Motoryzacja będzie opierać się na tworzywach

Raport stowarzyszenia PlasticsEurope o europejskim rynku tworzyw sztucznych wiele miejsca poświęca roli jakie tworzywa odgrywają w budowie współczesnych środków transportu. Zdaniem autorów tego dokumentu sektor Automotive nie docenił jeszcze wszystkich zalet tworzyw, ale i tak stają się one coraz powszechniejsze przy projektowaniu pojazdów.

Motoryzacja to obszar, który w coraz większym stopniu czerpie z osiągnięć dostarczanych przez branżę tworzywową. Wśród najnowszych i najbardziej innowacyjnych zastosowań tworzyw w samochodach osobowych należy wymienić zastąpienie przez nie szkła w soczewkach i oprawach reflektorów w przednich szybach oraz zastąpienie stali w produkcji błotników, spoilerów i desek rozdzielczych.
Pierwsza korzyść jaka wiąże się z wykorzystaniem tworzyw w motoryzacji to wzrost wydajności produkcji samochodów.

Przykładem tego niech będzie choćby najnowszy pojazd z serii Smart, czyli Smart ForTwo, produkowany przez Mercedes-Benz. Jest on zbudowany z elementów wykonanych z nowatorskiego materiału powstałego na bazie polimerowej. Ta innowacja podnosi zarówno wydajność przy produkcji auta, poprawia jego bezpieczeństwo, zmniejsza negatywny wpływ na środowisko, redukuje koszty eksploatacyjne, a także pozytywnie wpływa na wygląd samochodu.

Materiał użyty do produkcji charakteryzuje się dużą stabilnością wymiarową i odpornością. Powstała w 2010 r. najnowsza wersja tego samochodu jest o 15 proc. lżejsza od swojej poprzedniczki, dzięki czemu w aucie spada zużycie paliwa, a także koszty eksploatacji pojazdu. Dodatkowo uzyskanie gładszego wykończenia wymaga tylko jednej warstwy lakieru. Dla kierowców oznacza to niższe koszty napraw lakierniczych.

Projektanci i inżynierowie z branży motoryzacyjnej od dawna marzyli o samochodzie, który byłby niezwykle wydajny, bezpieczny i lekki. Być może nie trzeba będzie długo czekać na to, żeby samochód wykonany w całości z tworzyw sztucznych i spełniający te kryteria wszedł do masowej produkcji.

Pierwszy samochód z tworzyw sztucznych został wyprodukowany przez koncern Ford jeszcze w 1941 r. Użyto w nim tworzywa składającego się w 70 proc. z celulozy, tym samym więc samochód był lekki i ważył o 30 proc. mniej niż jego odpowiedniki wykonane z stali. Po wojnie stal była jednak tania, podobnie jak benzyna, w związku z czym samochody z tworzyw sztucznych nie okazały się zbyt atrakcyjne.

- Myśląc o strukturze pojazdu zwykle dochodzi do tego, że metal z którego zbudowane są rama, podwozie, śruby i nakrętki, nity i wkręty, jest kojarzony ze stabilnością, formą i bezpieczeństwem. Tworzywa sztuczne coraz częściej zastępują elementy metalowe w konstrukcji samochodów. Spełniają przy tym wymagania dotyczące stabilności, formy i bezpieczeństwa pojazdów i pasażerów, zapewniając często jeszcze lepsze parametry – przyznają w swoim raporcie przedstawiciele PlasticsEurope.

Mimo, że w ekskluzywnych samochodach coraz częściej używane jest włókno szklane i materiały inne niż metale, ramy pojazdów nadal są wykonywane ze stali. Wyzwaniem dla branży tworzyw sztucznych pozostaje więc podwozie, które zwykle jest bardzo ciężkim elementem. W ciągu ostatnich kilku lat zainwestowano znaczne sumy w badania nad częściami samochodowymi z włókna węglowego, które można by było wykorzystać w podwoziu i nadwoziu. Udane wprowadzenie do produkcji oznaczałoby ogromny skok w technice samochodowej, a także kolejny krok w kierunku pojazdu wytworzonego w 100 proc. z tworzyw sztucznych.

Niektórzy producenci samochodów luksusowych zaczęli skłaniać się ku wytwarzaniu elementów strukturalnych i wnętrza pojazdów z kompozytów węglowych. Duże koszty surowców, z których powstaje włókno węglowe, w dalszym ciągu stanowią jednak czynnik ograniczający. W przeciwnym razie samochody mogłyby być z powodzeniem produkowane w całości z włókna węglowego. Jednak koszt stali to nadal tylko jedna dziesiąta kosztów włókna węglowego, mimo że w ciągu ostatniej dekady ceny tego drugiego materiału spadły dziesięciokrotnie. Jeśli trend tanienia włókna węglowego się utrzyma, to kto wie, czy nie znajdą się odważni, którzy zbudują samochód tylko z tego materiału.

Na pewno jednak można przyjąć za oczywiste, że ciągłe dążenie do innowacji oraz wymagania związane z ograniczeniem zużycia paliwa z pewnością przyczynią się już niebawem do jeszcze większego wykorzystania tworzyw sztucznych w produkcji samochodów. Objętościowo już teraz ponad 50 proc. typowego samochodu stanowią tworzywa sztuczne i kompozyty polimerowe, natomiast wagowo jest to tylko 10 proc. łącznej masy pojazdu.

W branży motoryzacyjnej następują też inne zmiany. Na przykład normy spalania paliwa stają się coraz bardziej rygorystyczne. Zmniejszenie masy pojazdu o 10 proc. – średnio jest to ok. 100 kg - można osiągnąć dzięki zastosowaniu lekkich materiałów, takich jak właśnie tworzywa, co przekłada się na zmniejszenie zużycia paliwa o 5 proc., czyli 2,5 litra na kg tworzyw sztucznych zużytych w ciągu przeciętnego cyklu eksploatacji pojazdu. Zastosowanie szyb z poliwęglanu – jest to technologia, która była opracowywana przez ponad 10 lat, a teraz jest gotowa do przyjęcia na szeroką skalę - pozwala na zmniejszenie masy okien nawet o 50 proc.

Inną ważną zaletą tworzyw sztucznych jest to, że są formowane, a nie tłoczone. Formy mogą mieć skomplikowane kształty, trudne do uzyskania w przypadku tłoczenia stali. Oprócz tego wiele części można formować w tym samym czasie. Obecnie w małych pojazdach z segmentów niszowych używa się coraz więcej części formowanych z tworzyw sztucznych. Zdaniem przedstawicieli PlasticsEurope wkrótce branża motoryzacyjna w pełni doceni tworzywa sztuczne i uzna je za preferowany materiał. Będą one spełniały, a w wielu przypadkach także ustanawiały, przyszłe standardy jakości i trwałości w branży motoryzacyjnej.