titZo štúdie „Automotive Plastics market“ [1] bolo odhadnuté, že každých 10 percent zníženia hmotnosti vozidla má za následok zníženie spotreby paliva o päť až sedem percent. V súčasnosti je podmienkou rešpektovať ekonomické a najmä ekologické opatrenia pri výrobe automobilov. [1]
Globálny trh, čo sa týka používania plastov v automobilovom priemysle, vzrástol v roku 2015 o osem kiloton. To znamená, že aplikačné možnosti použitia plastov v automobilovom priemysle sú momentálne na najlepšej ceste.

* * * * *
Výhody vysoko odolných plastov v automotive:
• minimálna korózia a tým predlžovanie životnosti vozidla,
• podstatná konštrukčná voľnosť pri projektovaní, čo umožňuje zvýšenie miery tvorivosti a inovácií,
• flexibilita pre integráciu komponentov,
• bezpečnosť, pohodlie a ekonomická stránka,
• recyklovateľnosť a zhodnocovanie materiálov z plastov [2].
* * * * *

Okrem už vyššie spomenutých výhod ich použitia, existuje akási „nadradenosť“ materiálov z plastov, už pri samotnom dizajne. Plasty sa totiž vyznačujú lepšou odolnosťou proti poveternostným vplyvom a výhodou je aj ich všestrannosť v aplikáciách. Európska komisia prijala už v roku 2012 prísne vládne nariadenia, týkajúce sa zníženia emisií pre vozidlá [2], [3]. To núti výrobcov k prechodu na používanie ľahkých plastov ako náhrady za kovy, ako sú hliník a oceľ. Priemerné auto sa skladá z plastov v rozmedzí od 5,8 % do 10 % jeho celkovej hmotnosti, a to v závislosti od výkonnostných požiadaviek a noriem palivovej účinnosti, ako aj so spotrebou vozidlových komponentov. Všeobecne povedané, na jedno auto pripadá zhruba 105 kg plastov.

tab1
Tab.1: Materiálové zloženie automobilov

 

Vysoké percento použitia plastových materiálov (prípadne komponentov) sa v budúcnosti očakáva aj vzhľadom na rastúce požiadavky od spotrebiteľov, kde dôležitú úlohu hrá znižovanie hmotnosti, nízka spotreba a, naopak, vysoký výkon vozidiel [3], [4].
Okrem zníženia celkovej hmotnosti automobilu sa materiály z plastov – z plastových kompozitov, používajú na zlepšenie estetiky, zníženie hluku a vibrácií a lepšiu izoláciu automobilu.

obr1
Obr. 1: Použitie plastov v automobilovom priemysle

 

Plasty a ich aplikácia v automobiloch
Najviac používané druhy plastov v automobilovom priemysle tvoria približne 66 % z celkového počtu vysoko pevnostných plastov.
Charakteristika najpoužívanejších plastov v automobilovom priemysle [2], [4]

• Polypropylén (PP)
Polypropylén je termoplastický polymér používaný v širokej škále aplikácií. Nasýtený adičný polymér je vyrobený z monomérov propylénu, je odolný proti mnohým chemickým rozpúšťadlám a kyselinám. Použitie: automobilové nárazníky, chemické nádrže, izolácia káblov, nádrže plynu, koberce.

• Polyuretán (PUR)
Polyuretán je elastomérový materiál mimoriadnych fyzikálnych vlastností, vrátane húževnatosti, pružnosti a odolnosti proti oderu a teplote. Polyuretán má široký rozsah tvrdosti (od mäkkých gúm až po tvrdosť bowlingovej gule). Polyuretán sa vyznačuje extrémne vysokou životnosťou, vysokou nosnosťou a vynikajúcou odolnosťou voči poveternostným vplyvom, ozónu, UV žiareniu, odolnosťou proti olejom, benzínu a väčšine rozpúšťadiel.
Použitie: pružné peny v rámci aplikácií do sedadiel, penové izolačné panely, automobilové závesy, puzdrá, vankúše, chrániče elektrických káblov a na tvrdé plastové diely.

• Poly(vinyl)chlorid (PVC)
PVC má dobrú pružnosť, spomaľuje horenie, má dobrú tepelnú stabilitu a vysoký lesk. Polyvinylchloridové materiály môžu byť vytláčané, vstrekované, lisované a umožňujú tak tvoriť obrovské množstvo produktov, či už pevných alebo pružných podľa množstva a typu použitých zmäkčovadiel. Použitie: automobilové nástrojové panely, opláštenie elektrických káblov, potrubí, dverí.

• Akrylonitrilbutadienstyrén (ABS)
Je kopolymér pripravený polymerizáciou styrénu a akrylonitrilu za prítomnosti polybutadiénu. Styrén dáva plastom lesklý a nepriepustný povrch. Materiály vyrobené z ABS zlepšujú odolnosť proti nárazom, húževnatosť a tepelnú odolnosť. Použitie: konštrukčné časti automobilu, palubné dosky, kryty kolies.

• Polyamid (PA, Nylon 6/6, Nylon 6)
Nylon 6/6 je univerzálny nylon, má dobré mechanické vlastnosti a odolnosť proti opotrebovaniu. Často sa používa, keď je požadovaná nízka cena, vysoká mechanická pevnosť. Je tuhý a stabilný materiál. Nylon je vo vode a za zvýšenej vlhkosti vysoko absorpčný. Použitie: ozubené kolesá, vačky, ložiská, nátery proti vplyvom počasia.

• Polystyrén (PS)
Vykazuje vynikajúcu chemickú odolnosť a elektrický odpor. Technológie spracovania sú jednoduché. Materiály vyrobené z PS majú zlú odolnosť voči UV žiareniu. Použitie: kryty zariadení, tlačidlá, displej na palubnej doske.

• Polyetylén (PE)
Polyetylén má vysokú odolnosť proti nárazu, nízku hustotu a vykazuje dobrú húževnatosť. Môže byť použitý v celom rade metód spracovania termoplastov a zvlášť je užitočný tam, kde sa požaduje od materiálu odolnosť proti vlhkosti ale s nízkymi nákladmi. Použitie: karoséria (s použitým skleného vlákna), elektrická izolácia.

• Polyoxymetylén (POM)
POM má vynikajúcu tuhosť, pevnosť a medzu sklzu. Tieto vlastnosti sú konštantné aj pri nízkych teplotách. POM je tiež vysoko odolný proti chemickým rozpúšťadlám a palivu. Použitie: interiérové a exteriérové lišty, palivové systémy.

• Polykarbonát (PC)
Amorfný polykarbonátový polymér sa vyznačuje jedinečnou kombináciou tuhosti, tvrdosti a húževnatosti. Vykazuje vynikajúcu odolnosť proti zvetrávaniu, tečeniu. Má vynikajúce optické, elektrické a tepelné vlastnosti. Vzhľadom k svojej mimoriadnej sile nárazu, je materiál vhodný pre automobilové nárazníky. Použitie: nárazníky, svetlomety, kryty svietidiel.

• Polymetylmetakrylát (PMMA)
Je transparentný termoplast, často používaný ako alternatíva ku sklu. Z hľadiska ceny, je lacnejší ako PC, ale je aj náchylnejší k poškriabaniu a rozbitiu. Použitie: okná, displeje, obrazovky.

• Polybutyléntereftalát (PBT)
Termoplast PBT sa používa ako izolačný materiál. Je vysoko chemický a tepelne odolný.
Použitie: dverové kľučky, nárazníky, súčasti karburátora.

• Polyetylén tereftalát (PET)
PET je väčšinou používaný na výrobu ramien stierača a prevodových skríň, držiakov svetlometov kryt motora, kryty konektorov.

• Akrylonitril styrén akrylát (ASA)
Podobne ako u ABS aj ASA má veľkú húževnatosť a tuhosť, dobrú chemickú odolnosť a tepelnú stabilitu, výnimočnú odolnosť voči poveternostným vplyvom, starnutiu a žltnutie a vysokým leskom. Použitie: profily, interiérové diely a vonkajšie obloženie – lišty.

• Polyvinyl butyral (PVB)
Výroba a použiteľnosť tohto druhu termoplastu bola popísaná už v predchádzajúcich kapitolách. Vyznačuje sa použitím na výrobu PVB fólií. Ďalej sa PVB živice používajú na výrobu náterov, štruktúrnych lepidiel, farieb suchých tonerov a ako spojivo pri výrobe kompozitných materiálov. PVB fólia má rad vynikajúcich vlastností, ktorými sú vysoká pevnosť v ťahu, odolnosť proti nárazu, transparentnosť a pružnosť, ktorá je obzvlášť užitočná pri výrobe bezpečnostného čelného skla.

obr2

Dôvody použitia plastov v automobilovom priemysle
Súčasná veda a výskum celosvetovo investuje množstvo finančných prostriedkov do vývoja a výroby nových materiálov, aplikovateľných práve v oblasti automobilového priemyslu. Neustálym zdokonaľovaním a vyvíjaním nových technológií a materiálov sa práve automobil stal lídrom na trhu. Automobilový priemysel, to nie je iba „výroba automobilu“, je to komplexný odbor, ktorý ovplyvňuje strojársku, elektrotechnickú a chemickú výrobu, resp. priemysel. Je preto nutné sa na to pozerať z viacerých odvetví, ktoré jedno druhé dopĺňa a navzájom sa nevylučuje. [4] Dynamický rozvoj, stále nové požiadavky od zákazníkov a hlavne schopnosť udržať sa na trhu, predstavuje súbor požiadaviek a schopností každej zúčastnenej strany. To znamená neustála interakcia „výskum (vývoj) – výroba – zákazník“.
V poslednej dobe sa požiadavky automobilového priemyslu sa výrazne zmenili.

* * * * *
Najdôležitejšie faktory ovplyvňujúce vývoj a návrh automobilu:
• náklady,
• výsledná spotreba,
• recyklovateľnosť,
• emisie škodlivín [4], [5].
* * * * *

Práve posledné dva faktory boli pred 15 rokmi v úzadí. Vplyvom rozširovania hraníc Európskej únie sa docielilo sprísnenie noriem, ktoré sa týkajú použiteľnosti materiálov pri výrobe, ich environmentálny vplyv a celkový vplyv na životné prostredie. [5]
Súčasnosť je v oblasti automobilového priemyslu jasná, vo veľkej miere sa kovové časti automobilu nahrádzajú plastmi.
Výskum a vývoj nových – progresívnych materiálov, alebo investovanie do zlepšovania existujúcich materiálov (a tým zvyšovanie konkurencieschopnosti na trhu) je pre automobilový priemysel kľúčový, z pohľadu:
• dizajnu,
• výkonu,
• spotreby paliva,
• odolnosti proti korózii,
• nízkych prevádzkových nákladov,
• sprísnenia ekologických noriem,
• bezpečnosti pri náraze (osôb a automobilu) a pod.
Práve vyššie spomenuté faktory priamo aj nepriamo nútia výrobcov automobilov využívať nové, progresívne materiály. Tieto sa vyznačujú vyššou pevnosťou vzhľadom k ich hmotnosti a hlavne lepšou kombinovateľnosťou ich mechanických vlastností.

tab2
Tab. 2: Najčastejšie používané druhy plastov

 

Aplikácia plastov a kompozitných materiálov na báze plastov majú v dnešnej dobe veľký význam, z pohľadu použiteľnosti, náhrady pôvodných materiálov, znižovania celkovej hmotnosti automobilu a hlavne ceny.

tab3
Tab. 3: Prehľad plastov používaných na výrobu konkrétnych komponentov v automobile


Materiály z plastov vykazujú širokú škálu rôznych žiaducich vlastností. Všeobecne platí, že plasty sú v porovnaní s oceľou ľahšie približne 7 krát, a v porovnaní s meďou a jej zliatinami viac ako 9 krát. Súbor vlastností a schopnosti použiť plasty v automobilom priemysle, dáva trh túto komoditu na pozíciu preferovaného materiálu v širokej škále komerčného použitia. [4]

TEXT/FOTO: Ing. Lucia Knapčíková, PhD., a kol. Technická univerzita v Košiciach, Fakulta výrobných technológií so sídlom v Prešove

Ďalší spoluautori: Ing. Darina Dupláková, Ing. Svetlana Radchenko, doc. Ing. Michal Hatala, Ph.D.

Príspevok lektoroval: Ing. Petr Trávníček, Ph.D., Mendelova univerzita v Brne

Použitá literarúra
[1] Transparency market research [online], Citované [10.08.2016]. Dostupné na: http://www.transparencymarketresearch.com/polyvinyl-butyral-films-sheets.html.
[2] Plastics in the automotive industry [online] Citované [09.12. 2016]. Dostupné na: https://www.plasteurope.com/news/PLASTICS_IN_THE_AUTOMOTIVE_INDUSTRY_t21198/
[3] The use of risk assessment in environmental management, Citované [30.11.2016]. Dostupné na: http://www.eea.europa.eu/publications/GH-07-97-595-EN-C2/chapter2h.html.
[4] Progresívne vyvíjané polymérne kompozity v automotive [online] Citované [01.12.2016]. Dostupné na: http://www.zapsr.sk/progresivne-vyvijane-polymerne-kompozity-v-automotive/.