Tworzywa sztuczne w inżynierii samochodowej

• Strona główna
• Artykuły
• Tworzywa sztuczne w inżynierii samochodowej

2023-07-31  / Autor: Surplex

Tworzywa sztuczne są starsze niż samochody. Pierwsze tworzywo termoplastyczne zostało zaprezentowane przez Anglika Alexandra Parkesa pod nazwą Parkesine w 1862 roku na wystawie światowej w Londynie. Była to udoskonalona nitroceluloza na jeszcze bardziej naturalnej bazie i miała zastąpić kość słoniową. W 1886 roku, a więc ponad 20 lat później, Carl Benz zaprezentował pierwszy samochód, Benz Patent-Motorwagen Nummer 1. Wykonany on był z drewna i metalu.

Ostatecznie tworzywo sztuczne przyjęło się w czasie drugiej wojny światowej, ponieważ stal była silnie racjonowana. Henry Ford w 1941 roku dokonał próby wyprodukowania samochodu w całości z tworzywa sztucznego. Do produkcji seryjnej upłynęło jeszcze 10 lat. Od czasu produkcji modelu T Forda w 1951 roku tworzywo sztuczne można znaleźć w samochodach na całym świecie.

Oprócz metali tworzywa sztuczne są materiałem często stosowanym w samochodach. Ponieważ tworzywa sztuczne są lżejsze, dzięki czemu masa całkowita samochodów, a przez to również zużycie paliwa ulega zmniejszeniu. Ponadto są one tańsze i bardziej odporne na korozję niż metale. Dzięki formowaniu wtryskowemu można wytwarzać w miarę złożone formy w jednym cyklu produkcyjnym.

Jednak tworzywa sztuczne mają również jedną dużą wadę w porównaniu z metalami. Ich wytrzymałość mechaniczna, chemiczna i termodynamiczna jest mniejsza. Istnieją różne możliwości jej zwiększenia. W chwili obecnej na rynku jest wiele wysokowydajnych polimerów technicznych, np. polieteroeteroketon (PEEK). Tworzywo PEEK ma doskonałą odporność na wysoką temperaturę i chemikalia, dlatego sprawdza się w produkcji uszczelek, zaworów lub elementów elektrycznych.

Inną możliwością zwiększenia wytrzymałości jest łączenie tworzywa sztucznego z materiałami posiadającymi lepsze właściwości mechaniczne. O tworzywach sztucznych z dużym udziałem napełniacza mówimy wtedy, gdy udział objętościowy napełniacza osiąga do 85%. Jeśli napełniaczem są włókna, polimery określa się jako wzmocnione włóknami. Jeśli włókna mają długość kilku milimetrów, kompozyt nazywa się tworzywem termoplastycznym wzmocnionym długimi włóknami (long fibre reinforced thermoplastics, LFRT). Typowymi napełniaczami w postaci długich włókien są włókna szklane lub węglowe.

Popularnym tworzywem sztucznym w kabinie samochodu jest poliwęglan. Tworzywo PC jest przezroczyste i wykorzystywane do produkcji przełączników oraz desek rozdzielczych. Poliuretan jest często stosowany w produkcji tapicerek siedzeń, podłokietników i osłon drzwi. Jest on miękki, elastyczny i wygodny, wyróżnia go dobra odporność na ścieranie i może być wytwarzany w różnych kolorach i fakturach.

Duży udział włókien szklanych w polipropylenie zwiększa wytrzymałość i odporność elementów. Jest on często stosowany w kabinach, w elementach, takich jak tablice przyrządów, osłony drzwi, ramy foteli, jak również w elementach nadwozi. Poliamid wzmocniony włóknem węglowym wyróżnia duża wytrzymałość na rozciąganie i odporność na wysoką temperaturę. Dlatego sprawdza się on w szczególności w zastosowaniach w komorze silnika, np. w obudowie filtra powietrza.

W metodzie bezpośredniej napełniacze z włókien są dodawane do uplastycznionego tworzywa przed procesem formowania wtryskowego. W ten sposób w odniesieniu do każdego elementu indywidualnie określa się długość i udział włókien oraz kombinację materiałów – całkiem elastycznie w zależności od zadań związanych z użytkowaniem. Mianem compoundingu określa się proces mieszania polimeru i włókien. Trudnym zadaniem jest tutaj utrzymanie długości włókien. Ponieważ jeśli włókna złamią się przed wytworzeniem elementu, zalety mechaniczne zostaną utracone. Gromadzące się odpady mogą być wewnętrznie z powrotem przetwarzane na granulat i dalej wykorzystywane. Ten recykling z procesu produkcyjnego jest ważnym elementem gospodarki cyrkularnej i pozwala oszczędzać zasoby oraz środki finansowe.

tworzywa sztucznebranża motoryzacyjnapolipropylenpoliwęglanformowanie wtryskowe