Применение пластмасс в автомобильном транспорте.

В современном автомобиле используется несколько сот деталей из пластмасс, от самых мелких до крупногабаритных. Возможности современных пластмасс таковы, что их можно использовать в качестве конструкционных материалов для изготовления практически любых деталей или даже целых узлов и агрегатов. Так, несколько лет назад сообщалось о том, что одна из моторостроительных фирм в США изготовила автомобильный двигатель из термостойкого пластика, усиленного стеклянными и углеродными волокнами. Металлическими остались лишь коленчатый вал и поршневые кольца. Масса двигателя в два раза меньше, чем у металлического, и, кроме того, он расходует на 15% меньше горючего.

Практическое использование находят стеклопластики. Они обладают очень высокими прочностными свойствами, легко формуются, окрашиваются в любой цвет, из них могут быть изготовлены детали любого размера. Поэтому от изготовления отдельных деталей в автомобилестроении переходят к изготовлению кузовов. Автомобили с такими кузовами весят на 10 –15% легче металлического, кузова не подвергаются коррозии.

Основной тенденцией в использовании пластмасс в конструкции автомобилей является внедрение крупногабаритных двигателей. Полиамидные стеклопластики применяют для производства кузовов для легковых автомобилей, но пока это не стало массовым явлением по некоторым технологическим и экономическим причинам. Однако пластмассовые бамперы, приборные щитки, небьющиеся стекла, практически любые детали интерьера салона, дверей, багажника, решетки радиаторов, колесные диски, крылья, топливные баки и многие другие детали уже стали нормой в автомобилестроении. Для обеспечения потребностей в пластмассовых материалах с необходимыми свойствами постоянно ведется модификация известных полимеров или их смесей, создание новых полимеров и композиционных материалов. Применение некоторых полимеров постепенно уменьшается, например, поливинилхлорида, АБС – пластиков. Наряду с этим появляются новые или модифицированные пластмассовые материалы, в их числе различные модификации полиметакрилата, полиамидов, поликарбонатов, полиэфиров, фенопластов, полиуретанов, полифениленоксидов и композиционные материалы на их основе.

В стремлении использовать положительные свойства пластмасс все шире используются пластмассы, на поверхности которых наносят слой металла. Металлические покрытия делают пластмассовое изделие более стойкими к тепловым, световым, механическим и химическим воздействиям, придают им привлекательный внешний вид, позволяют соединять изделия пайкой. Кроме того, заменяя металлические изделия металлизированными пластмассами, можно рациональнее использовать дорогостоящие металлы – только в необходимом количестве и только там, где необходимы именно их металлические свойства. Металлизированные пластмассы по своим химическим и физико-механическим свойствам, а также поведением в процессе эксплуатации весьма сильно отличаются и от пластмасс, и от металлов. Поэтому металлизированные пластмассы используются в автомобилестроении при декорировании панелей, кнопок управления, пепельниц и т.п., при изготовлении колпаков колес, решеток радиаторов, отражателей, светофильтров и других деталей.

Рассмотрим роль отдельных полимеров и пластмасс на их основе в автомобилестроении.

Полиэтилен обладает хорошими механическими свойствами, высокой химической и термической стойкостью, легкостью переработки в изделия, однако недостаточно устойчив к действию ультрафиолетового излучения. Температура плавления полиэтилена составляет 105 – 130 ⁰С в зависимости от марки. Полиэтилен в основном используется в виде трубок, изоляторов электропроводов, небольших корпусов, крышек, колпачков, рукояток (т.е. деталей, подвергающихся электромеханическим нагрузкам или воздействию нефтепродуктов), а также для отделки салона. Из крупных полиэтиленовых деталей можно назвать баки для топлива, масел, тормозной жидкости, аккумуляторов.

Полипропилен обладает низкой морозостойкостью (до -5…-10⁰С), поэтому используется только в модернизированном виде. Из полипропилена изготовляются детали того же назначения, что и из полиэтилена, а также решетки радиаторов, бамперы, рулевые колеса, воздуховод и некоторые другие.

Поливинилхлорид применяется в виде трех типов материалов: жестких винипластов, пластифицированных мягких (пластикатов) и пластизолей, которые представляют собой суспензии порошка полимера в пластификаторе. Использование винипластов ограничено. Пластизоли применяются при нанесении защитных покрытий, в частности, на днища автомобиля, герметизации сварных швов и т.д. Пластикаты широко применяются для изготовления трубопроводов, прокладок, металлизированных деталей. Их использую для получения искусственной кожи.

Полиуретаны являются одним из наиболее перспективных классов полимеров. На основе однотипных химических реакций можно получать как термопласты, так и реактопласты. Около 50% всех пенопластов получаются на основе полиуретана. Технология производства пенополиуретанов позволяет получать материал настолько мягкий, что он годится в качестве набивки мягкой мебели, или настолько твердый, что из него можно формовать крупные детали с массивными краевыми зонами. Между этими двумя крайними случаями находятся полужесткие материалы, спектр применения которых простирается от кузовостроения до мягких цельных сидений. Следует отметить еще несколько ценных качеств пенополиуретанов. Одно из них – возможность производства деталей непосредственно в форме или заполнения внутренних полостей каких-либо изделий жидкой композицией с последующим образованием вспененного материала. В последнем случае происходит тепло-, вибро- и звукоизолирование. Другой особенностью пенополиуретанов является возможность производить на их основе изделия с плотной наружной оболочкой и пористой сердцевиной. В зависимости от условий может быть получен жесткий, полужесткий или эластичный пенополиуретан. Благодаря этим особенностям полиуретаны занимают ведущее место среди других видов пластмасс в автомобилестроении, причем особенно важное место стало принадлежать пенополиуретану. Фактически полиуретаны могут быть использованы в любой детали или изделии, которые изготовляются из других видов пластмасс. Эластичные пенополиуретаны в основном применяются для набивки сидений, подложки обивки интерьера салона. Полужесткий полиуретан используют для таких деталей, как накладки на панели приборов, крышки в салоне, дверные накладки, стойки, в виде цельноформованного потолка и т.п. Жесткие полиуретаны плотностью 200-300 кг/м³ идут на изготовление рулевых колес, приборных щитков, подголовников, подлокотников, кресел. Из полиуретановых материалов высокой плотности (около 1000 кг/м³) делают бамперы, облицовку фар, радиатора. Из пенополиуретанов, усиленных стекловолокном, производят крупногабаритные детали: бамперы, крылья, наружные панели дверей и т.п.

Композиты со стекловолокнистыми наполнителями (стеклопластики) чаще всего изготовляют с использованием в качестве связующего полиэфирных смол (полиэфиров). Детали формуют из нескольких слоев пропитанной связующим стеклоткани методом контактного формования. Таким образом создают кузова легковых автомобилей, кабины грузовых машин, обтекатели и другие крупные детали. Другим способом формования стеклопластиков с полиэфирным связующим является горячее прессование. В качестве исходного материала применяется стеклоткань, пропитанная связующим с набором всех необходимых компонентов и изолированная с двух сторон пленкой. Способом горячего прессования производятся панели капота, багажника, крыша, крылья, панели дверей, облицовка радиаторов грузовых автомобилей и т.д.

Среди новых видов пластмасс следует отметить чрезвычайно перспективные пластмассы на базе ароматического полиамида – фенилона С2. По своей прочности фенилон превосходит все ненаполненные пластмассы, и уступает лишь стеклопластикам. Но и перед стеклопластиками фенилон С2 имеет существенное преимущество – он способен к значительным деформациям. Фенилон сочетает высокую прочность с пластичностью, сохраняет уровень своих свойств даже при 220-250 ⁰С, стоек к термическому старению. Благодаря прочности, теплостойкости, высокой усталостной прочности пластмассы на основе фенилона С2 могут применяться для изготовления изделий конструкционного назначения, работающих в условиях больших нагрузок и высоких температур. Он хорошо зарекомендовал себя как уплотнительный материал, особенно для изготовления деталей клапанов и запорных устройств, работающих при высоких давлениях и большой частоте срабатывания. Сочетание твердости и износоустойчивости с пластичностью, большой усталостной выносливостью и ударной прочностью обеспечивает длительный срок службы таких деталей, как уплотнительные вкладыши, подушки и седла клапанов, вкладышей подшипников, работающих в узлах трения с высокой рабочей температурой (подшипники валов распределительных механизмов двигателей внутреннего сгорания, упорные кольца в картере двигателя, коробках передач). Перспективно использование фенилона для получения шестерен.