ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ КУЗОВА АВТОМОБИЛЯ

OUTLOOK-METALLIC MATERIALS FOR CAR BODY PARTS

Ключевые слова: полимеры, композиты, автомобиль, кузов.

Keywords: polymers, composites, vehicle, bodywork.

В статье приведены основные направления в вопросах применения полимерных материалов для деталей кузова автомобилей, перечислены и рассмотрены наиболее распространенные типы полимеров применительно к элементам кузова автомобиля

The article presents the main trends in the application of polymer materials for car body parts are listed and discussed the most common types of polymers with respect to the elements of the car body.

В последние годы использование полимерных и композитных материалов взамен металла получило широкие масштабы. Доля полимерных материалов в конструкции автомобиля непрерывно растет и составляет приблизительно 12 % от общего веса автомобиля среднего класса. Мировой рынок композитов оценивается в 70 млрд, долларов и демонстрирует стабильный рост. В России с большими мощностями по производству базовых полимеров, композиты до сих пор занимают значительную нишу. Именно автомобилестроительная отрасль на данный момент является одной из ведущих отраслей, которая активно внедряет пластмассы и композиты в элементы конструкции, в частности кузов [1].

Преимущества технологии и материалов применительно к кузову автомобиля по сравнению с металлическими следующие [2]: в 2...3 раза снижается трудоемкость при производстве кузова и кабин; существенно снижается масса автомобиля (высокопрочный пластиковый кузов на 25...30 % может быть легче алюминиевого и на 50.. .60 % стального); в 4 раза повышается способность кузова поглощать энергию удара при столкновениях, а при слабых ударах полностью исключают повреждения эластичных пластмассовых панелей; значительно повышается срок службы панелей и кузова, поскольку они не подвержены коррозии; исключается потребность в антикоррозионной обработке; отсутствие необходимости в сварке элементов, и затрат на приобретение соответствующего оборудования.

При производстве пластмассовых кузовных панелей в настоящее время основном используют материалы 2 типов [2]: термореактивные (на основе эпоксидных, фенольных и ненасыщенных полиэфирных смол, содержащих добавки и наполнители); термопластичные (например, Noryl GTX, АБС + ПК, анилон, который в России выпускается в больших объемах). Таким образом, в настоящее время наблюдается четкая тенденция по значительному увеличению объемов выпуска для автомобилей пластических масс (табл. 1) [2].

Таблица 1 - Объемы применения пластмасс в автостроении

Рост использования пластических материалов в автомобильной промышленности, тыс. тонн

Страны

1980 г.

1990 г.

2000 г.

США

660

1800

2200

Европа

600

1600

2000

Так, наиболее развитые технологии по производству пластмасса состоят в следующем [2]: технология формования (пропитанные связующие термореактивной смолой слои стеклоткани один за другим вручную укладывают в матрицу); напыление на форму с помощью пульверизатора термореактивной смолы, смешанной с рубленым стекловолокном; RTM-технология (изделия формуются из термореактивной смолы, подаваемой в закрытую подогретую разогретую форму); прессование деталей из термореактивных малоусадочных листовых препрегов; реакционно-инжекционное формование панелей из термопластичного анилона; вакуумное формование из листовых термопластов; литье из термопластов.

Сравнительные показатели перечисленных технологий приведены в табл. 2.

Таблица 2 - Сравнительные показатели технологий производства пластмассовых

автомобильных материалов

Т ехнологический процесс

Применяемые материалы

Время изготовления одной детали

Рентабельный выпуск, тыс. шт. / год

Ориентиров(

млн.

)чная ст-ть, руб.

оснастки

основного

оборудования

Контактное формование

Термореактивная смола + стеклоткань

120 ...150

5 ... 7

0,05 ...0,08

0,2... 0,25

Напыление

Термореактивная смола

110 ... 130

6 ... 10

0,05 ...0,08

0,25 ... 0,4

RTM-технология

Термореактивная смола + стеклоткань

До Ю

До 10

15 ... 20

80 ... 100

Прессование

Малоусадочный препрег (SMC)

2,5 ... 3

40 ... 150

ио

°

О

80 ... 100

Реакционно-инжекционное формование

Анилон

2,5 ...4

30 ... 140

15 ... 20

200 ... 300

Вакуумное формование

Листы из АБС и поликарбоната

4 ... 6

20 ... 100

0,1 ...0,5

40 ... 50

Литье под давлением

Норил GTX, стеклонаполнительный полиамид, полипропилен

1,5 ...2

60...250

60 ... 80

400... 500

Заслуживают внимания композиционные материалы - пластмассы, армированные волокнами различного вида (стеклопластики, углепластики, базальто- пластики) [1].

Значительный интерес представляют последние разработки по производству неметаллических материалов для деталей автомобиля сочетающие в себе одновременно снижение массы по сравнению с металлом, обеспечение необходимых эксплуатационных свойств и экономической целесообразностью использования. Так, например применение базальтового волокна (базальтопластика) по оценке университета машиностроения [1] затраты на производство самых сложных (из 12 деталей) кузовов из базальтопластика оцениваются в 24 млн. долларов, в то время как подготовка к серии стального кузова стоит несколько сотен миллионов. Также площадь под производственные мощности сократится в 4,5 раза, а цена в 3 раза. Отпадает необходимость в штамповочном, сварочном, окрасочном и гальваническом производствах.

Также, существуют разработки по нанокомпозитам. Нанокомпозиты - это материалы, у которых в полимерную, кермическую или металлическую матрицу внедрены наночастицы или нановолокна наполнителя. Их можно разделить на следующие группы [3]: 1) полимерные нанокомпозиты с наполнителем из слоистых силикатов (композиты на основе нейлон-6, каучуковые нанокомпозиты, и др.); 2) полимерные бионанокомпозиты, включающие биоволокнистые и биопе- нопластовые нанокомпозиты; 3) углерод-полимерные нанокомпозиты, созданные на основе углеродных нитей и углеродных нанотрубок.

Приведенные выше наноматериалы активно используют ведущие автомобилестроительные фирмы. Это детали подкапотного пространства автомобиля Toyota Camry, элементы облицовки кузова автомобилей Safary и Chevrolet Astro, HAMMER Н2 SUT.

Использование неметаллических материалов, в частности пластика активизировалось и на отечественных автомобилях. Так, например, в конструкции автомобиля «КамАЗ» применяются более 500 наименований пластиковых деталей, общий вес которых, в зависимости от модели, варьируется в диапазоне 180...250 кг. В автомобиле Газель Next применены инновационные технические решения с использованием композиционных пластмасс [4].

Однако, несмотря на перспективы применения неметаллических материалов для автомобилей в России есть и определенные трудности. Отечественные производители имеют ограничения на рынке даже в нашей стране. Как известно, построено большое количество производственных площадок по сборке иномарок, причем со значительной на некоторых заводах локализацией. Несмотря на локализацию, сырье поставляется в большинстве случаев из-за границы, так как качество наших материалов не всегда отвечает мировым критериям, и по некоторым материалам требует существенного совершенствования производства. В результате иностранные фирмы, как правило, рекомендуют использовать именно свое сырье. По этой причине возможность выйти как на мировой рынок, так и обеспечить свою промышленность материалами по данному направлению зависит во многом от государственной поддержки.

Кроме того, интересным направлением при производстве неметаллических материалов для автомобилей является использование технологий рециклинга, утилизации, что должно в значительной мере увеличить экономическую составляющую и объемы применяемых неметаллических материалов в автомобилестроении.

Библиографический список

  • 1. Бузук, О.В. Экономическая эффективность применения базальтового волокна в автомобилестроении / ОБ. Бузук, ИБ. Вавилова // Известия МГТУ «МАМИ». 2013. № 4 (18). Т. 1. С. 214-218.
  • 2. Кудрявцев, С. М. Основы проектирования, производства и материалы кузова современного автомобиля: монография / С. М. Кудрявцев [и др.]. - Нижний Новгород, 2010. - 236 с.
  • 3. Клименко, А. В. Основные направления работ по полимерным бионанокомпозитам для автомобилестроения / А. В. Клименко, О. Б. Рябиков // Труды НАМИ. - Вып. № 243 сб. докл. / ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ». - Москва, 2010. - С. 100-116.
  • 4. Итоги международной конференции «Полимеры в автомобилестроении 2013»/ / Технология колесных и гусеничных машин. - 2013. - № 4 (8). - С. 24-31.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ