PlasticPortal.eu - denne aktualizovaný portál pre plasty a gumu

Aktuality
Zoznámte sa s novou dutinovou doskou SIMONA® s krížovým rebrovaním

24.07.2017 | Výskum a vývoj spoločnosti SIMONA® aj ďalej zlepšuje efektivitu využitia materiálov a stabilitu dutinových dosiek. Výsledkom nových technických zmien je dutinová doska s krížovým rebrovaním s celkovou tenšou hrúbkou steny.

Všetko najlepšie, Fakuma!

20.07.2017 | Fakuma, medzinárodný veľtrh pre spracovateľov plastov, oslavuje v tomto roku svoje 25. výročie.

Ochranné relé pre optimálny výkon bez kompromisov

18.07.2017 | Potrebujete sa vyvarovať škodám spôsobenými poruchami v elektrickej rozvodnej sieti a tak si zabezpečiť, aby stroje robilo to, na čo sú určené?

Možnosti získania grantu v Slovenskej republike

14.07.2017 | Prehľad noviniek - júl 2017.

Novinka: Dosky s aretačnou drážkou od STRACK

12.07.2017 | Teraz môžeme kombinovať: Nové doštičky STRACK s drážkou ako protikus odpružených aretáciou šíber.

 
Plastikársky slovník
Portál ZÁKONY A NORMY
Portál ZÁKONY A NORMY
Aktuálne v legislatíve
Obsah PAH v predmetoch a v hračkách

03.07.2017 | Na webovej stránke ECHA je nová výzva na predkladanie pripomienok a dôkazov týkajúce sa obsahu PAH uvedeného v položke 50 prílohy XVII nariadenia REAC ...

Nová vydaná změna nařízení č. 10/2011 (nařízení PIM) o materiálech a předmětech z plastů určených pro styk s potravinami

31.05.2017 | Nařízení Komise č. (EU)2017/752 mění a opravuje nařízení PIM o materiálech a předmětech z plastů určených pro styk s potravinami:

Verejná konzultácia o pravidlách zodpovednosti výrobcu za škodu spôsobenú chybou výrobku

10.04.2017 | Európska Komisia začala na svojich webových stránkach verejnú konzultáciu o pravidlách zodpovednosti výrobcu za škodu spôsobenú chybou výrobku.

Zdravotnícke pomôcky - Systémy manažérstva kvality

07.12.2016 | Norma pre Zdravotnícke pomôcky - Systémy manažérstva kvality - Požiadavky na splnenie predpisov, z decembra 2016.

Připravuje se novela zákona č. 477/2001 Sb. o obalech

29.11.2016 | Připravovaná novela zákona č. 477/2001 Sb. o obalech se týká se povinného zpoplatnění pouze lehkých plastových odnosných tašek s tloušťkou stěny do 50 ...

 
Newsletter
CAPTCHA Image
 
Úvod > Aktuálne články > Progresívne vyvíjané polymérne kompozity v automotive
Progresívne vyvíjané polymérne kompozity v automotive
 
 
Progresívne vyvíjané polymérne  kompozity v automotive

Progresívne vyvíjané polymérne kompozity v automotive

V súčasnosti sa do výskumu nových technológií investuje veľké množstvo prostriedkov hlavne za účelom optimalizovania výroby, zníženia nákladov a modernizácie výroby a výrobkov. Jedným z najdynamickejšie sa rozvíjajúcich priemyselných odvetví, ktorého sa tieto trendy dotýkajú najviac je automobilový priemysel, ktorý sa stále dynamicky rozvíja, a tým sa zlepšujú a používajú stále modernejšie technologické postupy a do výroby sa aplikujú inovácie.

Automobilový priemysel predstavuje komplexné odvetvie, ktoré vplýva na strojársku, elektrotechnickú, chemickú výrobu  a samozrejme aj výrobu plastov a gumy. Požiadavky automobilového priemyslu sa v poslednej dobe pomerne výrazne zmenili. Najvýznamnejšími faktormi, ktoré ovplyvňujú návrh automobilu, sú dnes náklady, výsledná spotreba a emisie škodlivín. Pritom pred niekoľkými rokmi sa na spotrebu a emisie veľmi významne neprihliadalo.

V súčasnej dobe  sa nahrádzajú vo veľkej miere kovové časti automobilu plastmi. Vývoj nových materiálov, alebo zlepšovanie existujúcich materiálov, pre automobilový priemysel je motivovaný faktormi ako napr. dizajn, výkon, spotreba paliva, odolnosť korózii, nízke náklady prevádzky, sprísnenie ekologických noriem, bezpečnosť pri náraze a pod. Tieto faktory nútia výrobcov automobilov využívať nové materiály, ktoré majú vyššiu pevnosť vzhľadom k ich hmotnosti, respektíve lepšiu kombináciu mechanických vlastností. S využitím plastových dielov sa čoraz častejšie stretávame v miestach, kde by to ešte pred pár rokmi bolo nemysliteľné.

Materiály používané pri výrobe automobilu

Na výrobu automobilu sa používajú rôzne druhy konštrukčných materiálov. Ocele a liatiny sa používajú na výrobu hlavných konštrukčných skupín automobilov. Meď je používaná pri elektroinštaláciách a v zliatinách. Olovo sa nachádza v akumulátoroch rovnako ako antimón. Pri povrchovej úprave plechov sa používa zinok a pozinkovaný plech sa používa na výrobu karosérie. Z ocelí sa používajú konštrukčné ocele, ocele s vysokým alebo nízkym obsahom legovacích prvkov a vysokopevné ocele.

Výrobcovia ocelí už dlhšiu dobu pozorujú, že čelia konkurencii hliníka a iných nových materiálov ako sú napríklad horčíkové zliatiny, alebo plasty. Aby boli úspešní v konkurencií, musia byť nové ocele ľahšie, pevnejšie a stabilnejšie. Jedným z konštrukčných materiálov, ktorý by mohol tieto požiadavky v budúcnosti spĺňať sú TWIP ocele. Nový trend vo výrobe automobilov, ktorého sme svedkami v posledných rokoch, je charakteristický aj aplikáciou karosériových povlakovaných plechov so zvýšenou koróznou odolnosťou ako výsledok snáh vyspelých automobilových výrobcov o dosiahnutie kritéria 10/5, podľa ktorého je potrebné po dobu 10 rokov zabrániť perforačnej korózii a v priebehu 5 rokov predísť kozmetickej korózii automobilu. Pozinkované plechy sa v automobilovom priemysle používajú predovšetkým na povrchové diely a na diely vystavené intenzívnym poveternostným vplyvom.

Nástup polymérov

V automobiloch sa začínajú čoraz viac uplatňovať plasty a polymérne kompozity.  Obsahujú širokú rozmanitosť rôznych funkčných materiálov, ktoré vykazujú širokú škálu žiaducich vlastností. Sú  silné a  ľahké, odolné voči chemikáliám a drsnému prostrediu, a sú vynikajúcimi tepelnými a elektrickými izolátormi. Môžu byť priehľadné, alebo nepriehľadné, mäkké, pružné, pevné, alebo môžu mať takmer akýkoľvek tvar a veľkosť. Sú teplo odolné a odolné voči korózii a sú recyklovateľné. Plasty sú v porovnaní s oceľami ľahšie približne sedem krát a v porovnaní s meďou a jej zliatinami viac ako deväť krát. Tieto výhody, spolu s ich cenovou efektívnosťou, stanovili  plasty ako preferovaný materiál v širokej škále komerčného použitia.

Ak do živice či plastu pridáme výstuž vo forme vlákien, ktoré majú vysokú tuhosť, pevnosť a teplotnú stabilitu, získame celkom novú , unikátnu skupinu materiálov kombinujúcich synergicky mechanické vlastnosti výstuže s ľahkosťou spracovania polymérov. Táto skupina materiálov sa nazýva vláknové polymérne kompozity alebo vláknové kompozity s polymérnou matricou a tieto nachádzajú čoraz väčšie uplatnenie pri stavbe automobilov.

Obr.1 Podiel jednotlivých plastov v automobilePolymérne kompozity majú oproti kovovým a keramickým kompozitom mnohé výhody. K najvýznamnejším patria vysoká špecifická pevnosť, pomerne ľahká výroba a spracovanie, odolnosť voči korózii, lepšie dynamické vlastnosti, dobré tlmiace vlastnosti, vysoká tvarová stálosť a možnosť vyrábať zložité diely jednorázovo alebo ich skladať z celkovo menšieho počtu dielov (integrálna stavba). Vysoká špecifická pevnosť bola hlavným dôvodom, prečo sú vystužené plasty vhodné pre aplikácie, ktoré musia vydržať nárazy. Na obr. 1 je uvedené % rozloženie použitia jednotlivých druhov plastov pri stavbe automobilu. Použitie plastov pri stavbe automobilu Smart je zobrazené na obr. 2.

 

   Obr.2 Diely karosérie automobilu Smart vyrobené z plastu


Polymérne kompozity v autách  budúcnosti

Nekovové autá nie sú žiadnou novinkou. Plastové diely karosérie mal pred mnohými rokmi napr. Renault Espace, dnes sú na autách štandardom plastové blatníky. Fiat Tipo mal v osemdesiatich rokoch 20. storočia veko kufra tiež z plastu. Automobilka Ford montuje do svojich dodávok od roku 1991 listové pružiny z plastov, plastové priečne listové perá mal už športový Chevrolet Corvette z roku 1984.

V tejto časti príspevku sú popísané materiály, ktoré predstavujú automobilky pri stavbe áut, skôr ako vízie použitia materiálov do budúcnosti:

  • biofibre,
  • kompozit  vyrábajúci elektrickú energiu,
  • buckypaper,
  • samoopravovací plast,
  • prírodné vlákna,
  • hi-tech látka použitá na karosérií automobilu.


Materiál Biofibre

Výrobu áut v laboratóriu, úplne iným spôsobom ako doteraz, prezentuje automobilka Mercedes-Benz. Auto ňou vyrábané by malo byť skôr vypestované ako vyrobené v továrni. Inšpiráciu berie automobilka priamo z prírody, pretože auto je celé integrované do ekosystému. Auto sa ukazuje v továrni Mercedes-Benz v kalifornskom Carlsbade (obr. 3). Vízia vývoja tohto koncernu je nový rastúci materiál Biofibre. Mal by byť pevnejší ako oceľ a pritom ľahší ako kov. Tým by auto vo výslednej podobe vážilo 394 kg.  Vozidlo by bolo úplne ekologicky rozložiteľné. Na karosárske a interiérové diely by stačili dve semienka, ďalšie štyri na kolesá, ktoré by sa šľachtili. Taktiež by auto mohlo rásť pomocou integrovaného genetického kódu. Ako palivo by sa použilo „BioNectar 4534“, ktorý by neprodukoval žiadne emisie.

 
   Obr. 3 Automobil Mercedes - Benz z materiálu Biofibre  


Kompozit vyrábajúci elektrickú energiu

V súčasnosti sa dostávajú do popredia hybridné automobily využívajúce elektrickú energiu. Najväčší problém majú s výdržou batérie. Ak má mať batéria dlhšiu výdrž,  je hneď o niečo ťažšia alebo zaberá miesto v automobile. Prototyp kompozitu vyrábajúci elektrickú energiu je zložený z uhlíkových vlákien a živice polyméru (obr. 4). Oproti klasickým batériám má väčšiu kapacitu pre ukladanie elektrickej energie, rýchlosť pri nabíjaní, či naplnení. Pri tomto procese je degradácia malá. Materiál je ľahký a silný a v použití v karosérií automobilu spĺňa všetky požiadavky.

Podstata výroby energie spočíva v tom, že celá karoséria automobilu by bola vyrobená z pevného kompozitu uvoľňujúceho elektrickú energiu. Tá by sa uskladňovala v batérií, či priamo poháňala automobil. Tento kompozit by rovnako napájal aj každú elektroniku, ktorá si vyžaduje elektrickú energiu a nebolo by potom pri nich potrebné mať batériu.

   Obr.4 Kompozit vyrábajúci elektrickú energiu


Pri ďalšom vývoji tohto kompozitu sa bude klásť hlavný dôraz na zvýšenie kapacity pre výrobu energie. Bude to možné dosiahnuť použitím nanotrubíc. Tie sa budú pestovať na povrchu uhlíkových vlákien, čím zvýšia povrchovú plochu na zvýšenie úložnej kapacity.


Materiál Buckypaper

Materiál Buckypaper je papier 500x silnejší a 10x ľahší ako oceľ. Je zložený z uhlíkových nanotrubíc a má mnoho neuveriteľných fyzikálnych vlastností. Trubice sú v tvare molekúl oxidu a sú 50 000x tenšie ako ľudský vlas (obr.5). Materiál je veľmi pružný, ľahký, silný, dobre vedie elektrický prúd a rýchlo rozptyľuje svetlo.

   Obr. 5 Uhlíkové nanotrubice v materiáli Buckypaper


Doteraz sa Buckypaper využíva len v minimálnych množstvách, nakoľko jeho výroba je nákladná a ťažko sa vyrába vo väčších množstvách.

Techniky vylepšenia a vyrobiteľnosti spočívajú v použití:

  • magnetov na posilnenie zladenia nanotrubíc a
  • tvarovania povrchu nanotrubíc, ktoré zvyšujú lepiacu silu - obr.6.

Obr. 6 Usporiadanie nanotrubíc u materiálu BuckypaperVyužitie tohto materiálu je prísľubom pre silnejšie a ľahšie karosérie automobilov, čím sa zníži hmotnosť automobilu a zvýši sa výkon.

Ďalšie využitie si nájde tento materiál v leteckom a elektrotechnickom priemysle. Môže byť použitý pre magnetický rušič bleskov alebo na elektrosúčiastky, ktoré budú mať veľkú výdrž energie, či rýchle odvádzanie tepla.



Samoopravovací materiál

Nový materiál - uvádzaný ako samoopravovací plast by sa mal sám opraviť pôsobením svetla po jeho poškodení. Tento materiál má vlastnosť opraviť poškodenia svojej štruktúry. Vodné kopolyméry, na ktorých je plast založený vďaka svoje špeciálnej molekulárnej mriežke, vedia obnoviť, či zaceliť poškodenia a spôsobené defekty. Oproti ostatným polymérom je tento plast ekologicky menej škodlivý. Okrem samoopravenia má plast aj praktickú vlastnosť tzv. „krváca" . Ak je poškodený, mení sa jeho farba na poškodenom mieste do červena ( obr.7). Tým poukazuje na poškodenie a prípadné skoré odstránenie chyby. Okrem toho sa plast opraví nie len raz, ale viac krát. Na to , aby sa plast začal opravovať, stačí prítomnosť svetla v rôznych prevedeniach – slnečné svetlo, žiarovka a pod.

   Obr. 7 Postup samoopravenia materiálu


Využitie pre tento plast by bolo aj v automobilovom priemysle. Pri poškodení napr. plastových nárazníkov by sme nemuseli navštíviť servis, či kupovať nový nárazník, čím sa dbá aj na ekológiu. Takto poškodený nárazník by sa rýchlo a jednoducho opravil napr. v garáži pri zapnutom svetle. Ďalšie využitie by bolo v leteckom priemysle. Poškodené časti trupu by sa sami identifikovali a podľa závažnosti poškodenia by sa rozhodovalo o úplnej výmene dielu, či samoopravení. Výroba tohto materiálu je v štádiu výskumu a je veľmi drahá.


Prírodné vlákna

Výsledky výskumu vo svete poukazujú na to, že plnivo do kompozitov môže byť aj prírodné vlákno napr. z konope, bambusu, kokosu, ľanu, juty, banánovníka, z vlny kôz, oviec. Príprava kompozitu z prírodných vlákien je znázornená na obr. 8.

   Obr. 8 Postup výroby kompozitu z prírodných vlákien


Výskumy dokázali, že prírodne plnivá v plastových dieloch zvyšujú tuhosť a húževnatosť a tak sa môžu použiť na stĺpiky v aute, výplne do dverí a iné diely auta. Na rozdiel od prírodných vlákien živočíšne vlákna ( ovčia a kozia srsť alebo hodváb ) vplývajú na ťažnosť dielov z plastu. Takto použité prírodné plnivá bambusu, je možné vidieť na koncepte automobilu, ktorý je na obr. 9.

   Obr. 9 Auto Rinspeed Bambo s karosériou z plastu / plnivo – vlákno bambusu/


Medzi automobilky, ktoré chcú zvýšiť použitie recyklovaných a obnoviteľných prírodných zdrojov patrí aj automobilka Ford. Vývojári firmy chcú aplikovať kokosové vlákna do rôznych druhoch plastov pre zníženie množstva potrebnej ropy na ich výrobu. Kokosové vlákna s plastom by mali byť ľahšie a pevnejšie, taktiež možno budú odolné proti ohňu. Nakoľko sú kokosové vlákna zle horľavé, je to výhoda pre ich použitie najmä z bezpečnostného hľadiska. Z estetického hľadiska by chcela automobilka využiť viditeľnosť dlhých kokosových vlákien, ktoré sú v plaste viditeľné. Dodávalo by to interiéru vozidla prírodnejší dizajn. Pri výrobe by vznikal odpad z kokosov, ktorý by bol následne používaný napr. pri výrobe odkladacích zásuvkách, priehradkách, obloženia dverí alebo ako tlmenie.

Nové vystužené plasty sú vo vývoji nanocelulózy, ktorá môže mať zdroj v stonke, či liste rastlín alebo stromov. Vlákna nanocelulózy vynikajúco spoja plast, sú ľahšie, odolnejšie voči chemikáliám, teplu  a ekologicky menej škodlivé. Sú o 30% ľahšie a 4x pevnejšie ako doteraz známe plasty, ale ich výroba je i v dnešnej dobe drahá. Tento argument bude hlavným pre ďalší vývoj týchto plastov. Už v blízkej budúcnosti sa možno budú používať na nárazníky automobilov, prístrojové dosky a iné časti karosérie automobilu.


Hi-tech látka

Plechové alebo hliníkové časti karosérie sú pre koncept automobilu nazývaný Gina nepodstatnou súčasťou. Karoséria tohto automobilu je potiahnutá Hi-tech látkou (polyurethane–coated Spandex), ktorá zakrýva všetky časti karosérie ako sú vytiahnuté blatníky, zadný spojler a pod. Zadné prítlačné krídlo sa vysunie len pri vysokých rýchlostiach, no pri tých nižších nie je ho vidieť, pretože je ukryté pod látkou (obr. 10).

   Obr. 10 Odkrývanie časti karosérie na automobile Gina


Zapínanie predných svetiel sa realizuje odkrytím látky na mieste. Gina nemá žiadne časti karosérie ako napr. kapota motora, či dvere. Všetko je zakryté jednou látkou a podľa potreby sa daná časť odkryje. Ak chceme nastúpiť do vozidla, látka na  mieste dverí zvráskavie a dvere sa otvoria do 45° uhla, ako môžeme vidieť na obr. 11.

   Obr. 11 Otváranie dverí na automobile BMW Gina


Prístup k motoru nie je chránený kapotou. Ak chceme vymeniť vodu do ostrekovačov, alebo vymeniť olej, stačí  „odzipsovať " určenú časť a prístup je voľný (obr. 12). Pri prehrievaní motora sa automaticky otvoria nasávacie otvory pre vzduch a motor bude mať dostatok chladného vzduchu na chladenie.

   Obr. 12 Otvorenie kapoty automobilu BMW Gina


Každá časť karosérie je ukrytá pod Hi-tech  látkou a len podľa potreby sa odkryje. V skutočnosti sa látka delí na štyri časti, aj keď pôsobí ako celok. Látka bola testovaná proti silnému dažďu či mrazu. Oceľová konštrukcia, ktorá sa skrýva pod látkou vychádza z modelu BMW Z4 a je vystužená karbónom. V súčasnosti má látka praktické využitie na strechách kabrioletov.

13.11.2013
autor: Ing. Ľudmila Dulebová, PhD. Technická univerzita v Košiciach
 
 
 
 
 
Odporučte článok Vytlačiť článok Späť
 
 

Späť


 
Najnovšia inzercia
 
 

Predaj | Bubnový magnet
20.07.2017

 
 

Predaj | Dopravníkový pás
20.07.2017

 
 

Kúpa | Drť HIPS s V2
20.07.2017

 
 
 
 
 

Predaj | HDPE a PP
19.07.2017

 
 
 
Výstavy
MALAYSIA-PLAS 2017

27.07.2017 | Formy a lisy pre spracovanie plastov.

SRI LANKA PLAST

03.08.2017 | Medzinárodná plastikárska výstava.

Plastic, Printing & Packaging, Tanzania - PPPEXPO 2017

22.08.2017 | 20. Medzinárodný veľtrh plastov, značenia, balenia.

China Composites Expo 2017

06.09.2017 | Medzinárodný veľtrh a fórum pre technológie kompozitov a aplikácií.

Drinktec 2017

11.09.2017 | Medzinárodný veľtrh nápojov a technológií

VietnamPlas

13.09.2017 | Veľtrh pre plasty a gumu.

EMO Hannover 2017

18.09.2017 | Popredný svetový veľtrh obrábania kovov.

HYBRID Expo 2017

19.09.2017 | Veľtrh pre vývoj a výrobu hybridných súčiastok a ich aplikačné sektory sa koná každé 2 roky.