Tworzywa sztuczne napędzają samochody

• Strona główna
• Artykuły
• Tworzywa sztuczne napędzają samochody

2021-01-22

W dalszym rozwoju branży automotive tworzywa sztuczne odgrywają coraz bardziej kluczową rolę i znajdują zastosowanie w projektowaniu niskoemisyjnych lub bezemisyjnych samochodów. W projektowaniu pojazdów zasadnicze znaczenie ma ich masa – im mniejsza, tym lepiej, ponieważ pozwala to zredukować zużycie paliwa. Tworzywa sztuczne w samochodach to większa ochrona i bezpieczeństwo dla kierowców, pasażerów oraz pieszych, ponieważ służą jako materiał do produkcji pasów bezpieczeństwa, poduszek powietrznych czy paneli ochronnych. Dzięki elementom z tworzyw sztucznych nie tylko osiągamy zmniejszenie masy oraz innowacyjny design pojazdu, ale także zwiększamy bezpieczeństwo pasażerów. Pochłanianie energii uderzeniowej przez zderzaki, zahamowanie ryzyka wybuchu w zbiornikach paliwa, pasy bezpieczeństwa, poduszki powietrzne i inne zwiększające bezpieczeństwo wyposażenie, takie jak np. foteliki dla dzieci, to tylko niektóre przykłady pozwalające stwierdzić, że chodzi o materiał idealny do zastosowań motoryzacyjnych. Poszukując rozwiązań w dziedzinie transportu, projektanci zmagają się z zapewnieniem równowagi pomiędzy dobrymi właściwościami materiału, niskimi kosztami, stylem, wygodą, wydajnością paliwa i minimalnym wpływem na środowisko. Rozwiązanie ekologiczne, czyli zgodne z zasadami zrównoważonego rozwoju, odzwierciedlać musi optymalną równowagę pomiędzy wszystkimi tymi parametrami i wymaganiami.

Innowacyjne materiały z tworzyw sztucznych przychodzą tu z pomocą. Elementy z tworzyw sztucznych są o 50% lżejsze niż podobne wykonane z innych materiałów, co przekłada się na 25-35% niższe zużycie paliwa. Każdy kilogram mniej masy samochodu oznacza, że emituje on 20 kg mniej CO2 w czasie całego czasu użytkowania samochodu.

Tworzywa są także motorem innowacji zgodnych ze zrównoważonym rozwojem – średnia zawartość elementów z tworzywa we współczesnym samochodzie wynosi 120 kg (około 15% całkowitej masy samochodu). Nowoczesne samochody koncepcyjne to świetny przykład tego w jaki sposób najnowsze rozwiązania możliwe dzięki tworzywom sztucznym przynoszą korzyści środowiskowe. Swoje wyjątkowe cechy i osiągi samochód taki zawdzięcza tworzywom termoplastycznych wysokiej jakości, które nie tylko zapewniają dużą swobodę w projektowaniu, ale co ważniejsze mała masa tych tworzywowych części sprawia, że samochody spalają tylko 3,3 litra paliwa na 100 km i emitują tylko 86 g CO2 na kilometr.

Taki postęp w branży sprawia, że przed dostawcami tworzyw sztucznych dla potrzeb motoryzacji stoi cały szereg wyzwań. Aby przemysł ten zachował swoją nowoczesność, to chemiczne koncerny stale muszą zaskakiwać swoimi pracami badawczo-rozwojowymi.

Najnowszym przykładem tego typu jest postęp w zakresie e-mobilności. Wprawdzie następuje on powoli, ale nieubłaganie.

Co znajduje się w nowoczesnym samochodzie, który spełnia wymogi środowiskowe?

Zaostrzone kontrole emisji, niższe dopuszczalne limity i inicjatywy na rzecz zrównoważonego rozwoju podejmowane przez władze nie pozostają bez wpływu na sprzedaż: samochody elektryczne szybko stają się swoistym bestsellerem. W 2018 roku liczba sprzedanych na świecie pojazdów zasilanych elektrycznie zwiększyła się o 73%, po wzroście o 86% rok wcześniej. Choć Polska nie znajduje się na szczycie listy, to sprzedaż samochodów elektrycznych na europejskim rynku stabilnie i nieprzerwanie rośnie.

Klienci zaczynają zmieniać nastawienie pod wpływem nowych, atrakcyjnych modeli. Niemniej, pewne bariery pozostały. Najważniejsze z nich to cena zakupu samochodów elektrycznych – wciąż wysoka; ograniczony zasięg tych pojazdów; w dalszym ciągu słabo rozwinięta sieć stacji ładowania, które są niezbędne dla funkcjonowania aut elektrycznych.

Wysokowydajne tworzywa sztuczne i materiały kompozytowe, jak te opracowane przez firmy chemiczne – często we współpracy z klientami z branży motoryzacyjnej – stanowią odpowiedź na wyzwania elektromobilności. Dzieje się tak, gdyż:

• umożliwiają ekonomiczną produkcję komponentów, co pomaga obniżyć cenę zakupu samochodów elektrycznych;
• dzięki nim pojazdy stają się lżejsze, co ma decydujące znaczenie dla uzyskania większego zasięgu;
• są doskonale dostosowane do warunków nowoczesnej mobilności, ponieważ elektryczność odgrywa w samochodach coraz większą rolę. Rosnący udział elektrycznych i elektronicznych elementów konstrukcyjnych powoduje m.in. zwiększone wytwarzanie ciepła. Tworzywo sztuczne zapewnia ochronę i większe bezpieczeństwo.

Techniczne tworzywa sztuczne w samochodach są przeznaczone do długotrwałego, ekologicznego użytkowania, w przeciwieństwie do opakowań, które po krótkim czasie stają się odpadami. W przyszłości może to być zatem jeden z trendów rozwoju całej branży tworzywowej: większa produkcja dla automotive, a mniejsza dla opakowań, które generują problemy odpadowe.

Tworzywa sztuczne i materiały kompozytowe przyczyniają się do wydłużenia żywotności pojazdów oraz, poprzez zmniejszenie masy, do zmniejszenia zużycia energii elektrycznej lub paliwa. Poza tym coraz częściej możliwe jest ponowne wykorzystanie nowych kombinacji materiałów.

Dotyczy to w szczególności tworzyw termoplastycznych. Można je również przetopić w połączeniu z włóknami i w ten sposób formować je w nowe komponenty, w całości lub częściowo. Pozwala to na ich wielokrotne wykorzystanie, nie tylko na spalanie w charakterze odpadów, jak to często miało miejsce w przeszłości.

– Ekologiczna mobilność to segment oferujący stabilny wzrost dla naszego asortymentu wysokowydajnych materiałów. Możemy się oprzeć na wieloletnim doświadczeniu i innowacyjności, dlatego jesteśmy w stanie zaproponować nowoczesne rozwiązania, które przynoszą korzyści zarówno producentom, jak i konsumentom – mówi Jan Bender, dyrektor ds. marketingu w regionie EMEA jednostki High Performance Materials koncernu Lanxess.

Z kolei Patrick Scholz z wydziału Technologii Produkcji Instytutu Fraunhofera w Akwizgranie podkreśla, że lekkie konstrukcje przyczyniają się do zwiększenia zasięgu pojazdów lub zmniejszenia zużycia paliwa, sprzyjając realizacji celów środowiskowych. Lżejsze samochody cechują również lepsze właściwości dynamiczne, takie jak prędkość, przyspieszenie i zachowanie podczas pokonywania zakrętów. Dla producenta tworzywa sztuczne mają tę zaletę, że są znacznie bardziej odporne na korozję niż np. blacha, która wymaga również dodatkowego malowania. Producenci cenią sobie także swobodę projektowania i prostszy montaż, np. za pomocą połączeń zatrzaskowych zintegrowanych z komponentem.

Przykładowo w przypadku takich materiałów, jak poliamid 6, polikaprolaktam lub też termoplastyczne materiały kompozytowe komponenty można produkować i przetwarzać przy użyciu innowacyjnych procedur. Zalety są następujące: mniej odrzutów, mniej etapów pracy, krótszy czas cyklu i uproszczenie całego procesu. W efekcie produkcja jest wydajniejsza. Związki na bazie poliamidu 6 są znacznie tańsze niż te wykonane z poliamidu 66, a przy tym są równie lekkie i stabilne. Są odpowiednie m.in. dla elementów akumulatorów, łożysk podwozia i powłok siedzeń. Płytowe materiały kompozytowe na bazie tworzyw sztucznych, wzmacniane włóknami ostatnio znajdują coraz szersze zastosowanie we wspornikach modułów drzwiowych i przednich elementów nadwozia. W produkcji seryjnej stosowane są ponadto we wspornikach modułów elektrycznych i elektronicznych.

Tworzywa termoplastyczne do akumulatorów, układów napędowych i stacji ładowania

Tworzywa sztuczne mają również duży potencjał innowacyjnych zastosowań w wielu punktach całego łańcucha wartości ogniw litowo-jonowych. Dotyczy to zarówno wnętrza ogniwa akumulatorowego, jak i elementów całych modułów akumulatorowych, a także elementów układu napędowego pojazdów elektrycznych. Potencjalne zastosowania obejmują pokrywy akumulatorów, wtyki wysokiego napięcia, obudowy jednostek sterujących, uchwyty ogniw i linie chłodzące.

Zastosowanie tworzyw termoplastycznych w łańcuchu wartości ogniw ma liczne zalety:

• mogą być trudnopalne w celu zmniejszenia ryzyka pożaru,
• umożliwiają redukcję kosztów integracji wielu funkcji w komponencie poprzez proces wtryskiwania,
• mogą mieć właściwości termoprzewodzące, aby zapewnić optymalną temperaturę pracy baterii.

Podobnie jak inne tworzywa sztuczne są także trwałe i pozwalają zmniejszyć masę elementu.

Odpowiednie właściwości w odpowiednim miejscu

W procesie „uplastyczniania” części samochodowych niezbędna jest współpraca pomiędzy producentem materiałów i projektantem pojazdów. Nie wystarczy po prostu wymienić materiału na lżejszy. W zdecydowanej większości przypadków spowodowałoby to prawdopodobnie wzrost kosztów jednostkowych. Należy wziąć pod uwagę również sąsiednie elementy, montaż końcowy i dalszą fazę użytkowania. W ten sposób można wykorzystać potencjał techniczny i ekonomiczny, aby z nadwyżką zrekompensować wyższe koszty materiałowe.

Ostatecznie chodzi bowiem o to, aby dostarczyć odpowiedni materiał o odpowiednich właściwościach na odpowiednie miejsce. Jest to o wiele bardziej skomplikowane niż praca z blachą o podobnych wymiarach. Dlatego przy opracowywaniu technologii produkcyjnych producenci i projektanci biorą pod uwagę metody cyfrowe, takie jak symulacje sterowania procesem w czasie rzeczywistym i rejestracja parametrów za pomocą kamer termowizyjnych. Dane te są łączone z informacjami z poprzednich etapów produkcji w celu stworzenia cyfrowego obrazu produktu. Oferuje to nowe korzyści, takie jak możliwość prześledzenia wszystkich komponentów od początku do końca procesu.

Zastosowanie tworzyw sztucznych w pojazdach wciąż ma zatem wielki potencjał. Części konstrukcji nośnej, takie jak podwozie, które są narażone na duże obciążenia, nadal składają się z elementów metalowych. Jednak w przypadku wielu elementów półstrukturalnych, które pełnią również funkcję nośną lub osłonową, plastik okazał się skuteczną alternatywą dla konwencjonalnych materiałów.

Całościowe podejście uwzględnia pozytywne właściwości nowych materiałów i pozwala na łączenie nowych metod z klasyczną obróbką, a także integrację dodatkowych funkcji. Stanowi to bardzo dobry punkt wyjścia dla przyszłych innowacji. Ostatecznie panuje trend dążenia do zintegrowanych komponentów i zespołów wykonanych ze złożonych kombinacji materiałów.

Lanxesstworzywa sztucznemotoryzacja