CC BY
1
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 2
УДК 678
ПРИМЕНЕНИЕ БИОПЛАСТИКА В ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ И АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИИ
М. В. Васильев, И. И. Пустовалов, Е. М. Сычева
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail:mister.max2000@yandex.ru
Статья посвящена выявлению спроса изделий из биопластика в отраслях электротехники и автомобилестроении. Отражены существующие тенденции в данных отраслях. Представлен анализ характеристик существующих биопластиков.
Ключевые слова: биопластик, возобновляемые источники сырья, электротехника, автомобилестроение, свойства биопластика, производство.
APPLICATION OF BIOPLASTICS IN ELECTRICAL ENGINEERING AND AUTOMOTIVE INDUSTRY
M. V. Vasilev, I. I. Pustovalov Scientific supervisor - E. M. Sycheva
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail:mister.max2000@yandex.ru
The article is devoted to identifying the demand for bioplastics products in the electrical engineering and automotive industries. The existing trends in these industries are reflected. The analysis of the characteristics of existing bioplastics is presented.
Keywords: bioplastics, renewable sources of raw materials, electrical engineering, automotive industry, properties of bioplastics, production.
Свойства биоразлагаемых пластиков очень разнообразны и определяют преимущественные направления их использования. В структуре потребления крупнейшей областью применения биопластмасс является упаковка. В 2018 году данный сектор составлял почти 65 % (1,2 млн. тонн) от общего рынка биопластиков.
По сравнению с традиционными пластмассами, производимыми из ископаемого сырья, биопластмассы имеют ряд ценных преимуществ. Прежде всего, они позволяют экономить сырье при использовании периодически обновляющейся биомассы. Кроме того, их производство и применение нейтральны с точки зрения выбросов углерода, что означает, что их переработка не способствует повышению уровня углекислого газа в атмосфере. Более того, некоторые типы биопластика поддаются биодеградации.
Новые экологически чистые полимеры на биологической основе открывают огромные возможности для изготовления конструктивных деталей автомобилей и электротехники.
Качественное сопоставление основных свойств биоразлагаемых и традиционных пластиков представлено на рисунке 1.
Секция «Инновационная экономика и управление»
Удельный объем
Традиционные пластин
Биоразлагаемые из ископаемого сырья (Группа 2) Биорэслагаемые из биосырья (Группа 4)
Темпе эасплава
Ценовая доступность
Ударопроч ность
Рис. 1. Качественное сопоставление основных свойств биоразлагаемых и традиционных пластиков
С точки зрения механических свойств традиционные пластики выигрывают у всех биопластиков по параметру ударопрочности, но он компенсируется путем приготовления компаундов с традиционными пластиками, биоразлагемыми полиэфирами или инертными наполнителями. Что касается прочности на разрыв, то она примерно одинакова, как и температурные диапазоны. Вязкость расплава биопластиков намного меньше.
Еще один важный интегрированный показатель - барьерные свойства, то есть способность тонкого слоя полимера препятствовать диффузии газов и паров воды. Обычные полимеры обладают хорошими барьерными свойствами. У биопластиков не все однозначно. Например, бутылки из полилактида (PLA) допускают диффузию СО2, поэтому не подходят для газированных напитков; сополимеры полибутиратов (PBAT) пропускают в два раза меньше кислорода, чем полиэтилен, зато в 100 раз больше паров воды [1].
Последние пару десятилетий производители автомобилей начали переход на биопластики. Это связано с технологическими достижениями, увеличением выбросов парниковых газов и большим вниманием к экологической устойчивости.
Биопластики в автомобильной промышленности включают натуральные волокна, такие как соя и конопля, которые укрепляют полимеры. Другие волокна, включая агаву и кукурузу, находятся в процессе исследований и разработок.
Mazda занимается разработками биопластика на протяжении нескольких лет. Она первой получила высокопрочный биопластик, устойчивый к высоким температурам, пригодный для использования отделки салона, а также биоткань для обивки сидений, созданную полностью из растительных волокон.
В 2018 году Ford начал испытания небиоразлагаемого биопластика, полученного из агавы, чтобы улучшить экономию топлива и сделать автомобили более легкими. Компания также нашла применение в производстве пены на основе сои для автомобильных сидений и рассматривает возможность использования в своих продуктах других материалов, таких как бамбук и овсяные отходы, в качестве биопластика.
Полипропилен на биологической основе (био-ПП) может использоваться в качестве заменителя полипропилена для многих применений в автомобилях, включая бамперы, спойлеры, приборные панели, кондиционеры, крышки аккумуляторных батарей и воздуховоды.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Тома 2
Биополиамиды (био-ПА) и их композиты обладают высокими механическими свойствами. Первый био-ПА, известный как Rilsan PA ll, был изготовлен из касторового масла и применяется для соединителей, тормозных наконечников, топливопроводов и гибких трубок. Toyota использовала DuPont Zytel в торцевых бачках радиатора своих моделях Camry и Denso.
Полимолочная кислота (PLA) - один из новейших биопластиков, применяемых в автомобильной промышленности. Компоненты салона автомобиля, такие как коврики, ковровые покрытия и обивка, хорошо подходят для использования PLA. PLA также используется в элементах подкапотного пространства [2].
В отрасли электротехники наблюдается увеличение сегмента продуктов из биопластика, таких как корпуса компьютеров, элементы клавиатуры, компьютерной мыши, корпуса смартфонов, наушники т.д.
PLA обычно смешивают с поликарбонатом, в результате чего получается полимерная смесь с разделенными фазами. Она широко используется в Японии для производства электроники. Но продукты на её основе не являются полностью биоразлагаемыми. Когда количество PLA превышает 5G%, составные продукты считаются продуктами на биологической основе. Недостатком таких композиций является то, что типичные свойства поликарбоната, такие как долговечность, ударопрочность и устойчивость к царапинам, все больше теряются по мере увеличения содержания PLA [З].
Композиты PLA с углеродным волокном могут решить проблемы с выделением тепла, возникающие в смартфонах с малой толщиной.
Электронная промышленность добилась значительных успехов в снижении воздействия на окружающую среду за счет повышения энергоэффективности продуктов и устройств. Однако важно, чтобы отрасль обращала внимание на экологичность используемых материалов.
Биопластики можно формовать под давлением без каких-либо модификаций существующего оборудования и использовать вместо эквивалентов на основе нефти для пластиковых корпусов и деталей.
Библиографические ссылки
1. Костин А.А. Биопластики: перспективы в России. M: Информационно-аналитический центр RUPEC, 2Gl4. Зб с.
2. Thomas Company [Электронный ресурс]. URL: https://www.thomasnet.com (дата обращения: G9.4.2G22).
3. Jim Jem K., Tan B. The development and challenges of polylactic acid and polyglycolic acid. J Advanced Industrial and Engineering Polymer Research З, 2G2G. С 6G-7G.
© Васильев М. В., Пустовалов И. И., Сычева Е.М., 2G22
