قطعات پلاستيكي مورد استفاده در خودرو

قطعات پلاستيكي مورد استفاده در خودرو

تغييرات كلي در توليد خودرو مانعي براي نوآوري در زمينه پلاستيك نبوده است و پيشرفت‌هايي كه اخيراً اعلام شده است نشانه‌اي از اين موضوع مي باشد. در واقع ارزش بحث پلاستيك، در اين شرايط سخت اقتصادي از هر زمان ديگر بيشتر شده است. سازندگان خودرو علاقه زيادي براي جستجوي فرآيندها و مواد جديد براي كاهش هزينه‌ها، كاهش وزن و توليد سامانه‌ها و قطعات قابل بازيافت دارند. براي مثال شركت Ford Motor توليد وسايل نقليه Flex را با استفاده از 11 پلاستيك جديد آغاز كرده است كه بيشتر آنها براي اولين بار است كه در صنعت استفاده مي‌شوند. اين پيشرفت‌ها و ساير پيشرفت‌هاي قابل ذكر در زمينه مواد، فرآيند و طراحي محصول در SPE Automotive Conference در سپتامبر و در 38 امين دوره Annual Innovation Awards در نوامبر به معرض نمايش گذاشته شدند. در بين اين پيشرفت‌ها يك فرآيند قالب‌گيري دمشي دو ورقي براي مخازن سوخت و يك روش جديد براي جوش دادن روسقفي (قطعه‌ي چندسازه مورد استفاده در سقف خودرو) مشاهده مي‌شد. در زمينه مواد، TPE قالب‌گيري شده در حالت نيمه مذاب، SMC با وزن كم و يك چندسازه گرمانرم تركيبي براي ورق‌هاي افقي بدنه معرفي شد. چندسازه‌هاي الياف كربن نيز پيشرفتي در زمينه توليد مواد مي‌باشند. فرآيند جديد براي مخازن يك فرآيند ابداعي قالبگيري دمشي دو ورقي كه توسط Inergy Automotive Systems توسعه داده شده است هر دو جايزه بخش فناوري‌هاي فرآيند/ نصب و بخش جايزه بزرگ را به خود اختصاص داد. اين روش عمليات تكميلي پس از قالب‌گيري را حذف مي‌كند و نيازمندي‌هاي سخت‌گيرانه California Partial Zero Emissions Vehicle (PZEV) را برآورده مي‌كند. اين روش براي خودروهاي سواري 2009 BMW 7 series استفاده مي‌شود و همانند مخازن قالب‌گيري دمشي استاندارد داراي يك ساختمان شش لايه از HDPE/EVOHمي‌باشد. روده در سر اكسترودر به دو بخش تقسيم مي‌شود و يك رابط مواد را به داخل حفراتي با ضخامت 10-8 ميلي‌متر كه بين يك هسته مركزي و دو بخش مجزاي قالب قرار دارند، مي‌راند. هسته از 3 تا 15 قطعه داخلي مثل اجزاي انتقال سوخت، حسگرها و دريچه‌ها كه بطور دستي قرار داده شده‌اند، تشكيل شده است. عملكرد هسته طوري است كه در حين تشكيل اوليه ورق ، اجزا را به هم وصل مي‌كند و هسته خالي بيرون كشيده مي‌شود و قالب بسته مي‌شود تا ورق‌هاي تشكيل شده را به هم وصل و آن‌را از هوا پر كند. به گفته مهندس تحقيقات شركت Inergy ، زمان كلي چرخه نسبت به يك مخزن قالب‌گيري دمشي معمولي 5± ثانيه اختلاف دارد. مخزن تنها به يك حفره براي وارد شدن مجموعه‌ي انتقال سوخت نياز دارد. ادعا شده است كه در اين روش، كنترل بيشتري روي ضخامت ديواره وجود دارد كه باعث صرفه‌جويي در مصرف مواد مي‌شود. به‌علاوه مخزن سازگار با PZEV داراي قيمت رقابتي در مقايسه با مخزن قالب‌گيري شده معمولي مي‌باشد و از PZEV patch solutions بسيار اقتصادي‌تر است. انتظار مي‌رود كه يك مخزن دو ورقي ديگر در اوايل سال بعد در اروپا بطور تجاري مورد استفاده قرار بگيرد. روش ابداعي ديگر در زمينه قالب‌گيري دمشي و برنده جايزه بخش بدنه خارجي، اولين قطعات انحنا دار بيروني و پاركابي يكپارچه است كه در 2008 Ford Escape SUV استفاده شده است. پاركابي و انحناهاي كناري در يك قطعه قالب‌گيري دمشي ساخته شده از PP پر شده با 15% الياف شيشه جمع شده است. اين قطعه بجاي زير بدنه، در كنار بدنه وصل مي‌شود تا ظاهر خودرو بهبود يابد. استفاده از ورق 75/1 متري توليدي شركت ABC Group, Toronto باعث بهبود 56 درصدي در سختي و كاهش وزن 6/8 پوندي و كاهش قيمت 5 دلاري در هر خودرو و كاهش هزينه نصب مي شود. روش جديد جوش IR شركت Extol Inc. (InfraWeld) يكي از راه‌يابندگان نهائي به بخش فناوري‌هاي فرآيند/نصب بود كه جاي‌گزيني براي چسب ذوبي در نصب زيرسقفي مي‌باشد. اولين كاربرد اين روش براي نصب زيرسقفي (headliner ) توليدي شركت Trim Quest,Grand Rapids,Mich روي وانت2009 Ford F150 بود. جوش فشرده، نور فروسرخ را متمركز كرده و باعث ذوب شدن و اتصال قطعات پلاستيكي مي‌شود. استفاده از يك درزگير منعطف اين اطمينان را حاصل مي‌كند كه بين قطعات جوش‌خورده فاصله‌اي وجود ندارد و هم‌چنين انتقال حرارت را به حداكثر مي‌رساند. فشار پنوماتيك به اندازه psi 20 براي اطمينان از اختلاط بسپار در نقطه جوش و دستيابي به چسبندگي بالا لازم است. هواي خنك از روي محل جوش عبور داده مي‌شود تا حرارت را خارج كند. با استفاده از يك تثبيت‌كننده ، قطعات چندتايي را مي توان در 20 تا 30 ثانيه جوش داد. حذف چسب ذوبي منجر به كاهش 10 تا 15 درصدي در وزن و كاهش 20 تا 40 درصدي در زمان نصب زيرسقفي روي خودرو F150 مي‌شود. هم‌چنين فرآيند InfraWeld باعث كاهش ايجاد سر و صدا و بهبود قابليت بازيافت مي‌شود. Extol ثابت كرده است كه اين فرآيند را در كاربردهاي ديگري مثل رودري‌ها، زيرپائي و فرش، صندوق عقب و سيني‌هاي بسته‌بندي مي‌توان استفاده كرد. انتظار مي رود كه شركت Ford در تابستان آينده از روش InfraWeld در مدل ديگري از خودروهاي خود نيز استفاده كند. اولين مخزن گرمانرم روغن براي خودرو، برنده جايزه بخش شاسي/سخت افزار شد. پوسته بالايي آن آلومينيوم قالبگيري شده مي‌باشد و پوسته پاييني آن از جنس نايلون 66 پرشده با 35% شيشه (Zytel 70G35 HSLR از شركت DuPont ) مي‌باشد كه از طريق قالبگيري تزريقي تهيه مي‌شود. اين مخزن روغن براي خودروي سواري ديزلي Daimler C-Class استفاده شده است و نسبت به طراحي‌هاي تمام آلومينيوم ، 4/2 پوند سبك‌تر است.بعلاوه مسافت طولاني جريان و زمان كوتاه تزريق در مورد نايلون پايدار در برابر حرارت، باعث كاهش 20 تا 25 درصدي هزينه‌ها مي‌شود. اين مخزن سختي بالايي دارد و در برابر روغن داغ تا دماي ºC 150 مقاوم است. وجود يك تيغه جريان را بهبود مي‌دهد و سر و صداي ناشي از حركت را كاهش مي‌دهد. يك منحرف‌كننده روغن/سيني باد به بخش مسطح مخزن جوش داده مي‌شود. DuPont پيش ‌يني مي‌كند كه در ساير كاربردها مثل لوله برداشت روغن، صافي روغن و ساير قطعات برگشت روغن نيز استفاده شود. نوآوري‌ها در بخش مواد برنده جايزه بخش مواد يك TPE قالبگيري شده در حالت نيمه مذاب است كه براي ورق‌هاي بخش خارجي دستگاه‌ها استفاده مي‌شود. آميزه‌هاي استايرن/الفين بوسيله Inteva Products,Troy,Mich كه تامين‌كننده قطعات داخلي مي‌باشد، توسعه داده شد. اين آميزه به‌خوبي PVC يا TPU و يا حتي بهتر از آنها عمل مي‌كند در حالي‌كه وزن را 20% كاهش مي‌دهد و مواد آلي فرار منتشر نمي‌كند. اين مواد در ورق‌هاي IP براي 2008 GM Saab 9-7X SUV استفاده مي‌شود. اين ماده جايگزيني براي TPU و PVC است و مي‌تواند بوسيله دستگاه‌هاي قالبگيري نيمه مذاب پودري مشابه ، فرآيند شوند. گرانروي پايين مذاب فرمول‌بندي در برش كم قابل مقايسه با PVC است و يك افزودني بي‌همتا فشردگي عالي پودر و جريان زياد را ايجاد مي‌كند، در نتيجه توده فشرده‌اي ايجاد مي‌شود و منافذ كاهش مي‌يابد. از ساير خواص اصلي آن مي‌توان چكش‌خواري (انعطاف پذيري) در دماي پايين تا ºC 35- و مقاومت جوي بهتر و عملكرد ابعادي بهتر نسبت به PVC را نام برد. Inteva ليسانس انحصاري توليد آن را به A.Schulman Inc. واگذار كرده است تا بعنوان بخشي از خط Invision TPE در امريكا و اروپا مواد را توليد و به فروش برساند. يكي از فيناليست‌هاي بخش مواد از نانورس در يك SMC جديد سبك وزن استفاده كرد و گفته مي شود اين اولين بار است كه بدون استفاده از گويچه‌هاي كروي توخالي براي دستيابي به چگالي كم اقدام مي شود. با اين روش وزن كاپوت كاميون‌ها براي Navistar International كه به روش قالبگيري فشاري توليد مي شود، 20% كاهش مي‌يابد. كاپوت براي ورق‌هاي Class A بر پايه پلي استر Arotran 720 و براي تقويت سازه بر پايه پلي استر Arotran 740 مي‌باشد. هر دو رزين از محصولات شركت Ashland Composite Polymers مي‌باشند. به گفته رئيس بخش علمي Ashland ، حدود phr 200 از پركننده كربنات كلسيم با phr 50-20 از يك پركننده تقويت كننده و phr 5-3 از نانورس Cloisite (محصول شركت Southern Clay Products ) جايگزين مي‌شود. نانو ذرات بخوبي در رزين پراكنده مي‌شوند و به ايجاد حفره‌هايي در حد ميكرو كمك مي‌كنند در نتيجه ميزان مصرف مواد افزودني كاهنده‌ي جمع‌شوندگي كاهش مي‌يابد. مدول در دماهاي بالا را % 20-15 افزايش مي‌دهند و ظاهر سطح را بهبود مي‌دهند. فرمول‌بندي SMC شامل چقرمه‌كننده‌هاي اكريليكي براي بهبود رنگ‌پذيري مي باشد. به‌رغم چگالي كم‌تر، خواص مكانيكي حفظ مي‌شود و براي فرآيند آنها از تجهيزات فرآيندي موجود مي‌توان استفاده كرد. قيمت اين مواد حدود %15 از SMC استاندارد بيشتر است. Ashland برنامه‌هاي مختلف ديگري براي كاربرد SMC در صندوق عقب و ساير كاربردهاي حمل و نقل ، برنامه ريزي كرده است. يكي از فيناليست‌ها در بخش قطعات داخلي بدنه، يك TPO اختصاصي بود كه توسط Ford و Advanced Composites توسعه داده شده است. يك استاندارد جديد براي چقرمگي در دماي كم در سامانه‌هاي كيسه‌هاي هواي بدون درز تنظيم مي‌شود. TPO جديد روي Ford Focus و Lincoln MKS در Cº 40- چكش خوار است و نيازمندي‌هاي سختگيرانه و شديد Fordدر مورد مقاومت در برابر ضربه در دماي كم را برآورده مي كند. سامانه كيسه هوا كه از طريق قالبگيري تزريقي و بوسيله Automotive Components Holdings,Daline,Mich. توليد مي‌شود، ارزان‌تر بوده و 5 پوند (kg 27/2 ) از گونه‌هاي نرم IP سبكتر است. ورق هاي جديد براي بدنه در همايش SPE Automotive Composite ، SABIC و Azdel Inc توليد مشترك Ixis 157 (يك چندسازه گرمانرم تركيبي) را براي كاربرد در ور‌ق‌هاي افقي بدنه اعلام كردند. ساختار ساندويچي از يك هسته از جنس PP تصادفي پر شده با %50 شيشه و دو پوسته (ورق خارجي) º90/º0 از جنس PP تقويت شده با %60 الياف تك جهتي، تشكيل شده است. پوسته به ايجاد ظاهر رنگي و زيبا كمك مي‌كند و پايداري ابعادي را حفظ مي‌كند درحالي‌كه هسته به عمليات فرآيند كمك مي كند و قيمت كلي ماده را كاهش مي‌دهد. به گفته Mike Birrell مدير چندسازه‌هاي مورد استفاده در كاربردهاي خارجي شركت Azdel، پوسته روي هسته نورد مي‌شود تا يك ورق نيمه يكپارچه توليد شود و عموماً ضخامت اين قطعات يكپارچه 2 ميلي‌متر است. چندسازه %50 از فولاد سبك‌تر است و عايق صوتي مناسبي مي‌باشد. HDT آن ºC 157 است و براي رنگ‌آميزي به‌صورت off-line طراحي شده است. از آنجا كه ماده براي قالب‌گيري در فشار پايين(psi 100-15 ) طراحي شده است، قالب‌هاي آلومينيومي مي‌تواند استفاده شود. در نتيجه باعث كاهش85 درصدي قيمت نسبت به ورق‌هاي فولادي بدنه در حجم تا 100000 قطعه مي‌شود. قالب‌گيري فشاري مواد مي‌تواند در چرخه‌هاي 2 دقيقه‌اي انجام شود و قطعات با حجم كم مي‌توانند در 20 دقيقه از طريق خلا در دماي ºC 200 يكپارچه شوند. تا اين تاريخ اين مواد كاربرد تجاري نداشته‌اند اگرچه بطور نمونه و آزمايشي در وسايل نقليه‌اي مثل GM Chevrolet Volt و Hyundai QarmaQ بكار برده شده‌اند. انتظار مي‌رود طي يك سال آينده كاربرد براي سقف در اروپا و امريكا تجاري شود. يك چندسازه تركيبي ديگر كه Ixis 200 نام دارد و بر پايه Xenoy PC/PBT (توليد SABIC ) مي‌باشد، تحت توسعه است. HDT آن ºC 200 است و براي رنگ آميزي on-line و اعمال آستري الكتروبرنشاني (e-coat) طراحي شده است. چندسازه‌هاي الياف كربن بيشترين سر و صدا را تاكنون در صنعت خودرو ايجاد كرده‌اند. جايزه بخش عملكرد و سفارشي سازي به كاپوت Class A براي 2009 Corvette ZR1 رسيد. اين كاپوت آزمون‌هاي برخورد از جلو FMVSS را برآورده مي‌كند. قطعه الياف كربن اشباع شده با اپوكسي داراي مدول خمشي (flexural modulus) psi 14 ميليون و وزن حدود 12 پوند، نصف وزن كاپوت ساخته شده از SMC ، مي باشد. ساختار دو تكه اي از يك ورق خارجي شش لايه‌ي تك جهتي Class A كه رنگ شده است و يك ورق داخلي دو بافتي كه سطح آن تا نزديك Class A براق شده است ، تشكيل شده است. هم‌چنين براي اولين بار در صنعت از يك پنجره پلي كربناتي براي ديدن داخل استفاده شد. از يك پوشش ويژه پلي‌يورتاني براي كاهش خراش، تشكيل مه و خوردگي بر روي پنجره استفاده شد. اين پنجره بوسيله يك چسب مخصوص كه توسط Ashland توسعه داده شده است، به كاپوت چسبانده شد. كاپوت در خلا باد مي‌شود ودر شرايط اتوكلاو بوسيله شركت Plasan Carbon Composites,Bennington, Vt قالبگيري مي‌شود. از يك اپوكسي سريع سخت شونده با VOC پايين ( از شركت ETS ) كه داراي پايداركننده UV است، استفاده شد. Plasan هشت قطعه را در كمتر از 60 دقيقه در دماي ºF 290 پخت مي‌كند. Plasan از سامانه‌هاي بازرسي، ماشين آلات و چسبنده روباتيك استفاده مي كند. هزينه ابزارآلات زير 100000 دلار است كه حدود %90 از قالب هاي مورد استفاده در SMC كمتر مي باشد. به گفته مدير مهندسي شركت Plasan ، قطعه نهايي داراي قيمتي رقابتي در مقايسه با SMC مي باشد. يك كاپوت الياف كربن ديگر براي Ford Mustang Shelby 500KR تجاري شده است. فناوري‌هاي تجديد پذير برنده جايزه بخش محيط زيست شرح مي‌دهد كه براي اولين بار از يك پلي‌ال بر پايه سويا براي توليد اسفنج پلي‌يورتان مورد استفاده در صندلي استفاده كرده است. در 2008 Ford Mustang و 8 مدل ديگر از خودروهاي Ford ، براي توليد اسفنج پلي‌يورتان مصرفي در صندلي ها حدود %12 از پلي‌ال مشتق شده از نفت با نوع بدست آمده از سويا جاي‌گزين شده است. شركت Lear Corp., Southfield, Mich پلي ال هاي بر پايه سويا را از Urethane Soy Systems Co مي‌خرد و طي يك فرآيند اختصاصي با پلي‌ال‌هاي متداول مخلوط مي‌كند. به گفته مدير بخش مواد پيشرفته شركت Lear ، ميزان VOC آزاد شده در فرمول‌بندي‌هاي مخلوط %66 كمتر است و نسبت به پلي‌ال‌هاي پايه روغني بخارات كمتري آزاد مي‌كنند. Lear و Ford قصد دارند در آينده ميزان پلي‌ال بر پايه سويا را تا %25 افزايش دهند. به هر حال Ford ليسانس فناوري را به John Deere Co., Moline, I11 واگذار كرده است و ساير كاربردهاي داخلي اسفنج شامل زير سري، زير دستي و داشبورد مركزي را دنبال مي كند. يكي ديگر از فيناليست هاي بخش محيط زيست از TPO بازيافتي براي توليد يك قطعه با مقاومت جوي خوب استفاده كرده است. ورق ورودي هوا در GMC Envoy و Chevrolet Traiblazer SUV از قالبگيري تزريقي TPO بازيافتي بدست آمده از سپرهاي صدمه ديده خودرو، ساخته مي شود. فرمول‌بندي حاوي حدود %20 تالك مي باشد. يكي از مشكلاتي كه در بازيافت TPO مطرح است، خارج كردن رنگ مي باشد. MCR Polymers يك فرآيند اختصاصي براي خارج كردن رنگ دارد كه باعث ايجاد مواد بازيافتي با حداقل آلودگي مي شود. خواص فيزيكي آن مشابه گونه‌هاي اصلي مورد استفاده براي اين قطعه بدون رنگ مي باشد. ضايعات توليد شده از فرآيند بازيافت پايه آبي، خشك و بعنوان پر كننده فروخته مي شود. از نظر هزينه %2/2 نسبت به رزين اصلي صرفه جويي مي شود و 445000 پوند از مواد ضايعاتي بازيافت مي شود. قطعات قالبگيري شده با ظاهر زيبا يكي از فيناليست هاي بخش فرآيند/نصب ، هواكش مشبك جلوي رادياتور با جلوه كروم براي Hyundai Verna بود و ادعا شده است كه بيش از چهار فيلم تزييني قالبگيري تزريقي شده بطور همزمان بر روي يك قطعه كه بطور جزئي تزيين شده است، بكار مي رود. شش قطعه گرماشكل‌دهي شده (thermoformed) ساخته شده از ABS با ضخامت 5/0 ميلي متر و با رنگ داراي جلوه كروم (از شركت Soliant ) بر روي يك هسته ASA در يك فرآيند تك تزريقي (single shot) قالبگيري شد. اين فرآيند كروم كاري و رنگ آميزي را حذف مي كند و بازيافت و دوام قطعه را بهبود مي دهد. Soliant و Motost كره ابزار جديدي براي جابجايي درونه‌هاي (insert) چندتايي با يك ورودي مركزي توسعه داده‌اند. اين مساله با انحرافات ايجاد شده در هسته و اطراف حفره‌ها براي حداكثر كنترل بر جريان رزين ، همراه بود. اولين EPP Headrest يكي از فيناليست هاي بخش ايمني اسفنج PP منبسط شونده براي نگهدارنده زيرسري بود كه نيازمندي‌هاي FMVSS-202a را براي زيرسري برآورده مي‌كند. در مدل‌هاي مختلف Ford شامل Focus ، Flex ، MKS و كاميون F-150 از اين قطعه استفاده شده است. JSP International ، دانه‌انبساطي را توليد كرده و مي‌فروشد و Tegrant Corp قطعات را براي Windsor Machine Group قالبگيري مي‌كند. فشردگي‌هاي منطقه‌اي روي هسته اسفنجي قالبگيري مي‌شود تا تنظيم دائمي در حين FMVSS-202 و آزمون حفظ ارتفاع ، كاهش يابد. هندسه بي نظير قطعه اين اجازه را مي‌دهد كه بطور همزمان براي 32 حفره قالبگيري شود. هزينه ابزارآلات به ميزان قابل توجهي از هسته‌هاي زير سري قالبگيري دمشي يا قالبگيري تزريقي پايين‌تر است. Wire-cut PS foam براي زيرسري ارزان جاذب انرژي و ضربه، برنده بخش ايمني شد. ورقه‌هاي اسفنجي Impaxx PS (محصول Dow) به صورت بلوك‌هايي اكسترود مي‌شود و سپس به اشكال پيچيده‌اي براي Ford Focus بريده مي‌شود. اين روش نياز به ابزار خاصي ندارد، باعث كاهش وزن %25 نسبت به محصولات رقيب مي‌شود و طراحي و توليد آن در 5 روز انجام مي‌شود.

واژه نامه

چند سازه composite

چكش خوار ductile

سپر fascia

مدول خمشي flexural modulus

اسفنج foam

هواكش مشبك جلوي رادياتور grille

زيرسقفي headliner

كاپوت hood

چسب ذوبي hot-melt glue

درونه inserts

افزودني كم جمع شو low-profile additives

نانورس nanoclay

پاركابي running board

بخش جلوي دنده و بين دو صندلي جلو shifter

قالب گيري نيمه مذاب slush molding

صندوق عقب trunk storage

قالب گيري دمشي دو ورقي twin-sheet blow molding

برگردان: مهندس حسین برزگر شعبانی

منبع: مجله بسپار