Chemie v automobilu I (plasty)

Chemie v automobilu I
(plasty)
Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Mgr. Hana Bednaříková.
Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz; ISSN 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu
ČR. Provozuje Národní ústav pro vzdělávání, školské a poradenské zařízení a zařízení pro další vzdělávání
pedagogických pracovníků (NÚV).
16 PLASTY V AUTOMOBILU
MATERIÁLY V AUTOMOBILOVÉM PRŮMYSLU
V současné době se v automobilovém průmyslu používají téměř všechny druhy materiálů. Automobilový průmysl je na kvalitě materiálů velmi závislý, neboť kromě jakosti výrobků jde hlavně o
bezpečnost provozu, a tím i o lidské životy.
Jaké materiály se tedy používají? Převážně jsou to materiály kovové, které mají většinou větší
hustotu, menší odolnost proti korozi i jiným chemickým účinkům, jsou špatnými izolátory elektřiny i tepla
a špatně tlumí chvění. Zlepšení těchto vlastností kovů je obvykle provázeno zvýšením ceny, nebo
zhoršením technologických vlastností. Proto se v mnohých případech lépe uplatňují látky nekovové.
V současné době se dává přednost především plastům, které se v konstrukci automobilů velmi dobře
uplatňují. Světová výroba plastů zaznamenala v posledních pětadvaceti letech ohromný vzestup. Pohlédneme-li zpět, zjistíme, že hliníková éra, která nahradila před několika desetiletími éru ocelovou,
neměla dlouhý život. Na svět přišly plasty se svým prudkým vývojem. Máme na mysli syntetické plasty,
neboť hmoty přírodní, např. na bázi kaučuku, byly známy již u prapředků dnešních automobilů. Lehký a
pevný hliník neobstál v konkurenci s plasty. Barevné i lehké kovy jsou navíc ztrátové materiály, jejichž
světové zásoby se rok od roku ztenčují.
Příklady použití různých druhů materiálů
Kovové materiály
Plasty
hnací ústrojí, rám, karosérie a mnoho dalších drobných doplňků
automobilu;
větší či menší části karosérie, interiér automobilu, pneumatiky, těsnění a
další doplňky;
Sklo
okna automobilů;
Azbest
různá obložení, ale v současné době se od azbestu ustupuje, neboť bylo
zjištěno, že je nebezpečný pro lidský organismus;
Textilie a kůže
interiér automobilu
Papír
filtry a interiér automobilu
Keramika
v současné době je prováděn výzkum použití keramiky ve stavbě motorů.
PLASTY
Plasty jsou jednou z nejmladších skupin konstrukčních materiálů. Jejich průmyslové počátky sahají do
období po první světové válce a od padesátých let nastal prudký rozvoj, který se neustále zintenzivňuje.
Světová výroba plastů v objemových jednotkách má překročila světovou výrobu kovů již kolem roku
1990. Plasty pronikají do všech oborů lidské činnosti, umožňují zkvalitnění výrobků, šetří náklady a
umožňují vznik nových oborů.
Plasty mají řadu vynikajících vlastností, kterými předčí tzv. klasické materiály. Celé řady těchto
vlastností se využívá v hromadné výrobě.
Plasty vynikají (až na nepatrné výjimky) velmi dobrou zpracovatelností. K nejproduktivnějším technologiím zpracování plastů patří vstřikování, kterým se vyrábí tisíce drobných součástí pro automobily.
Pro zpracování termoplastů existuje celá řada způsobů tvarování a tváření. Díky vratnosti termoplastů
dosahuje využití materiálu 100 %. Plasty teplem tvrditelné — reaktoplasty se zpracovávají nejčastěji
lisováním, popřípadě jinými technologiemi, při nichž dostává výrobek tvar podle nástroje, ve kterém
dochází k vytvrzování plastů.
Plasty mají vesměs velmi dobrou odolnost proti korozi, malou hustotu, vynikající pružnost, a tím
schopnost pohlcovat energii. Mají dobré tepelné, zvukové, vibrační i elektrické izolační
vlastnosti. Nevýhoda plastů — nízké mechanické vlastnosti a nižší tepelná odolnost — je postupně
likvidována. Ve výzkumných ústavech na celém světě se snad každým dnem rodí nové plasty se stále
vyššími mechanickými, fyzikálními a chemickými vlastnostmi.
Hovořit tedy dnes o plastech jako o náhražkách kovů by bylo pošetilé. Plasty v mnohém předčily kovové
materiály a mnohdy zůstává otázkou jejich širšího použití jen nedostatek, popřípadě vysoká cena
surovin potřebných k jejich výrobě.
Které plasty se používají v konstrukci automobilů a co se z nich vyrábí?
Polyvinylchlorid — se používá nejčastěji v měkčeném stavu na výrobu čalounění a potahů sedadel.
Velmi dobře se zpracovává a vývoj směřuje k výrobě hygienických, nehořlavých potahů, které jsou velmi
dobře barvitelné. V tomto směru dosáhla dnes celá řada světových firem úspěchů, a tak se objevily
nové plasty na bázi vinylchloridu s hygienickými vlastnostmi. Jednou z variant je nehořlavý
polyvinylidenchlorid, dodávaný pod obchodním názvem Saran. Desénované fólie vyráběné firmou
Uniroyal (USA) jsou kombinací PVC s textilem. Vznikne tak příjemný materiál pro potahy se semišovým
povrchem. Pod názvem Alkorfol S dodává firma Oerlikon Plastic (SRN) tepelně izolační fólie z PVC
s podložkou z lehčeného polyuretanu o tloušťce 2 až 10 mm.
Polyethylen — se u automobilových součástí používá buď v průhledném provedení na vyrovnávací
nádrže, nebo barevný v nejrůznějších pastelových odstínech. Na nádrže se používá v kombinaci s
polyamidem. Polyethylen se dá použít vzhledem k širokému rozmezí tepelné odolnosti i na různé
konstrukční prvky (topné soustavy, sací potrubí apod.).
Polyamid — patří k nejhouževnatějším plastům, a tím je také orientováno jeho současné i perspektivní
použití v konstrukci automobilů. Proto se polyamid stále častěji používá místo koberců a čalounění na
konstrukční prvky. Příkladem je maska chladiče vozu Mercedes 280 vyrobená z vyztuženého polyamidu. U vozu se objevila aplikace polyamidu na větráky chladičů. Perspektivní je použití polyamidů
na konstrukční prvky, kde se využívá nízké odolnosti proti opotřebení samomazných vlastností a vysoké
mechanické pevnosti. Z polyamidu se vyrábějí ložiska a ozubená kola. Použití ozubených kol do převodovek zůstalo vzhledem k nadměrné šíři ozubení, a tím nutnosti velkých rozměrů převodovek jen u
pokusů.
Polypropylen — vyniká nízkou hmotností, dobrými mechanickými vlastnostmi, značnou povrchovou
tvrdostí a výbornou zpracovatelností. Z polypropylenu se vyrábějí nejen ovládací knoflíky, větrací
mřížky, skříňky rozhlasových přijímačů, ale i součásti, které jsou vystaveny tepelnému a mechanickému namáhání, jako jsou čističe vzduchu, díly pro pružné uchycení agregátů, ovládací pedály
apod.
Polyuretan — připomíná svými vlastnostmi polyamid. V konstrukci automobilů jsou však polyuretany
zastoupeny větší měrou než polyamidové součásti. Kromě „klasického“ využití polyuretanu na ozubená
kola a ložiska, se polyuretan používá k výrobě loketních opěr, obložení přístrojových desek a volantů, k výrobě čalounění s charakterem kůže apod. Pro konstrukci nosných dílů jsou ideálním
materiálem sendviče, které vynikají malou hustotou a současně vysokou pevností. Jsou vyrobeny z
kovových nebo laminátových desek vyplněných polyuretanovou pěnou.
ABS — v řeči chemiků kopolymer akrylonitril-butadien-styren — nalezl v poslední době široké uplatnění
u automobilů. ABS vyniká vysokou rázovou houževnatostí a odolností proti deformacím a chemikáliím.
Svou mimořádnou schopností přijímat kovové povlaky je tento materiál předurčen pro ozdobné mřížky,
znaky, obložení volantů apod. Tento plast se vyrábí v celé řadě nejrůznějších druhů a modifikací u
firmy Plastpolimer (SNS), Plastimer (Francie), Bayer (SRN) apod. Tendence je vyrábět takové druhy
ABS, které by vyhovovaly stále náročnějším bezpečnostním předpisům na konstrukci automobilů.
V tomto směru vystupuje do popředí požadavek na pohlcení energie, samohasitelnost, pevnost
apod.
Ostatní termoplasty se u automobilů vyskytují zatím poskrovnu. Budoucnost je otevřena polyformaldehydu, který slibuje použití u konstrukčních prvků. Z polyformaldehydu jsou vyrobeny zámky
dveří u některých speciálních anglických, italských a japonských vozů. Další široké možnosti nabízejí
plasty známé pod označením teflon a teflex. Oba vynikají vysokými mechanickými vlastnostmi a tepelnou odolností. Důkazem toho je aplikace polytetra-fluorethylenu (teflonu) na výrobu pístních kroužků,
zatím ovšem u pístových strojů, kde nedochází ke spalování (kompresory, dmýchadla apod.). Teflon i
teflex jsou díky svým kluzným vlastnostem vhodné pro výrobu ložisek a ozubených kol.
Z reaktoplastů se nejčastěji u automobilových součástí vyskytují fenolické lisovací hmoty, z nichž jsou
kromě ovládacích prvků a různých krytů vyrobena bezhlučná rozvodová ozubená kola a jiné součásti
se vzájemným pohybem. Třecí součásti nejsou náročné na mazání.
Z fenolické lisovací hmoty, tzv. Duroplastu, se dvacet let úspěšně lisovaly karosérie vozů Trabant.
Technologie výroby je vhodná pro sériovou a hromadnou výrobu. Tím je duroplast zvýhodněn proti
pevnějším a houževnatějším reaktoplastům, jako jsou např. skelné lamináty, pro které se vhodné
zpracovatelské metody teprve vyvíjejí.
Skelný laminát — je svými vlastnostmi jedním z nejzajímavějších a nejperspektivnějších plastů v automobilovém průmyslu. S laminátovými karosériemi se setkáváme již celou řadu let i u sériových,
především sportovních variant automobilů (Saab Sonett apod.). Mnohé díly z laminátu jsou použity i
u závodních motocyklů. V obou případech snižují hmotnost příslušného závodního stroje. Širšímu
použití laminátu u sériově vyráběných dopravních prostředků zatím bránila poněkud obtížná
zpracovatelnost, která znemožňovala mechanizovat výrobní proces.
Zajímavou technologií je zpracování skelného laminátu lisováním ze směsi nosné látky, pryskyřice
(převážně polyesterové), plnidla, pigmentu a tužidla. Jako nosné látky se používá skelné vlákno
nastříhané v různých délkách. Takto připravená směs se vloží do formy, kde se při přesně určených
podmínkách lisuje. Výlisky je možné kombinovat s kovovými materiály a popřípadě je strojně opracovat.
Tato technologie se začíná i u nás úspěšně rozvíjet.
Zajímavou aplikací skelného laminátu je použití na disky kol. Laminátovými disky byl např. vybaven
úspěšný sportovní vůz Citroën SM již v roce 1971. Použitá pryskyřice obsahovala kovové plnivo a byla
vyztužena skleněným textilem. Že se podstatně snížila hmotnost kola, není nutné zdůrazňovat.
Povrchová úprava plastem zaručuje spolehlivou a odolnou ochranu karosérie. V poslední době se
kromě nanášení základního nátěru karosérie elektroforézní metodou a vrchního nátěru stříkáním v elektrostatickém poli stále více uplatňují práškové povlaky z plastů.
Zakreslete v obrázku karoserie umístění různých druhů plastů
Použité zdroje


Václav Pumpr, Martin Adamec, Pavel Beneš, Věra Scheuerová,
Základy přírodovědného vzdělávání pro SOŠ a SOU – CHEMIE, druhé aktualizované vydání,
Praha, FORTUNA 2010
Ing. Jindřich Klůna, Ing. Jiří Košek a kolektiv
Příručka opraváře automobilů, třetí doplněné vydání, Brno, LITTERA 1995