Guma w przemyśle motoryzacyjnym

Guma w przemyśle motoryzacyjnym odgrywa niebagatelną rolę. O jej znaczeniu dla tej branży można było się dowiedzieć m.in. podczas odbywających się w ubiegłym miesiącu targów RubPlast Expo w Sosnowcu, na których odbyły się specjalne seminaria poświęcone gumie właśnie.

Biorąc pod uwagę wszystkie materiały użyte do budowy samochodu to wagowy udział gumy stanowi aż 68 proc. - wynika z obliczeń zaprezentowanych podczas targów RubPlast Expo przez Karola Nicińskiego z Instytutu Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników. Dla porównania tworzywa sztuczne stanowią 9 proc., a metale i szkło 11 proc. niepowtarzalną cechą gumy, bez której wiele urządzeń mechanicznych nie mogłoby się obejść jest elastyczność.

O wyborze konkretnego kauczuku odpowiedniego do poszczególnych zastosowań w motoryzacji przesądzają trzy główne cechy, czynniki środowiskowe: temperatura pracy, odporność chemiczna oraz wymagania mechaniczne.

Jeśli chodzi o temperaturę, to zmienia się ona w samochodzie od 80 st. C do 200 st. C. Najwyższa temperatura dla karoserii wynosi 80 st. C (latem). Dla części silnika wyróżnia się trzy strefy: 80 st. C z przodu silnika, od 120st. C do 140 st. C w pobliżu bloku napędowego oraz ponad 150 st. C, np. w przewodach silników wysokoprężnych. Zdolność kauczuków do efektywnego spełniania funkcji w danych warunkach termicznych jest oceniana na podstawie porównania ich właściwości mechanicznych przed i po starzeniu. Producenci samochodów zazwyczaj definiują czas starzenia się kauczuku w specyfikacji wyrobu. Zmienia się on w zakresie od 168 do 1000 godzin.

Mówiąc z kolei o odporności chemicznej gumy w zastosowaniach motoryzacyjnych należy zauważyć, że środowisko chemiczne, podobnie jak temperatura, warunkuje wybór materiału. Badania odpornościowe uwzględniają kompatybilność kauczuków z różnymi cieczami: paliwem, olejem silnikowym i przekładniowym, płynem chłodzącym (woda i glikol etylenowy), płynem do spryskiwaczy. Odporność chemiczną kauczuku ocenia się na podstawie pęcznienia materiału w danym środowisku. Na ogół stosuje się do badań płyny wzorcowe. Zaleca się również wykonanie dodatkowych badań także w płynach eksploatacyjnych, ponieważ ich skład może różnić się znacznie od substancji wzorcowych z uwagi na wprowadzane do nich dodatki chemiczne. Jest to szczególnie ważne w odniesieniu do paliw.

Wymagania mechaniczne co do gumy w motoryzacji istotne są w przypadku odporności na wibracje, właściwości uszczelniających i tłumienia drgań. Istotna jest jakość elementów gumowych, jak również konstrukcja części. Niektórzy producenci samochodów, np. Renault, nie podają w swoich specyfikacjach, jaki kauczuk ma być zastosowany, pozostawiając możliwość wyboru dostawcy części.

Kauczuk a mieszanka kauczukowa
Mieszanka gumowa zawiera wiele składników, które należy wymieszać i zwulkanizować. Rzadko się zdarza, aby producent samochodów znał całą listę składników, tworzących mieszankę referencyjną. Decyduje o tym m.in. skomplikowana analiza chemiczna czy też sekrety handlowe. Informacja ogranicza się do podania udziału procentowego kauczuków - EPDM, NBR itd., napełniaczy wzmacniających i zmiękczaczy.

Przykładowo gumę opisuje się jako mieszaninę: 30 proc. kauczuku EPDM, 30 proc. napełniacza wzmacniającego, 10 proc. zmiękczacza, 30 proc. napełniaczy mineralnych. Ponadto podaje się wyniki pomiarów właściwości fizycznych wulkanizatów: twardość, wytrzymałość na rozciąganie i rozdzieranie, wydłużenie przy zerwaniu, odkształcenie trwałe po ściskaniu, odporność na zmęczenie przy ściskaniu. Charakterystyka ta pozwala wystarczająco dobrze śledzić jakość i zapewnia prawidłową pracę oraz funkcjonalność gumowego detalu.

Po dokonaniu wstępnej selekcji kauczuków (mieszanek kauczukowych) na podstawie badań materiałowych, należy przeprowadzić badania wyrobu. Nie są to pełne badania funkcjonalne, ponieważ przeprowadza się je w laboratorium. Ich celem jest sprawdzenie funkcjonowania części. Ostatnim etapem jest oczywiście ostateczna walidacja części w samochodzie.

Elementy gumowe w samochodzie to wszelkiego typu uszczelnienia, przenoszenie napędu, zawieszenia i mocowanie, zabezpieczenia, izolacje. Łącznie na gumę w samochodzie w ok. 60 proc. składa się uszczelnienia karoserii, w ok. 20 proc. części silnika, w ok. 15 proc. części podwozia, w ok. 5 proc. przewody i skrzynia biegów.

Wydaje się, że niektóre komponenty zawsze będą wykonywane z gumy, ponieważ tylko ona zapewnia ich podstawowe charakterystyki. Jednak silne ograniczenia cenowe, obowiązek recyklingu i zmiany prawne w zakresie ochrony środowiska spowodują wzrost udziału tworzyw sztucznych lub kauczuków termoplastycznych w masie pojazdów, np. w układzie paliwowym, nawiewach powietrza.

Przejście z gumy na inne materiały jest możliwe w takich obszarach jak np. wspomniany układ paliwowy, który coraz chętniej jest wykonywany przy użyciu termoplastów. Dla przykładu choćby Renault zastępuje gumę elementami z TPE przy produkcji przewodów powietrznych. Przy produkcji uszczelnienia karoserii coraz większa rolę odgrywają natomiast kauczuki termoplastyczne konkurencyjne dla EPDM, np. PP/EPDM, kopolimery styren-etylen-butadien-styren (SEBS). W elementach przenoszenia napędu możliwe jest wprowadzanie poliestrów.

Na pewno w celu spełnienia wymagań odbiorców i nowych przepisów prawnych konieczne jest poszukiwanie rozwiązań, które pozwolą na osiągnięcie kompromisu między jakością, kosztami, właściwościami eksploatacyjnymi i masą pojazdu. Mimo że udział gumy w komponentach samochodów pozostał bez zmian w ciągu kilku ostatnich lat, to nie można uznać, że sytuacja się nie zmieniała. Wzrósł udział kauczuków specjalistycznych. W przyszłości kauczuki tradycyjne będą wypierane przez nowe, konkurencyjne materiały innych rodzajów (TPE). Zresztą proces ten jest już wyraźnie zaawansowany.