CC BY
123
УДК [621.7/9+678.02] (075.8) НЕКОТОРЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИОЛЕФИНОВ, СТИРОЛА И ПОЛИАМИДОВ В АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИИ
1 9
А.В Яковлев , В.Н.Филиппов Санкт-Петербургский университет сервиса и экономики, Псковский филиал
(СПБГУСЭ ПФ) 180005 Псков, Ленинградское шоссе, 24
Аннотация - Рассматриваются современные полимерные и композиционные материалы, применяемые в автомобильной промышленности.
Ключевые слова: полимерные сплавы, полиамиды, полиолефины.
SOME FEATURES OF THE APPLICATION OF POLYOLEFINS AND STYRENICS FND POLYAMIDES IN THE AUTOMOTIVE INDYSTRY
A.V. Yakovlev, V.N. Filippov
St.-Petersburg state university of service and economy (SPbSUSE), Pskov branch
180005 Pskov, Leningradskoye highway,24. Summary - The modern polymeric and composite materials used in the automotive industry is considers.
Keywords: polymer alloys, polyamides, polyolefins.
Важное место в автомобилестроении, занимают композиционные и полимерные материалы. Данные материалы позволяют получать различные (в том числе и крупногабаритные изделия) с высокими требованиями к теплофизическим и механическим характеристикам.
Известно что, разработанные в 50ые годы смесевые композиционные материалы (Sheet Molding Compound (SMC) и Bulk Molding Compound (BMC)) [1] на основе ненасыщенных полиэфирных смол, стекловолокна и минеральных наполнителей [2, 3] позволили решить методами композиционной техники проблему производства мало- и среднегабаритных изделий крупных серий. Технология получения изделий из SMC -и BMC-материалов и физико-механические характеристики данных материалов, подробно изложены в работе [1]. Основным отличием ВМС от SMC является технология производства [1]. Как отмечается в работе [1], SMC (в российской терминологии «препрег») используется в первую очередь при производстве низкопрофильных изделий с высокими требованиями к механической прочности путем прямого прессования, а ВМС (в российской терминологии - «премикс») используется в основном при производстве ма-
ло- и среднегабаритных изделий сложной конфигурации [1]. Существенными преимуществами изделий из SMC по сравнению со сталью является высокая коррозионная стойкость и низкий удельный вес. Одним из важнейших преимуществ ВМС как конструкционного материала является гибкость в выборе технологического процесса переработки в готовые изделия, что делает ВМС в полной мере конкурентоспособным с другими инженерными термопластами [1].
В автомобильной промышленности из SMC материалов изготовляют элементы кузовов (использование SMC позволило существенно облегчить кабину грузового автомобиля, объединить различные конструктивные элементы в единые узлы и тем самым добиться значительного экономического эффекта), а также такие детали грузовых и легковых автомобилей, как: бампера, обтекатели, пороги, передняя панель, крылья, боковые панели, ступени, крышка багажника, вертикальные панели, внутренние элементы и т.д [1]. Также из SMC материалов изготовляют масляные ванны для грузовых автомобилей [1]. В данном случае SMC зарекомендовал себя как материал, отвечающий всем требованиям (механическая прочность, ударная вязкость,
отсутствие утечек, возможность интеграции различных конструктивных элементов), предъявляемым к этим изделиям и позволяющий в крупносерийных масштабах выпускать подобную продукцию [1]. Одним из важнейших преимуществ ванн из композитов по сравнению с металлическими является существенно более низкий уровень шума. Серийное производство масляных ванн включает в себя помимо стандартных операций прессования, удаления облоя и механической обработки также 100% контроль отсутствия разброса толщин и микротрещин [1].
Области применения далеко не исчерпывают всего многообразия изделий из ВМС, в частности в автомобилестроении ВМС используются для элементов автомобильных моторов (элементы систем охлаждения и питания, распределительные детали, контрольные элементы, крышки головки блока цилиндров), и отличаются высокой тепло- и термостойкостью (рабочие температуры до 220 °C, температура стеклования выше 195 °C), стойкостью к рабочим средам (моторные масла, топливо, охлаждающие и тормозные жидкости, blowby газы и пр.), хорошей механической прочностью и ударной вязкостью. Также данные материалы применяются для рефлекторов автомобильных и мотоциклетных фар, обеспечивая максимально точное воспроизведение оптической поверхности оснастки без коробления, и обладают высокой термостойкостью и минимальным выделением летучих продуктов («fogging») [1].
ВМС и SMC относятся к группе термореактивных полимерных материалов, что делает невозможным прямое вторичное использование отходов производства и старых деталей, как это делается при переработке термопластических масс. Тем не менее, в настоящее время разработаны технологии вторичного использования отходов путем их размалывания до размера частиц 0,1 - 1,0 мм и использования полученного сырья в качестве наполнителя при производстве ВМС, в дорожном строительстве и т.д [1].
На сегодняшний день широко применяются новые разработки в области
полиамидов (найлонов), полиолефинов и стиролов для создания конструкционных материалов в автомобильной промышленности.
Характерными примерами, таких материалов, являются полимерные сплавы, окрашиваемые в процессе производства (табл.1). Например, для производства панелей кузова автомобиля, новая марка найлона с АБС (ABS) (тройной сополимер: акрилонитрил - бутадиен - стирол) «Triax» (табл.1), дает лучшую устойчивость к осадке при высоких температурах, чем найлон/ полифениленок-сид (ПФО (PPO)) при проведении испытаний его способности подвергаться онлайновому окрашиванию [4]. Свойства данного материала подробно рассмотрены в [4].
Необходимо отметить, следующий интересный параметр, предъявляемый к пластмассам - это, так называемые «марки со сниженным запахом». Например, фирма Volkswagen, предъявляет очень строгие ограничения по выбросам летучих веществ, содержание которых не должно превышать 50 ppm. Таким требованиям отвечает новый автомобильный материал на основе АБС - пластиков (Cycolac DL100 ABS) [4].
Для производства автомобильных деталей представляют интерес смеси поликарбоната (ПК (PC)) с такими полимерами как, АБС-пластики и полиэфиры (полиэтилентерефталат (ПЭТФ) (РЕТ)) и полибутилентерефталат (ПБТ) (PBT)). Согласно, работе [4] новые материалы на основе ПК/АБС, в которых в качестве матрицы выступает полимеризованный сплошной массой АБС, образуют значительно меньше отложений в пресс-форме и обладают более однородной окраской, чем стандартная смесь ПК/АБС [4]. Примерами, таких материалов являются марки «Terblend N», и «Bayblend KU2-1446» [4], (табл.1). Морфология и свойства текучести «Terblend N» специально адаптируются для лучшего воспроизведения микроструктуры поверхности стенок формы, что влияет на матовость поверхностного покрытия [4]. Новый материал «Pocan DP2-7655» [4] (табл.1), представляющий собой смесь ПК/ПЭТФ, характе-
ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СЕРВИСА №1(19) 2012
33
ризуется более низким коэффициентом линейного теплового расширения (по сравнению с используемыми в настоящее время смесями ПК/ПБТ), что благоприятно сказывается на достижении близкого к нулю расстояния между компоновочными узлами и позволяет производить более тонкие стенки, и обеспечивает более высокую размерную стабильность
[4].
В автомобилестроении находят применение композиционные материалы, на основе полиамидов (найлонов). Марки найлона 66 «ТеЛпу1», стеклонаполненные на 25% и 30%, способные соответствовать новым требованиям, предъявляемым к системам охлаждения автомобилей, включая баки радиаторов, теплообменники, насосы и термостаты, характеризуются превосходной устойчивостью к воздействию гликоля, и могут выдерживать непрерывную температуру в 1300°С, а также пиковую температуру в 1600°С [4]. Стеклонаполненный на 30% полиамид «Ultramid» (табл. 2), не теряет ударопрочности при повышенных температурах, в то время как стандартный найлон 66 теряет ударопрочность на 50%, и имеет повышенную жесткость, способность подвергаться обработке и устойчивость к гидролизу [4]. Интересные эксплуатационные свойства показывают, так называемые разветвленные найлоны [4], (табл. 2). Например, марка найлона 66 «СигеШап КШ-2240/25», помимо хорошей способности заготовки для выдувного формования "висеть", не растягиваясь, имеет лучшее сохранение воздействия при обработке смесями гликоля и воды [4]. Еще одним, важным классом полимерных материалов, применяемых в автомобилестроении, являются найлоны, устойчивые к воздействию топлива (табл.3) [4]. В качестве примеров таких материалов, можно назвать найлон 12 (табл.3), предназначенный для использования в топливных системах автомобилей [4]. Специальный найлон 12 «Vestamid» обладает улучшенной устойчивостью к воздействию топлива при температурах до 1250°С [4] (табл.3). С найлоном «5034 иС 2» (табл.3), можно осуществлять со-экструзию внутренних и внешних поверхностных слоев найлонов 6 и 12 в сочетании со связывающим веществом [4].
Таблица 1. Полимерные смеси, используемые для производства автомобильных деталей
№ п/п Материал, торговая марка Химический состав Примеры использова- ния
1 Triax LP 3155 сплав найлона и АБС изготовление деталей (панелей) кузова автомобиля, которые можно окрашивать прямо при производстве [4]
2 Terblend N на основе смеси ПК/АБС при литьевом формовании деталей автомобилей, для пультов, рулевых колонок и т.д. [4]
3 d len 2- 46 ■Р ay K 14 B полимер из смеси ПК/АБС Для производ ства деталей внутренней оснастки авто мобилей с высокой ударопрочностью, таких как коленные буфер которые долж ны поглощат! энергию при авариях, даже при низких температурах [4]
4 1 Po D 76 смесь ПК / ПЭТФ с неорганическим армированием для изготовления внешних панелей багажников автомобилей, порогов дверей и щитков [4]
Выводы
В настоящее время техника и технология переработки и использования SMC и ВМС являются одними из наиболее быстроразвивающихся в мире полимерных материалов, и представляет со-
бой перспективное направление, связанное с поиском новых областей применения этих материала с широкими возможностями. В области производства автомобильных деталей широкое применение находят новые окрашиваемые в процессе производства автомобильные полимерные сплавы, устойчивые к воздействию топлива найлоны, а также целый ряд материалов из АБС-пластиков, поликарбонатов, полиамидов, для внутренних и внешних деталей автомобиля.
Таблица 2. Полиамиды, применяемые в автомобильной промышленности
№ п/ п. Мате- риал, торго- вая марка Химический состав Примеры использования
1 «Ultram id» Полиамид стеклона-полнен-ный на 30% Заборные коллекторы автомобилей, использование с конструкциями, предусматривающими вибросварку или формовку с плавкими стержнями (можно осуществлять лазерную сварку датчиков масла автомобиля). [4]
Разветвленные полиамиды
2 Duretha n BKU 330 для улучшения сварки (вибрационной или лазерной) заборных коллекторов [4]
3 Duretha n KU2-2240/25 содержит 25% стекла для выдувного формования автомобильных труб и каналов [4]
Таблица 3. Полиамиды, устойчивые к воздействию топлив
№ п/п Материал, торговая марка Хими- ческий состав Примеры использования
1 найлон 12 Vestamid для возвратных труб дизельных систем впрыска с общим нагнетательным трубопроводом, расположенных рядом с двигателем [4]
2 найлон 12 Ubesta 3020 X 25 L, для экструзионного покрытия металлических топливных или тормозных труб [4]
3 Найлон 5034 те 2 композит с наногли ной со-полимера найлонов 6/66 для изготовления топливных труб с высокими барьерными свойствами [4]
Литература
1. Полоцкий М. ВМС и SMC - промышленные композиционные конструкционные материалы больших серий. // Источник: «Экспонента» ООО. [электронный ресурс] - режим доступа: http://plastinfo.ru/information/articles/320/.
2. ГОСТ Р 50443-92. Препреги и премиксы. Термины и определения.
3. Справочник по пластически массам под ред. В. М. Катаева и др., 2 изд., т. 2, М., 1975, с. 76-92, 470-92.
4 Роберт Ливерсач, Мэттью Х. Найтов. ПОЛИМЕРНЫЕ ИННОВАЦИИ: упаковка и ав-топластики.//Источник:PlasticsTechnology. [электронный ресурс] - режим доступа: http://www.polymery.ru/letter.php?n_id=1824&cat_i d=3.
1 Яковлев Алексеіі Владимирович, студент СПбГУСЭ ПФ. тел.: + 7-931-904-97-69; e-mail: zaj ac01.08.1989@mail. ru
2 Филиппов Владимир Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Сервис»
СПбГУСЭ ПФ. тел. :(8112) 72-06-44, моб.: + 7-964-314-91-35; e-mail: Vla-
dim.filippov2010@yandex. ru
ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СЕРВИСА №1(19) 2G12
35
