Témata
Reklama

Plasty v automobilovém průmyslu

Na světě je v současnosti přibližně 800 miliónů automobilů a prognózy růstu mluví o zvýšení jejich počtu na dvě miliardy do roku 2030. Tento výhled činí z automobilového průmyslu jedno z nejperspektivnějších průmyslových odvětví pro nejbližších patnáct let.

V rámci konceptu trvale udržitelného rozvoje jsou v automobilismu nejpodstatnější trendy snižování emisí a energetické zátěže. BASF, jeden z největších světových lídrů v oblasti průmyslových inovací (ročně registruje BASF přibližně 1 000 patentů), směruje podstatnou část své kapacity právě do vývoje nových technologií v automobilovém průmyslu. Mezi inovace, které efektivně plní požadavky trendu na úspory energie, patří právě ty ze světa plastů, což má za následek neustálé zvyšování poptávky, ale i nároků na tyto materiály.

Reklama
Reklama

Nahrazování kovových dílů plastovými a úspora hmotnosti

V oblasti úspory energie a emisí lze ve spojitosti s použitím plastů v autech hovořit o dvojím typu důsledků. Prvním je úspora energie související s nahrazováním kovových dílů plastovými, a to tam, kde plast může kov plnohodnotně nahradit (např. některé díly v části motoru nebo v interiéru). Při výrobě a zpracování kovů jsou totiž potřebné výrazně vyšší teploty v porovnání se zpracováním plastů, což má za následek vyšší energetickou zátěž výrobního procesu. Dalším důsledkem je úspora hmotnosti automobilu, která vede ke snížení spotřeby, a stejně tak ke snížení vyprodukovaných emisí. Podle propočtů BASF lze snížením hmotnosti automobilu o 100 kg snížit spotřebu o 0,4 litru na 100 km. Důkazem potenciálu nahrazování kovových dílů plasty je i fakt, že začátkem devadesátých let minulého století byl podíl plastů ve středně velkém osobním autě v západní Evropě asi 6 %, v současnosti je to přibližně 15 %. Vzhledem k současnému směřování bude toto číslo dále vzrůstat.

Kryt nasávání vzduchu pro 4 válcové dieselové motory vyrobený z Ultramid Endure

Technické vlastnosti dílů

V oblasti nahrazování kovů plastem je nutné v automobilovém průmyslu splnit náročné technické vlastnosti každého dílu a přesvědčit výrobce, že nahrazený plastový komponent je skutečně použitelný a bezpečný. V oblasti nahrazování dílů v oblasti motoru je nejproblematičtější tepelná odolnost plastového materiálu při dlouhodobém zatížení. Právě pro tuto oblast vyvinula BASF speciální polyamidy.

Kryt nové generace ESP 9 od firmy Bosch vyrobený z hydrolýze odolného materiálu Ultradur B4330G6 HR

První člen této nové – tepelnému stárnutí vysoce odolné – rodiny polyamidů Ultramid Endure s obsahem 35 % skleněných vláken, který byl poprvé představen v roce 2010 na plastikářském veletrhu K 2010, už našel své uplatnění a brzy bude možné najít jej v sériové výrobě několika zpracovatelů. Nyní firma nabízí nový produkt, především pro koncové uzávěry chladicího zařízení Ultramid, Endure s obsahem 50 % skleněných vláken. S tahovým modulem pružnosti vyšším než 17 000 MPa po tepelném stárnutí (měřeno v souladu s normou ISO 527-2/1993) je nový materiál téměř o 50 % tužší než verze s 35 % skleněných vláken. Jako první typ z řady těchto speciálních polyamidů je odolný tepelnému stárnutí až do 220 °C a je vhodný pro díly v systému přípravy vzduchu v motoru. Nyní je tedy možné ještě rozsáhlejší nahrazení kovů plasty v motorovém prostoru. Ve srovnání s drahými speciálními polyamidy vede použití Ultramidu Endure ke značným finančním úsporám.

Odolnost vůči hořlavým kapalinám

Další technologicky náročnou aplikací v oblasti motoru jsou kryty a uchycení elektronických komponentů, které musí být krom mechanických vlastností odolné vůči hořlavým kapalinám, vlhkosti, navíc pro případ zkratu musí obsahovat i látky bránící hoření. Jako příklad je možné uvést kryt nové generace elektronického stabilizačního systému ESP 9 od firmy Bosch, který je dnes součástí bezpečnostního balíčku v mnoha automobilech. Tento kryt se vyrábí z materiálu Ultradur B4330G6 HR, což je nový člen rodiny materiálů PBT odolných vůči hydrolýze.

První plastový disk vyrobený z ultrapevného polyamidu Ultramidu Structure

Tento materiál si zachovává i během dlouhodobého testování při 85 °C a relativní vlhkosti 85 % své vlastnosti jako pevnost, elasticitu a rázovou houževnatost. Vydrží více než 5 000 hodin testování bez znatelných známek stárnutí, což je několikrát déle než dodnes používaný a hydrolýze odolný PBT. Mnoho srovnávaných materiálů vykázalo výraznou degradaci již po jedné třetině zmiňovaného času testování. Jelikož výsledkem neustálého zmenšování dílů v oblasti motoru soustavně roste operační teplota pod kapotou, je potřeba používané materiály neustále zdokonalovat a vyvíjet.

Výztuž dolního nárazníku pro Opel Insignia z Ultramidu Structure

Ultrapevný kompozit polyamidu a skleněných vláken

V oblasti zvyšování bezpečnosti vyvinula BASF ultrapevný kompozit polyamidu a skleněných vláken Ultramid Structure. Tento materiál dosahuje v testech odolnosti při nárazu (Charpy test) výrazně lepší výsledky v porovnání s jinými plasty, dokonce o 33 % převyšuje hliník. Tyto vlastnosti ho předurčují na použití v různých držácích, úchytech a výztuhách. Jako příklad lze uvést výztuž předního nárazníku, kde slouží na absorpci energie při možné nehodě s chodcem. Tento materiál byl dokonce použit na výrobu prvního celoplastového disku pro futuristický koncept Smart Forvision. Disky vyrobené z Ultramid Structure dokázaly ušetřit 30 % hmotnosti v porovnání s hliníkem a vážily jen přibližně šest kilogramů.

Skořepina sedadla Opel Astra OPC – termoplastický laminát obstříknutý polyamidem Ultramid B3ZG8

Při vývoji tohoto dílu sehrál nenahraditelnou úlohu simulační program Ultrasim. Jedná se o program, který na základě simulace procesu zatékání materiálu do formy vypočítá anizotropní orientaci vláken v každém bodě simulované části. Na základě těchto údajů lze potom optimalizovat topologii dílu (geometrii) a navrhnout co nejlepší jeho design i virtuálně. Z výsledků této simulace je možnéurčit slabé místo, kde by mohlo dojít k poškození nebo prasknutí. Využití tohoto simulačního programu je nenahraditelnou pomůckou zejména při nahrazování původních kovových dílů, a to tehdy, když velký důraz je kladen na mechanické vlastnosti a odolnost vůči dlouhodobému namáhání.

Plasty při výrobě autosedaček

Další potenciál na ušetření hmotnosti tkví v používání plastů při výrobě autosedaček. BASF ve spolupráci se společností Opel vyvinula novou skořepinu sedadla, která je vyrobena z termoplastického laminátu s kontinuální vláknitou výztuží. Tento typ sedačky byl použit ve vozidle Opel Astra OPC, který byl představen v březnu 2012 na autosalonu v Ženevě. Skořepina se vyrábí formováním plátů vyrobených z termoplastického laminátu za tepla ve formě. Následně se tvárnice obstříkne polyamidem. Takto vytvořená skořepina sedadla je o 45 % lehčí než její předchůdci. Kostru sedadla též tvoří polyamid se skleněnými vlákny z rodiny Ultramid.

Rozvodové trubky na chladicí kapalinu vyrobené vstřikováním za pomoci vody z materiálu Ultramid A3HG6 WIT

Vstřikování plastů za pomocí vody

Důkazem technologického know-how BASF v oblasti plastů je i technologie vstřikování plastů za pomoci vody (water assisted injection moulding), která se používá na výrobu dílů s různými dutinami. Tato technologie je vylepšením už etablovaného procesu vstřikování pomocí plynu, a podobně jako tento proces slouží ke snížení hmotnosti dílu, vede k možnosti použití menší síly při zavírání formy a k větší volnosti při designu materiálu. Hlavní výhodou oproti vstřikování s plyny je zkrácení produkčního cyklu, a to díky kratší době chlazení a rovnoměrné tloušťce stěny dílu. V procesu vstřikování se forma nejdříve naplní taveninou a následně jí prochází proud vody, který vytlačí přebytečný materiál z formy předtím, než dojde k zatuhnutí. Tímto způsobem mohou být vyrobeny díly, které se používají na přenos různých kapalin, přičemž v závislosti na používaném materiálu lze dosáhnout odolnosti vůči hydrolýze či hořlavým olejům, což takové díly předurčuje na použití v oblasti chladicích systémů v automobilech. Další možná aplikace je například podélný střešní nosič, případně různé kliky a úchyty.

Martin Dobroň

BASF
martin.dobron@basf.com
//www.basf.cz/

Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 130120
Datum: 13. 02. 2013
Rubrika: Trendy / Plasty
Autor:
Firmy
Související články
Použité pneumatiky - kam s nimi?

Na začátku byl skvělý vynález: pneumatika. Byla vynalezena v devatenáctém století, úžasně zlepšovala vlastnosti jízdních kol a její vynález byl patentován. Později našla uplatnění především v automobilovém a leteckém průmyslu a dnes tvoří každodenní součást našeho života.

Kompozitová kapota sériového vozu Ford Focus

Na říjnovém veletrhu Composite Europe 2012 v Düsseldorfu vystavil Ford první přední kapotu sériového vozu Ford Focus z  CFRP kompozitu z uhlíkových vláken, vyrobenou vysokorychlostním procesem vhodným pro velkosériovou výrobu.

Výroba kompozitového airboxu pro formuli

V minulém roce dosáhl tým CTU CarTech v soutěži Formula student výborných výsledků postupně 7., 6. a ve španělském závodě Formula Student Spain - Montmélo dokonce 2. místem.

Související články
Problematika vstřikování plastových dílů pro automobily

Příspěvek popisuje podmínky pro výrobu vstřikovaných plastových dílů pro automobily včetně vznikajících problémů a navazuje na článek Snížení rizika vzniku vad při vstřikování plastových dílů, který byl uveřejněn v příloze Plasty časopisu MM Průmyslové spektrum č. 3/2014 (viz též www.mmspektrum.com/140312). Autor vychází z dlouholeté zkušenosti ve firmě Plast Form Service I. M., která se výrobou těchto dílů zabývá již od roku 1998.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Formárenský veletrh se blíží

Již třetí ročník formárenského veletrhu Moulding Expo v druhé polovině května bude hostit výrobce forem a nástrojů a dodavatelé potřebných technologií ve Stuttgartu. Pořadatelé sezvali novinářskou obec do slovinské Lublaně, kde prozradili několik detailu o blížícím se veletrhu. Součástí tiskové konference byla také návštěva místních nástrojáren a výzkumného centra pro formárenství.

Rodinné podnikání v přesné strojařině

Brněnská firma VKV Horák se zabývá konstrukcí, vývojem a výrobou přístrojové mechaniky, přípravků, jednoúčelových strojů, forem pro vstřikování plastů, lití polyuretanových dílů a vakuovému tváření plastů. S jejím zakladatelem, panem Zdeňkem Horákem, jsme si povídali o aspektech podnikání v českém prostředí, o vzdělávání, kvalitě škol, průmyslu budoucnosti.

Laser spojuje plasty a kovové součásti

V současné době je stále více žádané spojení materiálů velmi různých vlastností, např. kovu a plastu. Byla vyvinuta nová technologie využívající laser. V kovovém materiálu jsou paprskem laseru vytvářeny mikrostruktury a následným prozářením plastu laserem dojde k naleptání povrchu plastu. Tím je dosaženo pevné spojení obou materiálů.

NPE 2012 a plastové materiály

V Orlandu na Floridě se na sklonku jara konala největší událost roku v průmyslu plastů - trienale NPE 2012, která současně oslavila 75. výročí založení SPI (Society of the Plastic Industry). Poprvé po 40 letech se National Plastics Exhibition, tento vrcholný veletrh amerického plastového průmyslu, nekonal v červnu v Chicagu, ale o něco dříve na Floridě, mimo centra automobilového průmyslu, plastů a strojírenství amerického Středozápadu.

Vyztužené termoplasty v letecké konstrukci

Historie firmy Letov má svůj počátek v listopadu 1918, kdy byl založen státní letecký vojenský podnik nazvaný "Letecký arsenál". Společnost prošla několika etapami, od vývoje a výroby vlastních letounů postupně až k vývoji a výrobě letadlových celků.

O výuce plastů a kompozitů pro strojaře

Student strojního inženýrství by měl pochopit jak analogie, tak rozdíly ve struktuře a vlastnostech polymerních a kovových materiálů a jejich chování v provozních podmínkách.

Polyuretanový řemen jako náhrada lan u výtahů

Moderní pohony sjednocují dynamickou únosnost, přesnost a provozní spolehlivost s co nejvyšší hospodárností. Dlouholeté zkušenosti firmy Continental Contitech a kooperace při vývoji a prvovýrobě nabízí konstruktérům a uživatelům neustále nové technologické perspektivy.

Za plasty v říjnu na K 2013

Tradičně po třech letech se ve dnech 16. - 23. října 2013 koná v Düsseldorfu již 19. mezinárodní veletrh plastů a kaučuku K 2013, největší světová akce oboru od níž se očekávají nejen premiéry nových materiálů ale i ukázky nových aplikací s vyšším využitím vlastností známých materiálů s cílem snížení hmotnosti a spotřeby energie při užití obnovitelných zdrojů.

On-line sledování forem

Zásadní otázka sledování nástrojů se dá zjednodušit na boj mezi manažery projektů a mezi výkonnými pracovníky. Zatímco řídicí pracovníci by chtěli maximum informací pokud možno v reálném čase, výkonní pracovníci jsou časově zaneprázdněni samotnou výrobou a přepisování informací do systému je nijak zvlášť neinteresuje, ba naopak zdržuje od jejich hlavní práce.

Optimalizace ziskovosti plastového výlisku

Expertní systém CalcMaster 7.2 pracující na principu odražené vlny vnáší nové možnosti do procesu nabídky a poptávky pro formy na plasty a lehké kovy.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit