کاربرد مواد اولیه و کامپاند پلیمری در خودروسازی

در صنعت خودروسازی طی چند سال اخیر و به خصوص در این سال ها استفاده از مواد پلیمری (پلاستیک ها) به طور فزاینده ای افزایش یافته است. استفاده از این مواد در بخش های مختلف خودرو به جای قطعات سنتی، از یک سو، علاوه بر کاهش وزن خودرو، افزایش فوق العاده زیبایی، استحکام بالای قطعات، همچنین هزینه های تولید قطعات مختلف به شدت کاهش یافته است. استفاده از این مواد در صنعت خودروسازی به تسریع اجرای ایده های آیرودینامیکی و طراحی کمک بسزایی کرده است. از سوی دیگر نه تنها استفاده از مواد پلیمری در بخش های مختلف باعث بهبود عملکرد، کارایی و زیبایی شده است بلکه استفاده از آنها در اتومبیل ها باعث کاهش مصرف سوخت و به تبع آن کاهش تولید گازهای گلخانه ای و در نتیجه کمک بسیاری به محیط زیست می شود. به همین دلایل است که صنایع خودروسازی امروزه دیگر نمی توانند از استفاده از این مواد پلیمری چشم پوشی کنند و روز به روز تحقیقات در بخش های مختلف به کارگیری این مواد در صنعت خودرسازی افزایش می یابد و مهندسین و محققین این رشته با توجه به کاربرد مورد نظر، فرآیند ایجاد قطعه را مشخص و تولید می کنند. در ادامه این مقاله به کاربرد مواد پلیمری در بخش های داخلی خودرو، خارجی و موتور می پردازیم و نیز نگاهی کوتاه به آینده کاربرد مواد پلیمری در صنعت خودروسازی می اندازیم.

آنچه در ادامه می خوانید عبارت است از:

• کاربرد مواد پلیمری در قطعات خارجی خودرو
• کاربرد مواد پلیمری در قطعات داخلی خودرو
• کاربرد مواد پلیمری در قطعات موتور خودرو
• آینده کاربرد مواد پلیمری در صنعت خودروسازی

کاربرد مواد پلیمری در قطعات خارجی خودرو
کاربرد اصلی پلاستیک ها در قسمت بیرونی اتومبیل ها به دلیل ملاحظات آیرودینامیکی و طراحی است که استفاده از پلاستیک ها با توجه به قابلیت شکل پذیری آسانشان این امر را محقق ساخته است و باعث رشد مصرف پلاستیک های مهندسی شده است. مواد پلیمری جدیدی جهت قسمت بیرونی اتومبیل تولید شده اند که خواص عملکردی همچون پایداری ابعادی (160- 140 سانتی گراد)، استحکام ضربه ای بالا، چقرمگی مناسب، مقاومت در برابر روغن ها و بنزین و سختی را تامین می کنند.

در سال 1985 شرکت جنرال الکتریک، دو پلیمر جدید برای قطعات بیرونی خودرو تولید کرد:یکی از آن ها نوریل GTX (آلیاژ پلی فنیلن اکساید با پلی آمید PPO/Nylon) به عنوان ضربه گیر و بعضی پنلها و دیگری یک ترموپلاستیک الاستومر (TPE) (پلی اتر استرالاستومر) برای سپر است. نوریل GTX دارای خواص عالی از جمله مقاومت حرارتی و پایداری ابعادی بالا است. 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 است. نوریل GTX دارای خاصیت رنگ پذیری و مقاومت عالی در دمای کوره (C°160-150) است. 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 اتومبیل های 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 شد 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 آن ها است. شرکت Arpco ترکیبی ارائه کرد که دارای خواص مقاومت ضربه ای عالی بود. این شرکت با معرفی این گرید باعث کاهش قیمت چشمگیر و کاهش وزن 50 درصدی سپر در مقایسه با سپرهای فلزی شد.

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

کاربرد مواد پلیمری در قطعات داخلی خودرو
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 است. اگر چه مواد جدیدی مانند آلیاژهای PC/ABS شرکت Dcw 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 مستربچ های رنگی هستند که این خود باعث رشد مصرف آنها در کاربردهای داخلی شده است.

فوم های پلی الفینی (پلی اتیلن و پلی پروپیلن) به دلیل مقاومت شیمیایی بالا و مقاومت حرارتی مناسب در حال جایگزینی با فومهای قدیمی است. کاربرد اصلی آنها در پشتی صندلی، محل قرار گرفتن سر در صندلی و نواحی که از نظر ضربه پذیری اهمین زیادی دارند، است. صنعت اتومبیل سازی بازار اصلی PP است. فرآیندپذیری آسان و استفاده مجدد از ضایعات PP بدون کاهش چشمگیر خواص از ویژگی های اصلی PP در کاربردهای خودرویی است. PP کوپلیمر هتروفاز در قطعاتی که پایداری حرارتی بالا احتیاج دارند مورد استفاده قرار می گیرد.

هنگام تولید PP در راکتور، پلیمریزاسیون پتروشیمی از یک لاستیکی که معمولاً 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.

کاربرد مواد پلیمری در قطعات موتور خودرو
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 وPETهای تقویت شده با الیاف به علت پایداری حرارتی بالا و پایداری ابعادی مناسب استفاده می شوند.

آینده کاربرد مواد پلیمری در صنعت خودروسازی
انواع مختلف پلاستیک ها در حال حاضر در قسمت های مختلف اتومبیل استفاده می شود. تولیدکنندگان خودرو به چهار نوع پلیمر اصلی پلی الفین ها، پلی آمیدها، پلی یورتان ها، پلیمرهای بر پایه استایرن در صنعت خودرو اطمینان بیشتری دارند. در ادامه نگاهی کوتاه به آینده استفاده از مواد پلیمری در صنعت خودروسازی می اندازیم.

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 شود. تکنیک های ساختاری ساندویچی و لانه زنبوری باعث افزایش مقاومت قطعه می شود 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 ویژگی هایی 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. به علاوه، TPO ها از نظر قیمت بسیار اقتصادی تر از پلی یورتان هستند. TPO ها را می توان بدون رنگ آمیزی ثانویه تنها با استفاده از مستربچ رنگ کرد در حالی که پلی یورتان حتماً باید رنگ شود که همین امر باعث افزایش 60 درصدی قیمت پلی یورتان در مقایسه با TPO ها شد. مقاومت دمایی و استحکام مکانیکی تقریباَ 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.

نتیجه گیری
در حال حاضر، یکی از صنایعی که تقریبا با صنعت پلیمر رابطه ی بسیار نزدیکی پیدا کرده است صنعت خودروسازی است. در این مقاله ضمن معرفی نقش پلیمر ها در این صنعت، همچنین به کاربرد آن ها در سه بخش اساسی این صنعت یعنی بخش قطعات داخلی، خارجی و موتور اشاره کردیم و در هر یک از آنها به ذکر کاربرد ها و مثال هایی از به کارگیری مواد پلیمری پرداختیم. در آخر هم اشاره ای کوتاه به آینده استفاده از پلیمر ها در صنعت خودروسازی کردیم و به نظر می رسد روز به روز استفاده از آنها و کاربرد های مواد پلیمری در صنعت خودروسازی به دلایل مزایای فوق العاده آن افزایش پیدا کند.