کاربرد انواع پلیمرها در اتومبیلها به تفکیک موقعیت

به گزارش صنایع پلاستیک، امروز استفاده از پلیمرها در صنعت خودرو گسترش زیادی یافته است. در این مطلب به کاربرد انواع پلیمرها در اتومبیلها به تفکیک موقعیت آنها پرداخته ایم .

در اروپا و ایالات متحده ، پلاستیکها در حدود ۱۵-۱۰ درصد از وزن یک اتومبیل را تشکیل می دهند .(در آخرین مطالعات، این رقم به ۲۰ تا ۲۵ درصد افزایش یافته است). علت اصلی استفاده از پلاستیکها در صنعت خودرو کاهش وزن خودرو و بالطبع آن افزایش سرعت اتومبیل می باشد . البته به جز افزایش سرعت اتومبیل ، دلایل دیگری مانند کارآیی، استحکام قطعات و ملاحظات اقتصادی تولید قطعه نیز به گسترش روز افزون پلاستیکها در خودروسازی کمک شایانی کرده است. به عنوان مثال جایگزین کردن چندین قطعه فلزی که دارای هزینه های مونتاژپذیری نیز می باشد با یک قطعه پلاستیکی تولید شده توسط فرآیند تزریق، علاوه بر کاهش هزینه های تولید باعث کاهش وزن کلی اتومبیل می گردد و امکان دارد کارایی خودرو نیز بهبود پیدا کند.

البته روند کاهش وزن اتومبیل ها پیرو ملاحظات زیست محیطی تسریع پیدا کرده است. چرا که هر چه وزن اتومبیل ها کمتر باشد، میزان سوختی که آنها استفاده می کنند، کاهش یافته و در نتیجه تولید گازهای گلخانه ای نیز محدودتر می گردد. لذا در آینده شاهد جایگزینی قطعات بیشتری در نواحی گوناگون یک خودرو، توسط پلاستیک ها خواهیم بود.

فعلا کاربرد اصلی پلاستیکها در قسمت بیرونی اتومبیلها و به دلیل ملاحظات آیرو دینامیکی و طراحی ( زیبایی ) می باشد که استفاده از پلاستیکها با توجه به قابلیت شکل پذیری آسانشان این امر را محقق ساخته است و باعث رشد مصرف پلاستیکهای مهندسی گردیده است. مواد پلیمری جدیدی جهت قسمت بیرونی اتومبیل تولید شده اند که خواص عملکردی همچون پایداری ابعادی (C°۱۶۰-۱۴۰) ، استحکام ضربه ای بالا، چقرمگی مناسب، مقاومت در برابر روغن ها و بنزین و سختی را تامین می کنند .

در سال ۱۹۸۵ شرکت جنرال الکتریک، دو پلیمر جدید برای قطعات بیرونی خودرو تولید کرد : نوریل GTX ( آلیاژ پلی فنیلن اکساید با پلی آمید PPO/Nylon) به عنوان ضربه گیر و بعضی پنلها و یک ترموپلاستیک الاستومر (TPE) (پلی اتر استرالاستومر) برای سپر.

نوریل GTX دارای خواص عالی از جمله مقاومت حرارتی و پایداری ابعادی بالا می باشد . PPO جذب آب کمی دارد و نایلون هم به دلیل ساختار کریستالین مقاومت شیمیایی را بالا می برد. در نهایت از آلیاژ این دو پلیمر یک قطعه با خواص بسیار مناسب جهت کاربردهای بیرونی اتومبیل پدید می آید .

یک الزام بسیار مهم برای مواد پلاستیک در صنعت اتومبیل رنگ پذیری و مقاومت حرارتی بالای آنها در کوره های پخت رنگ بدنه اتومبیل می باشد . نوریل GTX دارای خاصیت رنگ پذیری و مقاومت عالی در دمای کوره (C°۱۶۰-۱۵۰) می باشد.

گریدهای تقویت شده این ماده در کاربردهای داخل موتور به دلیل پایداری حرارتی بسیار بالا کاربرد بسیاری پیدا کرده است.

شرکت Ford Sierra اولین بار سپر تمام پلاستیکی را در اتومبیلهای خودرو اروپا استفاده کرد . شرکت GE آلیاژ خاصی را برای سپرها تولید کرد که از پلی کربنات و پلی بوتیلن ترفتالات (PBT) تشکیل شده بود. مقاومت ضربه خوب پلی کربنات و مقاومت در برابر روغن و بنزین و فرآیندپذیری آسان PBT منجر به استفاده گسترده آلیاژ PC/PBT در سپر گردید که به نام تجاری ماکرولون ( Makrolon ) معروف شد.

کامپاندهای PP نیز در تولید سپر استفاده می شوند که امروزه ترموپلاستیک الاستومر PP+EPDM یکی از پر مصرف ترین آنها می باشد . شرکت Arco ترکیبی ارائه کرد که دارای خواص مقاومت ضربه ای عالی بود . Arpro با معرفی این گرید باعث کاهش قیمت چشمگیر و کاهش وزن ۵۰ درصدی سپر در مقایسه با سپرهای فلزی گردید.

شرکت تویوتا به کمک چندین کامپاندر ژاپنی، اخیرا گریدی از TPO که شامل پلی پروپیلن (PP) پخش شده در ماتریس لاستیکی است ،معرفی کرده است. این TPc نرمتر، مقاومت در برابر خراش بهتر ، فرآیند قالبگیری بهتری نسبت به TPOهای معمولی دارد .

در حال حاضر رقابت شدیدی بین سازندگان مواد پلاستیکی برای قطعات داخل خودرو وجود دارد . ABS یکی از پر مصرف ترین پلیمرهای مورد استفاده در قطعات داخلی اتومبیل می باشد. اگر چه مواد جدیدی مانند آلیاژهای PC/ABS شرکت Dow chemical و Bayer ( با نام تجاری BayBlend ) امروزه گسترش زیادی در کاربردهایی مانند داشبورد و قاب آینه داخلی و بعضی قطعات داخلی خودرو یافته اند. این آلیاژها دارای ویژگی رنگ پذیری متنوع توسط انواع مستربچهای رنگی هستند که این خود باعث رشد مصرف آنها در کاربردهای داخلی شده است.

فومهای پلی الفینی (پلی اتیلن و پلی پروپیلن) به دلیل مقاومت شیمیایی بالا و مقاومت حرارتی مناسب در حال جایگزینی با فومهای قدیمی می باشد .

کاربرد اصلی آنها در پشتی صندلی، محل قرار گرفتن سر در صندلی و نواحی که از نظر ضربه پذیری اهمین زیادی دارند، می باشد . صنعت اتومبیل سازی بازار اصلی PP می باشد. فرآیندپذیری آسان و استفاده مجدد از ضایعات PP بدون کاهش چشمگیر خواص از ویژگیهای اصلی PP در کاربردهای خودرویی می باشد.

PP کوپلیمر هتروفاز (مانند EPC 40R PP پتروشیمی اراک ) در قطعاتی که پایداری حرارتی بالا احتیاج دارند مورد استفاده قرار می گیرد.

هنگام تولید PP در راکتور، پلیمریزاسیون پتروشیمی از یک لاستیکی که معمولا EPR ( اتیلن پروپیلن رابر ) استفاده می شود . اضافه کردن این لاستیک باعث افزایش شدید مقاومت ضربه شده این در حالیست که فاز PP هموپلیمر سختی مورد نیاز را تامین می کند.

امروزه استفاده از قطعات پلاستیکی در موتور اتومبیل رشد فزاینده ای پیدا کرده است PPهای تقویت شده با تالک و الیاف شیشه و همچنین پلی آمیدهای تقویت شده با الیاف شیشه جهت چنین کابردهایی طراحی شده اند.

از پلی اتر اترکتون ( PEEK ) تقویت شده با الیاف در هنیفولد موتور ماشین های مسابقه Rover به دلیل مقاومت حرارتی بسیار بالا استفاده می شود . فلوئور و پلاستیک ها نیز کاربرد زیادی به عنوان رینگهای آب بندی در صنعت اتومبیل پیدا کرده اند.

آلیاژهای تفلون (PTFE) در حال جایگزین شدن با قطعات فلزی در کاربردهایی همچون واشرها و رینگهای پیستون در موتور اتومبیل هستند . در سیستم های الکتریکی PBT و PETهای تقویت شده با الیاف به علت پایداری حرارتی بالا و پایداری ابعادی مناسب استفاده می شوند.

انواع مختلف پلاستیکها در حال حاضر در قسمتهای مختلف اتومبیل استفاده می شود. یکی از نکاتی که در مورد پلاستیکهای مورد مصرف در صنعت خودرو باید بدان توجه داشت امکان استفاده مجدد از آنها می باشد که این روند در استفاده از نوع پلاستیک مصرفی تاثیرگذار خواهد بود .

تولید کنندگان خودرو به چهار نوع پلیمر اصلی در صنعت خودرو اطمینان بیشتری دارند :

۱ ـ پلی الفین ها

۲ ـ پلی آمیدها

۳ ـ پلی یورتانها

۴ ـ پلیمرهای بر پایه استایرن

استفاده از PVC در کاربردهای خودرویی به علت فشارهای زیست محیطی ناشی از باقیماندن مونومر سمی وینیل کلراید در پلیمر در هاله ای از ابهام وجود دارد.

پلی پروپیلن (PP) در انواع مختلف ( تقویت شده با الیاف ، تالک ، کربنات تقویت نشده و اصلاح شده با لاستیک ) مصرف عظیمی از پلاستیک های مورد مصرف در صنعت خودرو را به خود اختصاص داده است .

به نظر می رسد استفاده از کامپاندهای PP به علت قابلیت تولید مجدد و کاهش قیمت تولید آن گسترش بیشتری پیدا کند . تکنیک های ساخت جدید نیز ممکن است باعث افزایش PP در خودرو گردد . تکنیک های ساختاری ساندویچی و لانه زنبوری باعث افزایش مقاومت قطعه می گردد که استفاده از این ساختارها توسط PP در حال گسترش است . رقابت شدیدی بین مواد در صنعت اتومبیل وجود دارد .

به عنوان مثال استفاده از TPO به جای پلی یورتان رشد زیادی پیدا کرده است .

TPO ها دارای ویژگیهایی شامل قابلیت رنگ پذیری درون قالب ، وزن سبک ، قیمت پایین و قابلیت استفاده مجدد هستند که همین عوامل باعث شده این مواد سهم عظیمی از بازار آمریکای شمالی و اروپا را از آن خود کند .

TPO ها از نظر قیمت بسیار اقتصادی تر از پلی یورتان می باشند . TPOها را می توان بدون رنگ آمیزی ثانویه ( تنها با استفاده از مستربچ ) رنگ کرد در حالیکه پلی یورتان حتماً باید رنگ گردد که همین امر باعث افزایش ۶۰ درصدی قیمت پلی یورتان در مقایسه با TPO ها می گردد.

مقاومت دمایی و استحکام مکانیکی تقریبا پایین پلی الفینها ( در مقایسه با پلیمرهای مهندسی ) استفاده از این نوع مواد را در کاربردهای بیرونی اتومبیل محدود کرده است.

البته توسعه کاتالیست های متالولسن ممکن است منجر به تولید نسل جدیدی از پلی الفینها شود که بتوانند الزامات قطعات بیرونی اتومبیل را برآورده کنند.

این مطلب از شرکت پلی اتیلن نوین برگرفته شده و پس از انجام اصلاحات و افزودن مطالبی چند، در صنایع پلاستیک منتشر شده است.