Nowy typ poliamidu dla zastosowań motoryzacyjnych

Opracowano nowy typ poliamidu do zastosowań w branży samochodowej. Rozwiąże on bardzo praktyczny i skomplikowany do tej pory problem zastosowania tworzywa sztucznego jako zamiennika części z metalu w pobliżu silnika, gdzie panują bardzo wysokie temperatury.

Wysokie ceny ropy, rosnąca świadomość ekologiczna i zmieniające się warunki polityczne przyczyniają się do coraz większego skupienia uwagi na wydajności energetycznej samochodów. Lekka konstrukcja, a tym samym stosowanie tworzyw sztucznych jako substytutu metalu, odgrywa istotną rolę w tym zakresie. Jednak rosnące wymagania powodują, że zastąpienie metalu przez materiały polimerowe staje się coraz trudniejsze, zwłaszcza w gorących obszarach w pobliżu silnika. wysokowydajne tworzywa sztuczne często wyklucza się w takich przypadkach ze względu na koszty takiego rozwiązania. Natomiast właściwości i wydajność pozostałych tworzyw nie spełniają wymogów.

Dlatego też nowe osiągnięcie BASF wydaje się być przełomem. Koncern stworzył poliamid wzmocniony włóknem szklanym i łączący odporność na starzenie pod wpływem wysokich temperatur z łatwością przetwarzania podobną do PA 66. W porównaniu ze standardowym PA 66 poprawiła się również przetwarzalność polimeru. Dzięki takiemu połączeniu cech obecnie możliwe i uzasadnione kosztowo jest produkowanie wewnętrznych komponentów nadwozia wystawionych na działanie bardzo gorącego powietrza i przyczynienie się w ten sposób do znacznego zmniejszenia masy pojazdu.

Nowy poliamid o nazwie Endure gwarantuje długotrwałą odporność na gorąco dzięki nowej stabilizacji. Łatwo wytrzymuje ciągłe użytkowanie w temperaturach do 220 st. C, a nawet skoki temperatury do 240 st. C. Rozszerza to zakres zastosowania na strefę wysokich temperatur. Dla porównania Ultramid o tej samej zawartości włókna szklanego przy długotrwałej pracy wytrzymuje temperaturę 170 st. C, natomiast produkty wykonane z odpornego na gorąco w ciągłej pracy mogą znosić temperaturę 190 st. C.

Ta ogromna poprawa odporności na starzenie pod wpływem gorąca została osiągnięta dzięki opracowaniu innowacyjnej technologii stabilizacji. Tworzenie się powierzchniowej warstwy ochronnej nawet w temperaturze do 220 st. C zapewnia ciągłą ochronę przed niszczącym działaniem tlenu.

Wpływ tej technologii można dostrzec szczególnie wyraźnie na powierzchniach zestarzałych. W użyciu klasycznych PA 66 po 1000 godzin w temperaturze 220 st. C tlen powoduje powierzchniową erozję w postaci kanałów, przez które dociera do coraz głębszych warstw i je atakuje. W przypadku tworzywa Endure powierzchnia jest bardzo szybko zamykana w wyniku nowego procesu stabilizacji i uszczelniania, tak że materiał jest chroniony - z wyjątkiem cienkiej warstwy sadzy na powierzchni - nawet po upływie czterech miesięcy w temperaturze 220 st. C.

Części montowane pod maską są często łączone ze sobą za pomocą zgrzewania. W związku z mniejszą zawartością włókna szklanego, linie spoin mogą tworzyć słaby punkt, szczególnie w miarę starzenia. Nowy mechanizm stabilizacji nie tylko chroni sam polimer, ale również wzmacnia ten potencjalnie słaby punkt. Również linie spoin bardzo dobrze wytrzymują ciągłe użytkowanie w podwyższonych temperaturach. Na złączu nie powstają pęknięcia nawet po 1000 godzin w temperaturze 220 st. C. Wytrzymałość spoiny także pozostaje wysoka.

Dzięki stabilizacji poliamid Endure zachowuje wysoką wytrzymałość w testach zmęczenia materiału w temperaturze 220 st. C, nawet po 3000 godzin, podczas gdy w przypadku PA 66/6, a nawet mocniejszych tworzyw termoplastycznych takich jak PPA, znaczne spadki wytrzymałości pojawiają się po stosunkowo krótkim czasie.
Oprócz odporności na starzenie przy projektowaniu części decydującą rolę odgrywają właściwości materiału w temperaturze ciągłej pracy. Szczególnie ważne są wartości określające twardość i wytrzymałość. Jeśli są one wystarczająco wysokie, można zredukować grubość ścianek bez szkody dla wytrzymałości całej części. Endure również pod tym względem prezentuje się niezwykle atrakcyjnie. Jego punkt krytyczny w temperaturze 200 st. C leży znacznie wyżej niż w produktach porównywalnych.

Ważnym kryterium dla projektantów, poza wydajnością, są koszty części. W dużej mierze decyduje tutaj podatność materiału na przetwarzanie. Nowe tworzywo zapewnia bezproblemowe przetwarzanie i większe możliwości w tym zakresie niż inne wysokowydajne tworzywa sztuczne.

Wynikiem tendencji do większej efektywności energetycznej samochodów jest nieustanny wzrost temperatury komory silnika. Na przykład producenci samochodów starają się dzisiaj poprawić wydajność energetyczną przez m.in. turbodoładowanie.
Turbodoładowanie, czyli zwiększenie wlotu powietrza, pozwala na przesunięcie wydajności silnika do punktu pracy silnika charakteryzującego się lepszym zużyciem paliwa. Wymaga to stosowania turbosprężarek, które generują wyższe ciśnienie i temperaturę w komorze silnika, szczególnie w przewodzie powietrza doładowującego. Na przykład w turbodoładowanych silnika diesla temperatura w rejonie pomiędzy turbosprężarką i intercoolerem zwykle sięga 200 st. C, a momentami może nawet skoczyć do 230 st. C.

Jednocześnie producenci samochodów, żeby ograniczyć ciężar, chcieliby jak najniższym kosztem zastąpić metal tworzywem sztucznym. Do tej pory nie było akceptowalnych alternatyw pod względem kosztów wobec znacznie droższych w tym zakresie temperatur wysokowydajnych żywic. Endure, charakteryzujący się wyjątkowo dobrym zachowaniem, jeśli chodzi o starzenie pod wpływem gorąca i podatność na przetwarzanie, wypełnia tę lukę i znacząco zwiększy ilość tworzyw sztucznych stosowanych w systemach doprowadzania powietrza doładowującego silników diesla. Możliwe zastosowania obejmują wszystkie części układu doprowadzania powietrza doładowującego, a więc pokrywę intercoolera, rezonatory, przewody powietrza doładowującego i zawory dławikowe, a także komponenty po nieco chłodniejszej stronie turbosprężarki.

Kolektory dolotowe ze zintegrowanymi, chłodzonymi wodą intercoolerami mogą stać się w przyszłości następnym dodatkowym zastosowaniem tego nowego materiału. Wysokie temperatury związane z tymi specjalnymi kolektorami dolotowymi ograniczają możliwości stosowania klasycznych materiałów (PA 6) w kolektorze dolotowym.