, zalievacie hmoty na elektrické kontakty a vankúše.

Polyvinylchlorid (PVC) má dobrú chemickú odolnosť a mechanické vlastnosti Používa sa na výrobu automobilových nástrojov, panelov, opláštenie elektrických káblov, na výrobu rôznych potrubí a dverí.

Akrylonitril-butadién-styrénový terpolymér (ABS) je termoplastom odolným proti poveternostným vplyvom a pôsobeniu chemických látkok, často sa používa na výrobu vákuovo tvarovaných komponentov. Dosahuje dobrú odolnosť proti nárazu. Používa sa na výrobu palubných dosiek a krytov automobilov.

Polyamid (PA) sa používa najmä vo forme nylonu 6,6 a nylonu 6. Oba tieto polyamidy majú vysokú odolnosť proti oderu, nízke parametre trenia a dobrú chemickú odolnosť. PA sa používa na výrobu ozubených kolies, vačiek a ložísk.

Polystyrén (PS) sa používa na výrobu rôznych dielcov do interiéru vozidiel. Často sa používa na vzariadenie interiérov vozidiel pri výrobe krytov, tlačidiel, kovania a pri výrobe displejov.

Polyetylén (PE) má dobrú chemickú odolnosť. PE s nízkou hustotou (LDPE) a polyetylén s vysokou hustotou (HDPE) sa odlišujú hustotou a mechanickými vlastnosťami. PE sa používa po naplnení skleným vláknom na výrobu karosérií automobilov, elektrické izolácie a obalové materiály.

Polyoxymetylén (POM) (polyacetál, resp. polyformaldehyd) má značnú tuhosť a dosahuje dobrú stabilitu pri nízkych teplotách. Má dobrú chemickú odolnosť proti pôsobeniu pohonných látok. Používa sa na výrobu vnútorných a vonkajších líšt, palivových systémov a prevodov.

Polykarbonát (PC) má dobrú odolnosť proti pôsobeniu poveternostných vplyvov, ÚV žiareniu a disponuje vysokou transparentnosťou. Používa sa na výrobu bezpečnostných stien, nárazníkov, reflektorov, súčiastok svetlometov, hmlových a stop svetiel a šošoviek.

Polymetymetakrylát (PMMA, plexisklo, resp. organické sklo) je polymer transparentný ako sklo, ktorý má dobrú pevnosť v ťahu, odolnosť proti pôsobeniu ÚV žiareniu a poveternostným vplyvom. Výrobky z PMMA sa vyznačujú vysokou optickou kvalitou. Nevýhodou súčiastok z PMMA je nižšia tvrdosť a možnosť poškriabania povrchu. Používa sa na výrobu obrazoviek a displejov.

Polybutyléntereftalát (PBT) sa vyznačuje dobrou chemickou odolnosťou a dielektrickými vlastnostťami, veľmi dobrou odolnosťou proti dynamickému namáhaniu a dobrou rozmerovou stabilitou pri vyšších teplotách. Používa sa na výrobu hmlových svetiel, puzdier a rámov, slnečných clon, súčiastok zámkového systému, kľučiek dverí, nárazníkov a komponentov karburátora.

Polyetylénteraftalát (PET) má podobné vlastnosti ako PBT. Dosahuje dobrú tepelnú stabilitu a dielektrické vlastnosti, má nízku nasiakavosť a výborné povrchové vlastnosti. Používa sa na výrobu ramien stieračov, prevodových skríň, držiakov svetlometov, krytov motora a konektorov.

Akrylonitril-styrén-akrylátový terpolymér (ASA) dosahuje vysokú húževnatosť a tuhosť, má dobrú chemickú odolnosť, tepelnú stabilitu a vynikajúcu odolnosť proti poveternostným vplyvom. Odoláva starnutiu a žltnutiu a má vysoký lesk. Používa sa na výrobu púzdier, profilov, vnútorných a vonkajších dielcov automobilov.

Pri výrobe automobilov je významné využitie polymérnych kompozitov.

Polymérne kompozity pozostávajú z polymérnej matrice, ktorá obsahuje vystužovacie plnivo. Ako vystužujúce plnivo sa používajú polyamidové, uhlíkové, sklené alebo prírodné vlákna. Polymérne kompozity po vystužení sklenými, prírodnými alebo polymérnymi vláknami získavajú vyššie mechanické vlastnosti ako mal pôvodný polymér. Používajú sa na výrobu mechanicky namáhaných častí karosérie, nárazníkov a na výrobu dielcov do interiérov automobilov slúžiacich na zvýšenie pasívnej bezpečnosti. Pri výrobe palivových nádrží, ktoré sa pôvodne vyrábali z ťažkých kovových materiálov, sa využívajú polyamidové alebo polyacetálové kompozity. Tieto kompozity majú okrem nižšej hmotnosti v porovnaní s kovmi výhodné bariérové vlastnosti, ktoré pri ich aplikácii umožňujú eliminovanie prenikania pár pohonných látok z nádrže, pričom sa chráni životné prostredie.

Využitie plastov v automobilovej výrobe sa neustále rozširuje. Výhodou polymérnych materiálov je ich malá merná hmotnosť, vysoká pevnosť a tuhosť a dobré tlmenie hluku. K výhodám patrí možná recyklácia plastových komponentov, pričom sa nezaťažuje životné prostredie. Splnenie požiadaviek vyššej bezpečnosti, komfortu, hospodárnej prevádzky a vzhľadu aplikácie polymérnych materiálov v automobiloch do značnej miery umožňujú. Automobilový priemysel je dnes vďaka vysokej konkurencii odkázaný na neustále inovácie, ktoré zvyšujú kvalitu vyrábaných vozidiel. Polyméry sú konštrukčnými materiálmi, ktoré spĺňajú neustále vyššie nároky nároky automobilovej výroby.

Motoristi požadujú výkonné automobily s vysokým komfortom, bezpečnosťou, účinnosťou paliva, s nižšími cenami a nižším znečistením prostredia. Nepretržitá nutnosť inovácií v automobilovom priemysle je v súčasnosti kľúčovým prvkom aplikácií plastov a ich kompozitov pri konštruovaní automobilov.

Ing. Igor Novák, PhD.,
Ing. Ondrej Žigo, PhD.

Ústav polymérov SAV
Dúbravská cesta 9
845 41 Bratislava 45
Tel.: 00421-2-3229 4315
info@savba.sk
www.polymer.sav.sk