Tworzywa w samochodach

Kilkanaście typów tworzyw sztucznych stosowanych jest przy budowie samochodów. Najnowocześniejsze ze współczesnych aut są bez wątpienia swoistym mikrozbiorem znanych w tej chwili tworzyw.

Tworzywa są niezbędne przy produkcji samochodów. Przez dłuższy czas stosowane były tylko we wnętrzach pojazdów lub w częściach dobudowanych, takich jak zderzaki, spoilery, lub obudowy lusterek. Teraz jednak trafiają coraz gwałtowniej do części zarezerwowanych do tej pory wyłącznie dla blachy karoseryjnej. Z tworzyw wytwarzane są już choćby drzwi, błotniki lub maski.

Istnieje wiele powodów wykorzystywania tworzyw sztucznych przy produkcji samochodów. Najważniejszym argumentem jest redukcja wagi pojazdu bez zmniejszenia poziomu jego bezpieczeństwa. Oprócz swojej pierwotnej funkcji tworzywa pomagają również w znacznym stopniu przy nadawaniu formy i wyglądu projektowanym konstrukcjom. Udział tworzyw sztucznych w nowoczesnej produkcji samochodów stale wzrasta. Przeciętny samochód zawiera już ok. 750 części wykonanych z tworzyw sztucznych. Średni ich udział wynosi ok. 10 proc. przy czym udział tworzyw w obrębie karoserii ciągle wzrasta. To ważne, bo podczas gdy dawniej wykonywano osobno np. spoilery, kratki wlotu powietrza, zderzaki lub błotniki, to obecnie już wszystkie te części zintegrowane są w jeden kombinowany element przedni.

Niczym prawie nieograniczone możliwości formowania i obróbki tworzyw sztucznych przynoszą projektantom nie tylko nowe metody produkcji lecz również umożliwiają znaczne zaoszczędzenie energii poprzez zmniejszenie całkowitej masy za sprawą redukcji części dobudowanych, które obecnie są lżejsze oraz zapewniają zmniejszenie oporu powietrza dzięki ulepszonej aerodynamice. Ważna jest przy tym zasada, że o 100 kg mniejsza masa pozwala na zaoszczędzenie 1 litra paliwa na odcinku 100 km.

W całym przemyśle motoryzacyjnym zużywa się ok. 7 proc. całkowitej produkcji tworzyw sztucznych. Jest to wynik znacznie powyżej 100 proc. tego, co było do zaobserwowania jeszcze 20 lat temu. Spośród wykorzystywanych tworzyw w samochodzie dominują poliuretany (15 proc.), polichlorek winylu, polipropylen i akrylonitryl/butadien/styren (każdy po 12 proc.), pozostałe to poliamid, polietyleny, poliwęglan i inne. Różne materiały polimerowe znajdują zastosowanie w ponad tysiącu potencjalnych elementach samochodu.

Są stosowane zarówno do produkcji dużych elementów, tj. desek rozdzielczych i zbiorników paliwa, jak i małych, np. klamek, obudów lusterek. Produkowane z tworzyw części samochodowe to także błotniki, zderzaki, pokryw komory silnika, spoilery, kraty wlotu powietrza, listwy czy wzmocnienia czołowe.

Bez cienia wątpliwości można napisać, że tworzywa opanowały wnętrza aut. Spotkać je można też pod maską aut. Z kompozytów, elastomerów wykonuje się ponadto ważne detale silników.

Oto kilka przykładów: konstruktorzy Porsche w silnikach nowych modeli aut stworzyli ) z nowej odmiany nylonu cały układ dolotowy, ujęcie powietrza i kolektory silnika (duże, pełniące istotną rolę i pracujące w trudnych warunkach części. DaimlerChrysler wykonał analizy, według których prawie zawsze tworzywa pozwalają zmniejszyć masę części o co najmniej 25 proc., a koszty ich produkcji o 30 proc.

We wspomnianym silniku Porsche, 6-cylindrowej jednostce typu o mocy 204 KM, są dwa bliźniacze kolektory, którymi do komór spalania dostaje się mieszanka paliwowo-powietrzna. Kolektory wykonane są z odmiany nylonu o nazwie Zytel, każdy z nich waży 1,4 kg, czyli o połowę mniej niż produkowane dotychczas z aluminium. Przymocowane są bezpośrednio do silnika, a więc muszą wytrzymać drgania i temperaturę sięgającą 130 st. C. Ujęcie powietrza wykonane jest natomiast z termoplastycznego poliestru, który jest równie elastyczny jak guma, ale w przeciwieństwie do niej łatwo poddaje się recyklingowi. BMW we współpracy z Du Pont wprowadził w wielu typach silników aut osobowych pokrywy głowicy z tworzyw zamiast ze stopu magnezowego i zmniejszył tym samym koszty produkcji tych detali o 30 proc.

Ciekawym osiągnięciem są też błotniki przednie wykonane z tworzywa Noryl GTX po raz pierwszy zastosowane w samochodzie Peugeot. Tego typu przewodzące tworzywa na blotniki i inne części nadwozia mają wiele zalet. Pozwalają na redukcję ciężaru części o połowę w porównaniu do stali, zapewniają większą swobodę podczas projektowania i możliwość tworzenia oraz wtrysku skomplikowanych części,. Ponadto można je lakierować w standardowy sposób. Części z tworzywa mogą być natryskiwane farbą lub lakierowane proszkowo razem z innymi elementami nadwozia, bez konieczności wcześniejszego nałożenia podkładu.

Tworzywa sztuczne stosowane w pojazdach samochodowych można - tak jak w kazdym innym, dowolnym zasosowaniu - podzielić na trzy grupy: termoplasty, duroplasty oraz elastomery.

Termoplasty to tworzywa, które po podgrzaniu stają się miękkie i dają się łatwo formować, natomiast po ochłodzeniu twardnieją przyjmując nowa formę. Termoplasty są już pewną koncepcją budowy i wizualizacji części pod maską samochodu. Ich wykorzystanie w budowie samochodu ma wpływ na bezpieczeństwo, lekkość budowy, jak również na koncepcje dalszego rozwoju branży motoryzacyjnej i nowych technologii produkcji. Potwierdzeniem tego niech będzie choćby opracowanie nowego systemu uszczelnienia radialnego w pokrywach głowic cylindrów. Takie właśnie udoskonalone funkcje uszczelniania w szerokim zakresie temperatur, a także zoptymalizowaną akustyka oraz niższą wagę oferuje nowy system uszczelnień radialnych dla pokrywy głowicy silnika górnozaworowego. Powstał on w kooperacji koncernu Mann Hummel z Federal Mogul Sealing Systems i Du Pont na potrzeby wyposażenia seryjnego. Najważniejszym elementem nowej koncepcji uszczelnienia jest wykonany z tworzywa sztucznego wspornik otoczony elastomerem. W tym samym procesie produkcji następuję połączenie wspornika z głowicą silnika oraz odsprzężenie akustyczne. Odsprzężony system zapewnia wyższe bezpieczeństwo procesowe.

Duroplasty (tworzywa termo- lub chemoutwardzalne), to takie tworzywa, które nie topią się i nie rozpuszczają w wysokich temperaturach; są to tworzywa twarde ale jednocześnie kruche i łamliwe przy uderzeniu. Ostatnia z kategorii to elastomery, które posiadają właściwości podobne do kauczuku. Mają gumową elastyczność, która występuje również w podwyższonych temperaturach. Są stosowane głownie do produkcji uszczelek, nakładek zderzaków i spoilerów.