شرکت آریا توسعه ماندگار نگین

شما اینجا هستید:
کاربرد پلیمرها در صنعت خودروسازی

کاربرد پلیمرها در صنعت خودروسازی

با پیشرفت روند سبک‌سازی خودروها، روز به روز استفاده از قطعات پلاستیکی اتومبیل در صنعت خودروسازی بیشتر و بیشتر می‌شود. کشورهای پیشرفته از پلاستیک به عنوان شاخص مهمی در طراحی و تولید قطعات اتومبیل استفاده می‌کنند. به طور مثال در سال‌های اخیر صنعت خودروی چین با تولید سالانه بیش از 4 میلیون اتومبیل، به سرعت توسعه یافته است. بیش از 500000 تن پلاستیک، از جمله پلاستیک‌های مهندسی به عنوان قسمت عمده‌ای از انواع قطعات یدکی خودرو  استفاده می‌شود.

به منظور دستیابی به اهداف  مطرح شده، خودروسازان در حال بررسی چندین رویکرد مختلف برای ساخت اتومبیل‌های سبک وزن هستند. زیرا کاهش 10 درصدی در وزن خودرو می‌تواند به بهبود 6 تا 8٪ در مصرف سوخت منجر شود. سبک سازی را می‌توان با تلفیق قطعات، جایگزینی مواد و بهینه‌سازی طراحی به دست آورد.

در این میان‌ جایگزینی مواد‌ دیگر با پلاستیک به دلیل وزن سبک‌تر، با قابلیت شکل‌دهی خوب، مقاوم در برابر خوردگی و با استحکام بالا در طراحی خودرو بیشتر شده است.. به دلیل نگرانی های زیست محیطی و اقتصادی فعلی، تولیدکنندگان اتومبیل اکنون از مواد پلاستیکی پیشرفته‌تری استفاده می‌کنند تا بتوانند وزن و مصرف سوخت محصولات خود را کاهش دهند.

مزایای استفاده از پلیمرها در صنعت خودروسازی

مزایایی که این پلاستیک‌های پیشرفته در وسایل نقلیه حمل و نقل ایجاد می‌کنند شامل:

  • ایمنی و راحتی بیشتر
  • افزایش راندمان سوخت
  • انعطاف پذیری در تلفیق اجزا
  • بهبود فرآیند طراحی
  • و کاهش وزن نهایی خودرو است.

به طور سنتی، از ترموپلاستیک‌ها و الاستومرها به عنوان مثال، پلی پروپیلن (PP)، پلی اتیلن (PE)، پلی آمید (PA) و پلی الفین ترموپلاستیک (TPO) در پنل‌های ابزار، صندلی‌ها، تسمه‌ها، واشرها، چسب‌های مهر و موم و لاستک استفاده می‌گردد. کامپوزیت‌های ترموست، مانند پلاستیک تقویت شده با الیاف کربن (CFRP) و پلاستیک تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP)، به طور فزاینده‌ای در اجزای ساختاری اتومبیل استفاده می‌شود.

اما سوالی که مطرح است این است که پلاستیک های مهندسی مورد استفاده در قطعات پلاستیکی خودرو چیست؟ هر کدام از پلیمرهای مورد استفاده در این قطعات باید چه ویژگی‌هایی داشته باشند؟

در این مقاله به بررسی استفاده از پلاستیک‌ها و مشتقات آن‌ها (به عنوان مثال، کامپوزیت ها) در  اجزای مختلف خودرو می‌پردازیم. ابتدا چند پلاستیک پرکاربرد در صنعت خودروسازی معرفی کرده و کاربرد هرکدام به شکلی مختصر توضیح خواهیم داد.

پلی‌آمیدها (PA)

انواع اصلی نایلون یا پلی آمیدها PA6 GF30 ، PA66 GF30 و PA6 وPA66 هستند که عمدتا در ساخت قطعات موتور خودرو و اجزای جانبی مورد استفاده قرار می‌گیرد. به دلیل داشتن مقاومت دمایی بالا بیشترین مواد به کار رفته در قطعات موتور از نایلون تقویت شده با فایبرگلاس است. خصوصیات اصلی نایلون با اصلاح فایبرگلاس بسیار بهبود می‌‎یابد. استحکام، دقت محصول، پایداری ابعادی و غیره از ویژگی‌های اصلی بهبود یافته این محصول است. علاوه بر این، انواع مختلفی از نایلون وجود دارد که بازیافت آن‌ها آسان است و قیمت آن‌ها نسبتا ارزان است. این عوامل باعث می‌شود که نایلون به عنوان ماده‌ای ایده‌آل برای استفاده در قطعات جانبی موتور باشد.

پوشش موتور و قطعات سیلندر که با نایلون اصلاح شده تولید می‌شوند، در مقایسه با مواد فلزی، باعث کاهش 30 درصدی هزینه‌ها می‌شود. علاوه بر قطعات موتور، برای سایر قطعات مکانیکی خودرو نیز مانند فیلتر روغن، برف پاک‌کن، مشبک رادیاتور و … می‌توان از پلی‌آمیدها استفاده کرد.

کاربرد پلیمرها در صنعت خودروسازی

پلی بوتیلن ترفتالات (PBT)

پلی بوتلین ترفتالات یا به طور مختصر PBT، به طور گسترده‌ای در ساخت ضربه‌گیر اتومبیل، قطعات کاربراتور، گل‌گیر، صفحه پایه شمع، قطعات سیستم سوخت‌رسانی، پانل ابزار، محفظه احتراق خودکار، گاز و قطعات خودرو مانند پدال کلاچ استفاده می‌شود.

مصارف PBT و PA ،PC و POM پیشرفته در صنعت خودروسازی بسیار رقابتی هستند. جذب آب PA بالاست و مقاومت PC در برابر حرارت کمتر از PBT است. از طرفی PBT به دلیل مقاومت بیشتر در برابر جذب آب، به تدریج جایگزین PA خواهد شد. در صورت رطوبت نسبی زیاد، ایجاد خوردگی بیشتر می‌شود به همین دلیل از PBT اصلاح شده اغلب استفاده می‌شود. در حالتی که رطوبت کمتر از  80 ℃، تا 90٪  باشد، PBT، هنوز هم می‌تواند مورد استفاده گیرد، و عملکرد آن بسیار خوب است.

پلی‌ استال (POM)

POM نوعی ماده ترموپلاستیک است که با ویژگی‌هایی همچون پایداری ابعادی عالی، مقاومت در برابر خزش، مقاومت در برابر حرارت بالا و خواص الکتریکی و دی الکتریک خوب شناخته می‌شود. به دلیل پایداری ابعادی عالی، پلی‌استال در قطعاتی که به دقت زیاد نیاز دارند استفاده می‌شود. کاربرد POM شامل استفاده در ساخت اجزایی همچون چرخ دنده‌ها و سیستم‌های سوخت است.

صنعت خودرو بزرگترین بازار بالقوه برای مواد POM است. هوستافوم دارای سختی بالا، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر مواد شیمیایی و غیره است. این ماده برای ساخت پمپ اتومبیل خودرو، قطعات کاربراتور، خط لوله، شیر قدرت، بلبرینگ، میل لنگ، دستگیره‌ها، داشبورد، پنجره اتومبیل، دسته بالابر، سوئیچ الکتریکی، سگک و … به ویژه قطعاتی مانند بلوک‌های کشویی، به کار  می‌رود. این قطعات کوچک از سایش فلز جلوگیری کرده و مصرف روغن را کاهش می‌دهد و باعث افزایش عمر مفید قطعات می‌شود.

چرخ دنده‌های ساخته شده از پلی‌ استال(POM)

پلی کربنات (PC)

پلی کربنات ویژگی‌های عالی حرارتی، الکتریکی، ضربه‌ای و نوری را ارائه می‌دهد. به دلیل مقاومت ضربه‌ای باورنکردنی، یکی از بهترین گزینه‌ها برای لنزهای چراغ‌های جلو، سپرها، کلاه ایمنی و شیشه های ضد گلوله است.

پلی‌کربنات اصلاح شده به دلیل مقاومت در برابر حرارت عالی، مقاومت در برابر ضربه، سختی و پردازش خوب، عمدتا در قطعات بیرونی و در دکوراسیون داخلی خودرو، اطراف اجزای داشبورد، صفحه محافظت در برابر یخ، دستگیره ها و… استفاده می‌شود. غلاف ستون، صفحه تزئینی، لوازم جانبی سیستم تهویه، قطعات لامپ نیز از دیگر قطعاتی هستند که در صنعت خودروسازی از پلی کربنات تشکیل شده‌اند.

کاربرد پلیمرها در صنعت خودروسازی

پلی‌کربنات اصلاح شده

پلی وینیل کلرید (PVC)

پلی وینیل کلراید، که بیشتر به عنوان PVC شناخته می شود، یک پلاستیک بازدارنده شعله است که می‌تواند به صورت اجزای انعطاف‌پذیر یا سفت و سخت تشکیل شود. پی‌وی‌سی یکی دیگر از پلاستیک‌های رایج است که به لطف شکل‌پذیری و ظرافت در خودروها مورد استفاده قرار می‌گیرد. اغلب پی‌وی‌سی در ساخت داشبورد و قطعات بدنه خودرو استفاده می‌شود. PVC به  انعطاف‌پذیری بالایی دارد، از ثبات حرارتی زیادی برخوردار است، ضد شعله است و دارای مقدار سرب بسیار کمی است.

این ماده می‌تواند به صورت تزریق، قالب‌گیری فشاری یا قالب‌گیری با دمش ساخته شود و بسته به نوع و مقدار روان‌کننده‌های آن می‌توان موارد مصرف متفاوتی داشته باشد. تعداد زیادی از محصولات پلاستیکی صلب یا انعطاف‌پذیر می‌توانند با استفاده از PVC تولید شوند. این ماده در ساخت قطعات درب اتومبیل، کابل‌های الکتریکی، و پانل‌های ابزار استفاده می‌شود.

پلی پروپیلن (PP)

پلی پروپیلن یک پلیمر اشباع شده است که از مونومر، پروپیلن ایجاد می‌شود. پلی پروپیلن بیشترین پلاستیک استفاده شده در قطعات خودرو  ماست. از آنجا که PP یک پلیمر ترموپلاستیک است، می‌توان آن را به راحتی به هر شکلی درآورد. همچنین این ماده از مقاومت شیمیایی و حرارتی بسیار خوبی برخوردار است و به طور کلی در برابر ضربه مقاوم است.

با توجه به ویژگی‌های این ماده، آن را در سپر اتومبیل، سطل‌های گاز و حتی الیاف فرش کف داخلی اتومبیل خود پیدا خواهید کرد. این ماده جایگزینی اقتصادی‌تر برای پلاستیک‌های گران قیمت با مقاومت و دوام مشابه است که به کاهش هزینه‌های تولید کمک می‌کند. یکی از مزایای عمده پلی پروپیلن این است که در برابر اسیدها، بازها و حلال‌های شیمیایی مقاومت خوبی دارد. از این ماده می‌توان در محفظه‌های گاز، الیاف مورد استفاه، ضربه گیرها مانند سپر، عایق کابل و مخازن شیمیایی استفاده کرد.

ABS

ABS به دلیل هزینه تولید پایین و سهولت ساخت توسط تولیدکنندگان پلاستیک از محبوبیت بالایی برخوردار است. ABS از این جهت که محصول نهایی با جلای زیبایی را به دست می‌دهد، بسیار شبیه PVC است. روکش‌ها و داشبورد‌های فرمان اغلب از پلاستیک ABS ساخته می‌شوند. همچنین برای کاربردهای سنگین بسیار مناسب است، بنابراین می‌توان از آن برای ساخت قطعات بدنه خودرو نیز استفاده کرد. پلاستیک مورد استفاده در اتومبیل‌ها، مانند ABS، به بدنه خودرو کمک می‌کند تا در هنگام ضربه، انرژی را جذب و توزیع کند و مسافران را در امان نگه دارد این ماده توسط پلیمریزاسیون استایرن و اکریلونیتریل ساخته می‌شود.

علاوه بر این، استایرن به پلاستیک یک سطح براق و غیر قابل نفوذ می‌دهد. عملکرد فوق‌العاده در گستره دمایی زیاد، ویژگی‌های عایق‌بندی عالی و رنگ و چسب‌پذیری آسان آن از ویژگی‌های مهم این محصول است. به طور کلی از این ماده می‌توان در ساخت داشبورد، روکش چرخ‌ها و قطعات بدنه خودرو استفاده کرد.

پلی استایرن (PS)

پلی استایرن مقاومت الکتریکی و شیمیایی خارق العاده‌ای از خود نشان می‌دهد. ساخت آن آسان است، در صورت حرارت دادن بیش از دمای انتقال شیشه، بسیار کشسان است و نرم می‌شود. برخی از خصوصیات مکانیکی آن شامل استحکام، کشیدگی، مقاومت در برابر ضربه، مدول بالای آن است. از پلی استایرن (جامد و فوم) برای ساخت بسیاری از قطعات خودرو همچون اتصالات اتومبیل، پایه نمایشگر و دکمه‌ها، دستگیره‌ها، پنل‌های ابزار پنل‌های جاذب انرژی و فوم‌های جذب کننده صدا استفاده می‌شود. همچنین فوم پلی استایرن به طور گسترده‌ای در صندلی‌های محافظ کودک استفاده می‌شود.

پلی اتیلن (PE)

پلی اتیلن از مقاومت بالایی در برابر ضربه، چگالی کم و استحکام کششی بالایی برخوردار است. پلی‌اتیلن بسیار مقرون به صرفه است، در برابر رطوبت مقاوم است و بسیاری از روش‌های شکل‌دهی به راحتی بر روی آن انجام می‌شود. کاربردهای آن را می‌توان در عایق‌های الکتریکی و فیلم‌ها جست و جو کرد.

پلاستیک‌های با کارایی بالا به دلیل مزایای باورنکردنی که ارائه می دهند همچنان در صنعت خودرو نقش حیاتی دارند. اگر در صنعت خودرو هستید، مطالعه خواص و کابردهای آن‌ها بستر مناسبی برای شماست زیرا کار را برای تجارت شما بسیار آسان تر خواهد کرد.

نتیجه گیری:

صنعت اتومبیل سازی امروز با تقاضاهای جدی‌تری برای کاهش مصرف سوخت و انتشار گازهای خروجی مواجه است. طراحی سبک و افزایش استفاده از قطعات پلاستیکی پیشرفته برای نسل بعدی اتومبیل های منطبق با قوانین جدید بسیار مهم خواهد بود. مهندسان و تولیدکنندگانی که اجزای مبتنی بر پلیمر را برای خودروها تولید می کنند تحت فشار هستند تا زمان توسعه را کاهش دهند و فرایندهای تولید را برای کیفیت و دوام اقتصادی بیشتر بهینه کنند.

ابزارهای انتخابی انتخاب پلیمرها به کمک رایانه در ترکیب با شبیه سازی ریاضی برای هر دو خصوصیت مواد و فرایندهای تولید به کار می‌رود و در یافتن راه حل‌های نوآورانه و اقتصادی هنگام طراحی کاربردهای پلیمری برای اتومبیل‌های مدرن کمک اساسی می‌کنند.

مطالعه خواص مواد اولیه پلیمری مورد استفاده در صنایع خودروسازی و آشنایی با کاربردهای هر کدام از این مواد در قطعات خودرو به منظور حفظ کیفیت و یا بهبود خواص می‌تواند انجام می‌شود. برای هر قطعه مورد استفاده در یک مجموعه سیستمی خواصی وجود دارد که نقص در آن باعث افت کیفیت کل سیستم و یا ایجاد ناکارآمدی آن خواهد شد. مطالعه خواص هر پلیمر می‌تواند در جهت تحقیق و توسعه صنعت اتومبیل سازی به گرفته شود.


منابع:

https://ieeexplore.ieee.org/document/8505754

https://www.hanserpublications.com/Products/184-plastics-in-automotive-engineering.aspx

 

برای کسب اطلاعات و آشنایی بیشتر با خواص محصولات مطرح شده اینجا را ببینید.