Obecnie każde, nowe auto wyjeżdżające z salonu posiada od 40 do nawet 100 kg elementów wyprodukowanych z tworzyw sztucznych. Historia wykorzystania polimerów w motoryzacji sięga początków XX wieku i jest ściśle związana z tzw. rewolucją plastikową. Już w 1941 roku Henry Ford zaproponował pierwszy samochód z nadwoziem wykonanym z kompozytu na bazie żywicy fenolowej i włókien konopii. Niedługo po wojnie na rynku zaczęły pojawiać się pierwsze pojazdy z deskami rozdzielczymi i panelami wykonanymi z polichlorkiem winylu {PVC), a kilkadziesiąt lat później uruchomiono masową produkcję. Dziś tworzywa sztuczne są cenione w motoryzacji za swoją lekkość, wytrzymałość i łatwą formowalność. Jakie materiały cieszą się największą popularnością? Co się z nich wytwarza? Odpowiadamy!
Dlaczego tworzywa sztuczne odgrywają istotną rolę w motoryzacji?
Zastosowanie tworzyw sztucznych w motoryzacji zrewolucjonizowało zarówno projektowanie, jak i produkcję samochodów. Obecnie to właśnie z nich wytwarza się lekkie komponenty dla aut osobowych i motocykli, a także maszyn rolniczych czy pojazdów specjalnych, m.in. na potrzeby pomocy drogowej, wojska czy służb ratowniczych. Sekret popularności plastików tkwi w ich specyficznych właściwościach, które są niezwykle pożądane przez nowoczesny przemysł motoryzacyjny. Dlaczego odgrywają tak istotną rolę w tej branży? Oto najważniejsze czynniki wpływające na wykorzystanie tworzyw sztucznych w samochodach.
Niewielka masa
W przeciwieństwie do komponentów metalowych, tworzywa sztuczne są bardzo lekkie, co gwarantuje mniejsze zużycie energii: zarówno na etapie produkcji, jak i w trakcie eksploatacji. Ich niewielka masa przekłada się na redukcję wagi pojazdu z zachowaniem optymalnych właściwości technicznych. A to w następstwie przyczynia się do zwiększenia efektywności energetycznej, ograniczenia zużycia paliwa oraz mniejszej emisji CO2. Dlatego producenci wykorzystują plastiki nie tylko z uwagi na możliwość obniżenia kosztów produkcji, ale również spełnienie surowych wymogów środowiskowych.
Bezpieczeństwo
Tworzywa sztuczne w samochodach są wykorzystywane do wytwarzania wszelkich elementów zapewniających bezpieczeństwo kierowcy i pasażerom. Zderzaki samochodowe produkowane z polimerów cechują się odpornością na uderzenia i zdolnością do absorpcji energii podczas kolizji. Z plastików wytwarza się również elementy biernych systemów bezpieczeństwa, takie jak pasy, foteliki dziecięce, czy poduszki powietrzne. Dzięki wysokiej trwałości i elastyczności znacznie ograniczają ryzyko obrażeń podczas wypadku i innych zdarzeń drogowych. Co więcej, niektórych tworzyw używa się również jako wypełniacza foteli lub maty wygłuszające, co znacząco poprawia komfort podróży samochodem.
Odporność na korozję
Na zastosowanie tworzyw sztucznych w motoryzacji wpływa również ich odporność na wilgoć i negatywne czynniki zewnętrzne. Dlatego służą do produkcji elementów podwozia i karoserii, głównie jako zabezpieczenie przed korozją. W rezultacie pozwala to na wydłużenie żywotności metalowych komponentów, a także ograniczenie kosztów napraw, konserwacji czy wydatków na dodatkową ochronę przed rdzewieniem.
Niskie koszty produkcji i przetwórstwa
Dzięki rozwojowi nowoczesnych technologii tworzywa sztuczne stały się bardzo ekonomicznym surowcem, co idealnie wpisuje się w potrzeby współczesnego przemysłu samochodowego. Ich przetwórstwo i produkcja są relatywnie tanie, oferując przy tym wysoką wydajność. Daje to producentom możliwość skrócenia cyklu produkcyjnego i szybszego wprowadzania innowacyjnych rozwiązań na rynek.
Efektowny design
Atrakcyjny wygląd auta natychmiast przyciąga uwagę potencjalnych Klientów oraz wyróżnia daną markę na tle konkurencji. Jednym z najpopularniejszych rozwiązań w zakresie designu jest wykorzystanie tworzyw sztucznych. Jednakże ich zastosowanie nie ogranicza się już wyłącznie do produkcji maskownic dla chłodnic, lecz m.in. oświetlenia zewnętrznego. Wytwarzane z plastiku klosze lamp samochodowych, w tym reflektorów czy lamp tylnych, są przezroczyste, trwałe i odporne na uszkodzenie, a przy tym doskonale się prezentują. Łatwe formowanie umożliwia produkcję elementów o unikalnych kształtach i rozwiązaniach, nadając autu spójny wizualnie wygląd.
Możliwość recyklingu
W dobie rosnącej świadomości ekologicznej coraz więcej branż dąży do ograniczenia negatywnego wpływu na środowisko. Zastosowanie tworzyw sztucznych w przemyśle motoryzacyjnym jest popularne ze względu na możliwość ich łatwego przetworzenia i ponownego wykorzystania. Dzięki temu zmniejsza się zużycie surowców, a na wysypiska lądują mniejsze ilości odpadów.
Zastosowanie tworzyw sztucznych w budowie samochodu
Dzięki swoim cennym właściwościom tworzywa sztuczne w motoryzacji stały się niezwykle powszechne. Lekkie, trwałe oraz odporne na korozję służą obecnie do produkcji różnorodnych elementów wchodzących w skład budowy samochodu. Do najpopularniejszych części samochodowych wykonywanych z plastiku należą:
- elementy karoserii – głównie błotniki, klapy bagażnika oraz zderzaki;
- części nadwozia – od łączników stabilizatora, przez aluminiowe osłony, aż po amortyzatory;
- elementy wnętrza pojazdu – wykładziny, deski rozdzielcze, obudowy kolumny kierowniczej, materiały obiciowe, konsole środkowe czy przełączniki;
- części układu napędowego – elementy kolektorów dolotowych, obudowy filtrów powietrza, przewody paliwowe oraz osłony silnika;
- komponenty elektryczne i elektroniczne – czujniki, izolacje przewodów elektrycznych, skrzynki bezpieczników;
- układ jezdny – przede wszystkim osłony kół.
Produkcja elementów z tworzyw sztucznych stosowanych w samochodach jest możliwa dzięki nowoczesnym metodom przetwórczym. Takie technologie, jak wtryskiwanie, wytłaczanie, formowanie próżniowe czy obróbka CNC umożliwiają wytwarzanie lekkich komponentów o skomplikowanej geometrii i wysokiej precyzji. W rezultacie gwarantuje to wytrzymałość i powtarzalność produktów, a także ich zgodność z rygorystycznymi wymogami dotyczącymi jakości i bezpieczeństwa.
Rodzaje tworzyw sztucznych stosowanych w motoryzacji
Coraz większe wymagania dotyczące efektywności paliwowej i trwałości pojazdów sprawiają, że udział tworzyw sztucznych w nowoczesnej motoryzacji bezustannie rośnie. Zdecydowanie trudno się temu dziwić! Cenne właściwości tych materiałów pozwalają producentom oferować klientom innowacyjne rozwiązania, bez kompromisów w zakresie bezpieczeństwa czy designu.
Wśród najczęściej wykorzystywanych surowców znajduje się polipropylen (PP). Jest to jeden z najbardziej wszechstronnych termoplastów, który stanowi aż 20–25% wszystkich tworzyw sztucznych stosowanych w przemyśle motoryzacyjnym. Polipropylen cechuje się niską masą, imponującą wytrzymałością i odpornością chemiczną, dlatego produkuje się z niego zderzaki, osłony kół, panele drzwiowe oraz deski rozdzielcze.
Równie istotnym materiałem jest poliamid (PA), powszechnie stosowany w elementach wymagających wysokiej odporności na temperaturę i ścieranie. W motoryzacji wykorzystuje się go przede wszystkim do wytwarzania obudów silników, systemów dolotowych oraz przewodów paliwowych. Natomiast polistyren (PS) i poliwęglan (PC) zdecydowanie dominują we wnętrzach pojazdów. To właśnie z nich powstają takie elementy, jak konsola środkowa, osłony kolumny kierownicy, a także reflektory i osłony lusterek.
Nie można pominąć również poliuretanu (PU), który dzięki swojej elastyczności i odporności na uderzenia znalazł zastosowanie w zderzakach, siedzeniach, podsufitkach i elementach izolacyjnych. Z kolei w produkcji błotników oraz elementów karoserii coraz częściej stosuje się politlenek fenylu (PPO) – tworzywo znane ze swojej sztywności i wysokiej odporności na działanie wysokich temperatur.
Zastosowanie tworzyw sztucznych w motoryzacji obejmuje również inne materiały, takie jak ABS (akrylonitryl-butadien-styren). Wytrzymały na uderzenia i stabilny wymiarowo doskonale nadaje się do wytwarzania desek rozdzielczych, paneli drzwiowych czy osłon chłodnicy. Wysoka odporność chemiczna czyni go idealnym do stosowania w trudnych warunkach eksploatacyjnych. Ponadto ABS jest tworzywem łatwym w formowaniu i barwieniu. To z niego produkowane są różnorodne detale wymagające idealnego wykończenia.
Ostatnie lata pokazują rosnące zainteresowanie zaawansowanymi tworzywami konstrukcyjnymi i kompozytowymi, które łączą w sobie zalety tradycyjnych polimerów i materiałów wzmacnianych włóknami. Takie innowacje są odpowiedzią na coraz wyższe standardy ekologiczne oraz potrzeby redukcji masy pojazdów, oferując niższe zużycie paliwa i mniejszą emisyjność.
Jakie wyzwania niesie stosowanie plastiku w motoryzacji?
Choć zastosowanie tworzyw sztucznych w przemyśle motoryzacyjnym ma wiele zalet, to wiąże się również z pewnymi wyzwaniami. Najbardziej palącą kwestią pozostają zdecydowanie zagadnienia związane z recyklingiem i wpływem plastików na środowisko naturalne. Normy środowiskowe, takie jak europejska dyrektywa dotycząca pojazdów wycofanych z eksploatacji (ELV), zobowiązują producentów do maksymalizacji przydatności aut do ich przetwórstwa i ponownego wykorzystania. W efekcie oznacza to konieczność poszukiwania nowych rozwiązań, które nie tylko spełniają surowe wymagania, ale również zapewniają odpowiednie parametry dotyczące jakości, wytrzymałości i bezpieczeństwa.
Jednakże nie tylko regulacje Unii Europejskiej mają wpływ na coraz większe znaczenie recyklingu w tworzywach sztucznych stosowanych w motoryzacji. Równie istotną kwestię stanowią zmieniające się oczekiwania konsumentów. Jeszcze niedawno o prestiżu właściciela samochodu świadczyły skórzane tapicerki, drewniane detale i lśniące, metaliczne powierzchnie. Obecnie, wraz z rosnącą świadomością społeczeństw, symbolem luksusu stopniowo stają się ekologiczne rozwiązania, w tym polimery. Te nowoczesne materiały o niewielkiej masie umożliwiają znaczne obniżenie masy pojazdów, co przekłada się na mniejsze zużycie energii i redukcję emisji CO2, a także – poprawę osiągów.
Branża automotive bezustannie ewoluuje. Rosnące oczekiwania konsumentów co do bezpieczeństwa i inteligentnych systemów napędzają rozwój nowych metod przetwórstwa, takich jak wtrysk tworzyw sztucznych. Dzięki temu można uzyskiwać materiały o pożądanych przez rynek właściwościach cechujących się większą wytrzymałością i odpornością na czynniki środowiskowe. Nowoczesne tworzywa konstrukcyjne i specjalistyczne zapewniają doskonałą ochronę kierowcy i pasażerów oraz zabezpieczają delikatne komponenty wchodzące w skład automatyki.
Niestety, efektywny odzysk surowców z elementów wykonanych z tworzyw sztucznych bywa bardzo skomplikowany. Obecnie wiele komponentów pojazdów produkuje się z kompozytów wielomateriałowych, np. wzmocnionych włóknem szklanym lub węglowym. Choć posiadają one wiele zalet, to aby poddać te materiały recyklingowi, należy najpierw oddzielić od siebie poszczególne warstwy, co jest nie tylko trudne, ale i kosztowne. Dlatego wielu producentów, do których należą marki o ugruntowanej pozycji na rynku, poszukuje alternatyw w materiałach biodegradowalnych i łatwiejszych w recyklingu. Rozwiązaniem są również nowe klasy polimerów, które łączą wysoką wytrzymałość z możliwością łatwiejszego separowania komponentów. Ponadto, w ostatnich latach można zaobserwować wzrost zainteresowania systemami o zamkniętym obiegu surowców, co idealnie wpisuje się w globalną strategię zrównoważonego rozwoju.
Mimo znaczącego udziału lekkich tworzyw sztucznych w samochodach, w ciągu ostatnich 10 lat średnia waga pojazdów wzrosła o 9%, czyli ok. 100 kg. Wynika to przede wszystkim z obecnych trendów: konsumenci preferują duże i ciężkie auta z bogatym wyposażeniem, takie jak pick-upy, SUV-y i crossovery. Z tego powodu producenci muszą nieustannie rozwijać nowe mieszanki materiałowe, które pozwolą na zastąpienie tradycyjnych surowców lżejszymi, a zarazem równie trwałymi i bezpiecznymi polimerami.
Tworzywa sztuczne w samochodach przyszłością motoryzacji
Zastosowanie tworzyw sztucznych w samochodach niesie ze sobą wiele korzyści. Takie materiały, jak PP, PA czy ABS, z sukcesem zastępują tradycyjne materiały, wchodząc w skład elementów karoserii, części układu napędowego czy wyposażenia wnętrza. Dzięki mniejszej masie pozwalają obniżyć masę pojazdów, oferując konsumentom większą wydajność paliwową, lepsze osiągi i poprawę bezpieczeństwa pojazdów. Rozwój nowoczesnych technologii przetwórstwa sprawia, że tworzywa sztuczne mogą być poddawane recyklingowi i ponownie wykorzystane, spełniając unijne wymogi i realizując światowe trendy ekologiczne.
Równocześnie producenci samochodów muszą mierzyć się z wieloma wyzwaniami, takimi jak konieczność zrównoważenia wyższych kosztów materiałowych. Na szczęście jest to możliwe dzięki innowacyjnym rozwiązaniom w zakresie projektowania i produkcji, które przyczyniają się do optymalizacji procesów i ograniczenia ilości zużywanych surowców. Szczególne zasługi mają tutaj nowoczesne metody wtrysku, formowania i obróbki polimerów. Nowe technologie przetwórstwa umożliwiają wytwarzanie lżejszych, a jednocześnie bardziej wytrzymałych komponentów, co gwarantuje dłuższą żywotność pojazdów i mniejsze zużycie energii.
