پلاستیک در صنایع مختلف-صنعت خودرو

نقش پلاستیک در بازار امروزه اتومبیل

هدف این مقاله، ارائه یک بررسی اجمالی درباره پلیمرهایی است که در حال حاضر در صنعت اتومبیل مورد استفاده قرار می گیرند. قسمت اولیه این مقاله تاریخچه کوتاهی از صنعت اتومبیل از دیدگاه پلاستیکی ارائه می‌دهد، در قسمت بعد نیز لیستی از متریالی که در صنعت خودرو جایگزین فلزات شده اند و برتری های آن ها شرح داده  شده است.

صنعت اتومبیل در آستانه یک انقلاب است و صنعت پلاستیک  نقش بسیار مهمی را در پیشبرد آن ایفا می کند. انقلاب پلاستیک حقیقی در صنعت اتومبیل در سال 1950 همزمان با استفاده از ترموپلاستیک‌ها و با ABS آغاز شد. توسعه مداوم پلیمر های پیشرفته با عملکرد بالا مصرف آن ها را به طور چشم گیری افزایش داده است. اصالتًا پلاستیک‌ها بدلیل خواص مکانیکی بالا، ظاهر مطلوب و امکان رنگ دهی به صنایع مختلف ورود کردند. امروزه، استفاده از پلاستیک در ماشین ها به طور عمده برای بهره‌ وری بالاتر خودروها به وسیله کاهش وزن آن‌ها مورد استفاده قرارمی گیرد که موجب افزایش دوام، مقاومت در برابر خوردگی، سختی، انعطاف پذیری در طراحی، خاصیت ارتجاعی، عملکرد بالا و کاهش هزینه در صنعت خودروسازی است.

در هر اتومبیل بطور متوسط نزدیک به 150 کیلوگرم پلاستیک و کامپوزیت های پلاستیک و در مقابل 1163 کیلوگرم آهن و استیل استفاده می شود و استفاده از پلاستیک ها در ساختار ماشین همواره رو به رشد است. نمودار زیر روند افزایشی استفاده از پلاستیک در اتومبیل را نشان می‌دهد.

صنعت خودرو سازی از کامپوزیت های پلیمر مهندسی شده و پلاستیک، به عنوان دومین متریال کلاس خودرویی بیشترین استفاده را بعد از فلزات و آهن دارند.

 طی رشد عظیم قطعات پلاستیکی در صنعت خودروسازی ، مزایای استفاده از پلاستیک نیز تغییر کرده است. هزینه های نصب به علت قابلیت تولید پلاستیک بصورت قطعات با هندسه پیچیده مقرون به صرفه شده است. اغلب قطعات پلاستیکی جایگزین چندین قطعه با مواد تشکیل دهنده متفاوت شده‌اند، که اتصالات یکپارچه و مونتاژ آسان را فراهم می کند. انواع مختلفی از پلیمر در بیش از هزاران قطعه با ابعاد و اشکال مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. با بررسی سطحی هر ماشین می‌توان دریافت که پلاستیک در ساخت فضای داخلی و بیرونی آن مانند سپرها، درها، حفاظ های ایمنی، پنجره ها، چراغ ها و آیینه بغل، و دستگیره ها نقش اساسی را ایفا کرده است.

 با اینکه در یک ماشین 13 نوع پلیمر مختلف استفاده می‌شود، ولی 3 پلیمر حدود 66 درصد از ساخت اجزای پلاستیکی خودرو را شامل می شوند: Polyurethane(17%) ، Polypropylene(32%)  و PVC(16%).

 PP – Polypropylene که مقاومت شیمیایی بسیار بالایی دارد و تقریبا به طور کامل از نفوذ آب مصون است. رنگ مشکی بهترین مقاومت را نسبت به اشعه فرابنفش دارد و استفاده از آن در صنعت ساخت و ساز رو به افزایش است. که یکی از مصارف آن استفده در سپر خودرو است.

PUR – Polyurethane که بصورت گسترده در فوم های ارتجاعی و انعطاف پذیر صندلی‌ها، پنل های سخت برای عایق، واشر و بست فوم میکرو سلولی، چرخ ها و تایرها، بوش های سیستم تعلیق خودرو، قطعات پلاستیکی سخت و کوسن ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

PVC – Poly-vinyl-chloride دارای مقاومت بالا نسبت به خورندگی مواد شیمیایی و حلال ها می‌باشند. Vinyl موجود در آن باعث استحکام کششی خوب و برخی از گریدهای آن انعطاف پذیر می‌باشد. متریال آن بصورت رنگی و بی‌رنگ موجود است که در پنل های برقی خودرو، روکش های سیم‌های برقی، لوله‌ها و درها استفاده می‌گردد.

ABS – acrylonitrile – butadiene – styrene یک ترموپلاستیک با دوام که به آب و هوا و برخی از مواد شیمیایی مقاوم است. یک پلاستیک با درجه سختی بالا که مشخصه هایی همانند لاستیک و خاصیت مقاومت در برابر ضربه را دارد. از مصارف کاربردی آن می‌توان به داشبورد خودرو و کاورها اشاره کرد.

PA –  polyamide به نام نایلون 6.6 و نایلون 6 شناخته شده است. هردو این نایلون ها مقاومت های بالایی در برابر سایش دارند، و دارای مشخصه هایی مانند اصطکاک پایین و مقاومت شیمیایی بالا هستند. آن ها همچنین قابلیت جذب راحت آب را دارا هستند و قطعات در شرایط مرطوب و نمناک منبسط می شوند که این امر مانع استفاده از آن ها در مصارفی که دقت بالای ابعادی نیاز دارد، می‌شود. موارد استفاده : چرخ دنده ها، بوش ها، دندانه ها، بورینگ ها، روکش های مقاوم نسبت به آب و هوا و… .

PS –  polystyrene پلیمری محبوب که تولید آن بسیار سهل است ولی در برابر اشعه ماوراء بنفش ضعیف می‌باشد. موارد استفاده از آن در سرپیچ‌ها، دکمه‌ها، اتصالات خودرو و  پایه‌ی صفحه نمایش.

PE –  polyethylene مقاومت شیمیایی بالایی دارد. پلی اتیلن با چگالی کم یا (LDPE) و پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) وجود دارد. از موارد استفاده آن می توان به شیشه های تقویت شده برای بدنه ماشین ها، عایق الکتریکی، بسته بندی و مواردی که مقاومت و زیبایی از اهمیت بالا برخوردارند اشاره کرد.

POM –   Polyoxymethylene یا شناخته شده به نام Polyacetal  یا  Polyformaldehyde از سختی و بازده بالایی برخوردار است که در دمای پایین نیز پایدار است. مقاومت بسیار خوبی در برابر تماس با سوخت و مواد شیمیایی دارد. موارد استفاده: تزیینات خارجی و داخلی ماشین، سیستم سوخت رسانی، چرخ دنده‌های کوچک.

PC – polycarbonate  مقاومت بالایی در برابر تغییر فصل و اشعه ماوراء بنفش دارد، همراه با میزان شفافیت بالای تقریبا به خوبی اکرلیک ها. موارد استفاده آن عبارتند از: شیشه های محافظتی، سپرها ، عینک ها، لنزها و لنز های چراغ ها.

PMMA – اکریلیک از شیشه شفاف تر است، استحکام کششی بالایی دارد (نوع ضد خرد شدن آن نیز موجود است) و نسبت به اشعه فرا بنفش و تغییرات آب و هوا مقاوم است، کیفیت اپتیکال بالا وکیفیت سطح بالا همراه با رنج رنگی بالا می باشد. موارد استفاده از آن عبارتند از: پنجره و صفحه‌ی نمایش.

PBT – polybutylene terephthalate مقاومت بالایی نسبت به مواد شیمیایی دارد و از خواص الکتریکی خوبی برخوردار است، مواد سفت و سختی که قابلیت جذب آب دارد، مقاومت بالا نسبت به استرس دینامیکی، پایستگی ابعادی وحرارتی، سادگی در تولید – کریستالیزه شدن سریع و خنک شدن سریع. از موارد استفاده آن عبارتند از قاب ها و غلاف‌های چراغ های مه شکن، قطعات رویی سان روف ،غلاف سیستم قفل، دستگیره های در، سپر و قطعات کاربراتور.

PET – Polyethylene terephthalate  شرایطی مشابه با PBT دارد، پایداری حرارتی خوب، خواص الکتریکی بالا، جذب آب بسیار پایین، کیفیت سطح بسیار بالا. موارد استفاده: دسته و غلاف چرخ دنده برف پاک کن، نگهدارنده چراغ، کاور موتور، غلاف‌های اتصالات.

ASA – متریال acrylonitrile styrene acrylate سختی بالا، مقاومت زیاد نسبت به مواد شیمیایی و پایداری حرارتی، مقاومت بی‌نظیر نسبت به آب و هوا، و براق بودن از خصوصیات اصلی آن است. موارد استفاده:  غلاف ها، نماها، و قطعات داخلی و خارجی.

در طراحی خودرو، پلاستیک کمک زیادی در اختراعات متعدد در زمینه امنیت، کارایی و مصرف بهینه سوخت داشته است، اما مستلزم تحقیق و ارتقا دائمی می‌باشد. متخصصان برجسته بر این نظر هستند که آسان‌ترین و کم هزینه ترین راه برای کاهش مصرف انرژی و آلودگی ماشین آلات، کاهش وزن ماشین است. تخمین زده شده است که، هر 10% کاهش وزن ماشین، 5% تا 7% در کاهش مصرف سوخت موثر می‌باشد. در نتیجه به ازای هر کیلو‌گرم کاهش وزن ماشین، پتانسیل کاهش انتشار کربن دی اکسید تا 20 کیلوگرم به وجود خواهد آمد. به کارگیری متریال‌های سبک در خودرو واجب و نیاز مشترک ما می باشد.

فعالیت‌ها و اولویت‌های تکنولوژی

صنعت پلاستیک تقش مهمی در حمایت از صنعت خودرو سازی دارد. مهندسان خودرو در تلاشند تا با بکارگیری پلاستیک  سیستم های دیگر خودرو را بهینه سازی کنند.  یکپارچه سازی قطعات تزریق و قطعات بادی برای ارائه محصول بهتر بدون نیاز به مونتاژ، هزینه های بالای استفاده از فلزات را حذف کرده است. پلاستیک ها در حال راه پیدا کردن  در طراحی‌های ساختاری خودرو می‌باشند ( یکی از سخت ترین مشکلات طراحی ماشین که تانک سوخت آن بود به لطف پلاستیک حل شد).

چهار حوزه با اهمیت بالا در زمینه تحقیق و توسعه پلاستیک وجود دارد که عبارتند از:

• فضای داخلی
• بدنه و فضای خارجی
• شاسی و انتقال قدرت
• سبک سازی

فضای داخلی – پلاستیک ها در ساختار داخلی خودرو به منظور افزایش زیبایی، فضا و ایمنی مورد استفاده قرار می گیرند.

برای ساخت اکثر اجزای داخلی خودرو همچون کنسول، کمربند، تزیینات بغل، آینه ها، زیر پایی، صندلی ها و … از پلاستیک استفاده می شود. قابلیت شکل گیری پلاستیک ها، طراحی فضای داخلی را روز به روز چشمگیر تر و مطلوب تر کرده است.

بدنه و فضای خارجی– از سپر تا پنل های بدنه،  شیشه های ایمنی تا دوربین دنده عقب و فعالیت های تحقیقاتی باید تکنولوژی‌های مدیریت انرژی را در بر بگیرد تا علاوه بر افزایش مقاومت درعایق بندی،  مانع له شدن سقف و کاهش وزن بدنه شده و  در عین حال تاثیری بر کارایی نیز نداشته باشد.

شاسی و انتقال قدرت – تحقیقات در این زمینه بر روی قطعاتی  که تولید کننده و انتقال دهنده قدرت مثل شاسی اصلی و قطعات متحرک متمرکز است، می باشد. اولویت های تحقیق و توسعه شامل کسب پیشرفت‌های چشم‌گیر در مهندسی و قابلیت‌های تحقیق در زمینه طراحی پلاستیک، پیدا کردن راه‌های جدید برای بهینه سازی ایمنی و  مصرف سوخت، گسترده کردن قابلیت مدل سازی پیش بینی شده برای مواد کامپوزیت و توسعه مولفه های جدیدی که برای ماشین های جایگزین آینده و گزینه های انتقال قدرت مورد نیاز است، می باشد.

سبک سازی – به طور مثال رینگ جدید فوق سبکی که در سال های اخیر به بازار عرضه گردیده، از مواد پلاستیکی ساخته شده است. همچنین افزایش بکارگیری از مواد PP به جای فلزات نیز تاثیر چشمگیری در کاهش وزن خودرو داشته است. گذار از مواد مرسوم و مورد استفاده فعلی به مواد سبک وزن مستلزم فعالیت‌های تحقیقاتی زیادی است که ارزش کلی پلاستیک در خودرو را افزایش می دهد. پایین آوردن مرکز ثقل ماشین، بهبود سیستم عملکرد و جلوگیری از تصادفات جانی، بهبود امنیت عابرین پیاده مثال هایی از کاربرد مثبت استفاده از پلاستیک ها است.

تحقیق و توسعه در زمینه پلاستیک و پیدا کردن متریال های جدید دائما در جریان است. pp سبک شده، ترموپلاستیک های مخلوط شده، پلاستیک های قابل جذب در طبیعت نمونه هایی از رشد نوآوری‌های پیوسته در صنعت پلاستیک می‌باشند. هدف اصلی تمام تامین کنندگان پلاستیک تولید راحت ترو ارزان، خواص بهتر و حفظ محیط زیست است.