ويژگي‌هاي مواد پلاستيکي مصرفي در چراغ‌هاي خودرو

چراغ‌هاي خودرو شامل چراغ‌هاي جلو، داخلي، کمکي يا جانبي، چراغ داخل داشبورد، صندوق، نمره عقب، راهنماي روي در، چراغ روي در و چراغ مه‌ شکن مي‌باشد.

هر چراغ از چند بخش زيرساخته مي‌شود:

1. لامپ

2. لنز: محافظ چراغ

3. Housing: محفظه پشت چراغ که قسمت اصلي روي آن سوار مي‌شود.

4. مجموعه reflector يا منعکس‌کننده: سطح براق داخل چراغ است که نور را بازتاب مي‌دهد.

کل اين مجموعه به دو بخش reflector و sub reflector تقسيم مي‌شود. که قسمت اصلي مربوط به رفلکتور و بقيه قسمت‌هاي براق sub reflector است.

انتخاب لامپ مناسب براي توليد شدت نور بيشتر تا مصرف کم، يکي از هدف‌هاي موردتوجه در چراغ است.

همچنين، با طراحي شکل اپتيکي صحيح reflector توزيع پرتوهاي نوري در امتداد و ناحيه دلخواه در جلوي خودرو محدود مي‌شود.

نور زننده‌اي که چراغ جلوي خودرو از خود توليد مي‌کند باعث خيرگي يا عدم ديد راننده وسيله‌نقليه عبوري مقابل مي‌شود. از سوي ديگر، نور زننده و نامنظم، از نماياني اجسام روي ماده مي‌کاهد که اين مشکل را مي‌توان با طراحي اپتيکي سه‌بعدي reflector و لنز برطرف کرد.

انتخاب مواد مناسب براي زمينه اصلي بازتابنده مورد ديگري است که به آن پرداخته مي‌شود. به‌منظور شکل‌گيري بهتر و پايه‌اي بيشتر و قيمت کم، ترکيبي از مواد پلاستيکي استفاده مي‌شود.

براي انعکاس نور لامپ يا آيينه‌اي کردن پلاستيک، لازم است نوعي لايه بازتاب‌کننده بالا، بر روي آن نشانده شود. از يک لايه مياني براي چسباندن لايه بازتاب‌کننده به پلاستيک و از لايه‌اي ديگر براي حفاظت لايه بازتاب‌کننده استفاده مي‌شود.

مواد اپتيکي reflector

مواد بازتابنده، زمينه اصلي يک جسم اپتيکي آيينه‌اي تلقي مي‌شود. براي آيينه‌اي شدن، از ماده‌اي با بازتاب بالا، استفاده مي‌شود. در انتخاب اين ماده بايد به جنس و ضريب شکست آن توجه داشت. قابليت شکل‌گيري مواد که زمينه اصلي reflector را مي‌سازند، نقشي اساسي در شکل اپتيکي موردنظر مواد دارند. از سوي ديگر، قيمت کم، سبکي، مقاومت شيميايي، مکانيکي و حرارتي، عواملي موثر در انتخاب reflector هستند.

باتوجه به فرايند توليد پلاستيک که ممکن است تزريقي يا تحت فشار (براي اجزا بزرگتر يا cost) باشد، توليدات تزريقي نسبت به نمونه مشابه شيشه‌اي خود از لحاظ اندازه و شکل بهتر عمل مي‌کنند. مواد پلاستيکي سبکتر، داراي کيفيت سطح بهتر، مقاومت در برابر برخورد و قابليت بهتر در دستيابي به اشکال پيچيده هندسي است. در عين‌حال، در برابر حرارت پايداري خوبي از خود نشان نمي‌دهد و در مقابل سايش حتي از نرم‌ترين شيشه‌هاي اپتيکي نيز مقاومت کمتري دارد. در انتخاب مواد پلاستيکي بايد به «چروک خوردگي» نيز توجه داشت. اين نقص، باعث پراش?نور از سطح اجزاي اپتيکي مي‌شود. دو نوع اصلي پلاستيک وجود دارد: ترموپلاستيک و ترموست.

ترموپلاستيك‌ها

اين مواد، دسته‌اي از رزين‌ها هستند که براحتي با حرارت نرم مي‌شوند و مي‌توان مکرراً آنها را با حرارت نرم و دوباره با خنک کردن سخت کرد. از آنجا که اعمال دماي زياد براي ذوب کردن ترموپلاستيک باعث تنزل مرغوبيت آن مي‌شود، تعداد دفعاتي که مي‌توان براي استفاده مجدد آن را با حرارت ذوب کرد، محدود است.

ترموپلاستيک‌ها در برابر مواد شيميايي حساس‌تر و در مقايسه با ترموست‌ها از مقاومت کمتري برخوردارند. براي اينکه بتوان ويژگي خاصي را از پلاستيک‌ها توليد کرد، لازم است با پرکننده‌ها و پايدارکننده‌ها مخلوط شوند.

ترموپلاستيک‌ها براي توليد بازتابنده در چراغ خودرو به‌دليل سهولت در قالب‌گيري و کيفيت سطح رضايت?بخش آنها، مناسب هستند. اين مواد به گرماي لامپ چراغ خودرو حساس بوده و اين ضعف باعث تغيير شکل موضعي بازتابنده مي‌شود و مي‌تواند بر کيفيت پرتوهاي نوري بازتابنده، تاثير منفي بگذارد.

ترموست‌ها

اين مواد برخلاف ترموپلاستيک‌ها، پليمرهايي هستند که نمي‌توان آنها را نرم کرده و يا به‌منظور استفاده مجدد، دوباره گرم کرد. به‌طور کلي اين مواد در برابر حرارت مقاومت بهتري دارند. چروک‌خوردگي آنها حدود 14 تا 15درصد است. مواد ترموست در ترکيب زمينه پلاستيکي بازتابنده چراغ خودرو به‌کار مي‌روند و به‌طور کلي عبارتند از:

· رزين با يک پايه پلي‌استر

· عاملي براي پيشگيري از چروک‌خوردگي، مانند ترکيبات ترموپلاستيکي

· موادي نظير فيبر شيشه براي مقاوم‌کردن در برابر اعمال نيرو

ترکيبات مناسب مواد مختلف، باعث توليد سطحي با کيفيت اپتيکي بالا مي‌شود. در واقع هيچ‌گونه زبري و شياري بر روي سطح به‌وجود نمي‌آيد. همچنين با استفاده از درصد مناسبي از مواد، مي‌توان خصوصياتي مانند قابليت خمشدگي و مقاومت در برابر گسيختگي را بهبود بخشيد.

PMMA (پلي‌متيل متال اکريلات)

اين ماده، شفاف‌ترين پلاستيک موجود در دنياست و قدرت عبور نور آن تقريباً به اندازه شيشه و فاقد عيب زردشدگي است. به‌همين‌علت، آن را کريستال مصنوعي نيز مي‌نامند. از مهم‌ترين خواص اين ماده، مقاومت آن در برابر هر نوع آب‌و‌هواست. همچنين داراي مقاومت شيميايي و پايداري ابعادي، حرارتي و مکانيکي مناسبي است. در عين حال، استحکام ضربه‌اي پاييني دارد و در برابر حلال‌هاي هالوژن‌دار، مقاومت کمي از خود نشان مي‌دهند. اين ماده گران است و اگر به‌همراه استايرن به‌عنوان يک کوپليمر به‌کار رود، مقاومت حرارتي و قيمت مناسب‌تري نسبت به هموپليمر خواهد داشت.

PC (پلي کربنات)

اين ماده، پلاستيکي آموروف و شفاف است که خواص آن عبارتند از: شفافيت عالي (عبور نور تا 92درصد) مقاومت زياد در برابر ضربه و مقاومت حرارتي تا منفي 140درجه سانتي‌گراد، خواص الکتريکي خوب و ماده‌اي ذاتا خوداطفاست. PC از پايداري ابعادي خوبي برخوردار است و استحکام عالي دارد، در دماي بالا خاصيت خود را حفظ مي‌کند و گاهي جايگزين فلزات مي‌شود. مخلوطي از پلي‌کربنات و ABS سختي دماي کم، حساسيت شياري و فرايندپذيري پلي‌کربنات را بهبود مي‌بخشد. در عين‌حال، کوپليمر PC و ABS خاصيت استحکام مناسب و مقاومت حرارتي خوب PC و ضربه‌پذيري بالاي ABS را به‌همراه دارد.

يکي از معايب PC مقاومت اندک آن در برابر موادشيميايي و اشعه uv است (زود زرد مي‌شود). همچنين اين ماده تحت تاثير قليا و هيدروکربن‌هاي آروماتيک قرار مي‌گيرد. PC اگر در معرض اين حلال‌ها، تحت تنش قرار گيرد ترک مي‌خورد.

PP (پلي پروپلين)

اين ماده، سبک‌ترين پلاستيک دنياست (با وزن مخصوص 0.9gr/cm2). آنچه که اين ماده را بر پلي‌اتيلن برتر مي‌سازد، سبکي، مقاومت در حرارت بالاتر و نيز مقاومت در برابر محلول‌هاي شيميايي است. اين ماده از خاصيت دي‌الکتريک عالي برخوردار است. با افزايش دما، خواص مکانيکي خود را حفظ مي‌کند و در برابر تنش‌هاي ترک‌زا مقاوم بوده و در عين‌حال، از قيمتي پايين برخوردار است. معايب آن عبارتند از: در حرارت صفر درجه به پايين، حالت تردي و شکنندگي به‌خود مي‌گيرد و به‌همين دليل سعي مي‌شود که آن را با الاستومر مخلوط کنند. همچنين در برابر شرايط آب‌و‌هوايي مقاومتي مطلوب ندارد.

ABS (اکريلونيتريل بوتادين استايرين)

اين ماده نوعي ترپليمر تشکيل شده از سه‌فاز اکريلونيتريل، بوتادين و استايرين است که با تغيير نسبت‌هاي اين سه فاز، مي‌توان خواص متفاوتي را ايجاد کرد.

با مخلوط کردن اين سه ماده، پلاستيکي بسيار سخت توليد مي‌شود، اما شفافيت پلي‌استيرن از بين مي‌رود و خواص مکانيکي بسيار عالي پيدا مي‌کند. رزين‌هاي ABS از استحکام دي‌الکتريکي خوبي برخوردارند و خواص الکتريکي آنها تحت تاثير حرارت و رطوبت قرار نمي‌گيرد.

از مزاياي اين ماده مي‌توان به فرايندپذيري خوب و شيرينکيج[1] و دامنه وسيع خواص آن نام برد که به‌همين دليل براي ساخت قطعات دقيق، بسيار مناسب است.

PBT (پلي بوتيلن تترافتالات)

اين نوع پلي‌استر خطي، از مقاومتي عالي در برابر مواد شيميايي و حرارت برخوردار است و خواص الکتريک خوبي دارد. اين خواص، تحت‌تاثير رطوبت قرار نمي‌گيرند. PBT در دماي اتاق، تحت‌تأثير آب، اسيدها و بازهاي ضعيف و حلال‌هاي آبي رايج، قرار نمي‌گيرد. PBT را به‌دليل خاصيت مقاومت در برابر حلال نمي‌توان به‌صورت محلول تهيه کرد. فرايند کار با رزين‌هاي PBT معمولا قالب‌گيري تزريقي است.

PA (پلي‌آميد)

پلي‌آميدها، به طور کلي به دو دسته آروماتيک و خطي (آليفاتيک) تقسيم مي‌شوند.

الف- پلي‌آميدهاي آروماتيک: به اين پلي‌آميدها، اصطلاحاً آراميد گفته مي‌شود. وجود حلقه بنزن در زنجيره اصلي آن باعث بالارفتن استحکام کششي اين مواد مي‌شود.

ب- پلي‌آميدهاي خطي (N12,N11,N66,N6):

از الياف PA6 در نساجي و PA66 بيشتر در صنايع تايرسازي استفاده مي‌شود. به‌طور کلي، يکي از مشخصه‌هاي نايلون‌ها، توان جذب آب بالاي آنهاست به‌همين‌دليل قبل از توليد خشک مي‌شوند.

از ديگر انواع پلي‌آميدها، N11‌و‌N12 است که مزيت عمده آنها، مقاومت بالا در برابر آب نسبت به دو نايلون ديگر است. اين دو نايلون بيشتر در قطعاتي استفاده مي‌شود که در تماس با آب قرار دارند.

نايلون نوع 6، مقاومت بسيار خوبي در برابر فرسودگي دارد، از استحکام خوب و مقاومت کششي خوبي برخوردار است و در برابر روغنها، گريس‌هاي نفتي و حلال‌ها، مقاومت خوبي از خود نشان مي‌دهد، اما در برابر ضربه تحت شرايط خشک، مقاومت کمي دارد.

پرکننده Filer

لفظ filer معمولا به افزودني‌هاي جامد در يک پليمر اطلاق مي‌شود. اين عمل براي اصلاح خواص فيزيکي (معمولا مکانيکي) پليمرهاست. Filerها، موادي هستند که عمدتاً به‌منظور ارزان کردن و يا سنگين کردن مواد پليمري افزوده مي‌شوند و زمينه دماي تغيير شکل آنها را فراهم مي‌سازند. پرکن‌ها معمولا هر اندازه ذره ريزتر باشند، خواص استحکام کششي، مدول و سختي بالاتري خواهد داشت. پرکن‌هاي ليفي، اغلب به‌شکل لايه‌اي قرار داده مي‌شوند. از الياف معدني نظير پنبه‌نسوز و الياف شيشه نيز در آميزه‌هاي قالبگيري (ترموپلاستيک يا ترموست) بويژه هنگامي که به‌ترتيب مقاومت گرمايي و استحکام موردنياز باشد، استفاده مي‌شود. از انواع filerها مي‌توان به پودر تالک، کربنات کلسيم، خاک اره و موادمعدني اشاره کرد.

استحکام دهنده‌ها Rien forcer

موادي هستند که موجب افزايش استحکام و خواص فيزيکي مکانيکي مي‌شوند. انواع اين مواد عبارتند از: الياف شيشه، الياف کربن، الياف آراميد و الياف نايلون.

1. خرده معمولا در مورد پلاستيک‌ها استفاده مي‌شود و حدود 6ميلي‌متر طول دارند.

2. الياف نمدي Matt (مانند فايبرگلاس‌هاي معمولي)

3. بافته Woven که در يک يا دو جهت به‌صورت تاروپودي قرار مي‌گيرند.

در اضافه کردن استحکام‌دهنده‌ها، بايد توجه کرد که پايه استحکام‌دهنده‌ها با ماده پليمري سازگار باشد، مثلا PP+GF.

مقايسه لنزها

مقايسه لنز چراغ‌هاي مختلف، نشان مي‌دهد که لنز چراغ‌هاي جلوي خودرو از PC و چراغ‌هاي عقب از PMMA و لنز مه‌شکن‌ها از شيشه ساخته شده است با بررسي ويژگي‌هاي هر يک از اين مواد، مي‌توان دليل اين نوع استفاده را به‌صورت زير بيان کرد.

1. از آنجا که چراغ جلو بيشتر در معرض ضربه قرار دارد، سعي شده است در ساخت آن از PC که مقاومت بيشتري در مقابل ضربه دارد، استفاده شود.

2. شکل لنز در چراغ‌هاي جلو، براي پخش بهتر نور بسيار اهميت دارد و چون شکل‌پذيري PC نسبت به PMMA خيلي بهتر است، از اين پليمر استفاده مي‌شود.

3. گرماي محيط چراغ جلو به‌دليل استفاده از لامپ‌هاي پرتوان‌تر و نزديکي چراغ به موتور، قابل توجه است. به‌همين‌دليل، سعي شده است از PC که دماي تغييرشکل بالاتري نسبت به PMMA دارد استفاده شود.

4. لنز چراغ‌هاي سقف را از PMMA ساخته‌اند زيرا PMMA در برابر فرايندهاي شيميايي، مقاوم بوده و زرد نمي‌شود. در ضمن، پليمري ارزان‌تر از PC است.

5. لنز چراغ‌هاي مه‌شکن از شيشه است زيرا مه‌شکن بيشتر در برابر برخورد سنگ‌ريزه‌ها قرار دارد. از آنجا که شيشه به‌دليل پرتاب سنگ‌ريزه کنده نمي‌شود، سعي شده است به‌جاي پلاستيک از شيشه استفاه شود.

6. توان جذب آب PMMA بيشتر از PC بوده و به‌همين‌دليل، در چراغ‌هاي جلو از PMMA استفاده نمي‌کنند تا امکان نفوذ آب در چراغ کمتر شود.

7. در چراغ‌هاي راهنماي جلو، معمولاً از PC استفاده شود زيرا در برابر ضربات مقاوم‌تر است. البته استفاده از PMMA نيز ديده شده زيرا ارزان‌تر از PC است و تا حدودي ويژگي‌هاي لازم را تامين مي‌کند.

8. در چراغ‌هاي خاص، گاهي ديده مي‌شود که از لنزهاي متفاوتي استفاده شده است. اين مواد فقط به سليقه و هدف سازنده و نقشه مرجع بستگي دارد.

9. PP به‌تنهايي در برابر ضربه مقاومت ندارد به‌همين‌دليل، از TC يا GF در آن استفاده مي‌شود تا استحکام بالاتري پيدا کند.

مقايسه housing

باتوجه به جدول پيوست، مشاهده خواهيد کرد که housing مربوط به چراغ‌هاي جلو و اغلب چراغ‌هاي ترمز سوم، از pp و چراغ‌هاي خطر، داخل داشبورد و راهنما، از ABS ساخته شده است.

باتوجه به ساختار و موقعيت هر يک از چراغ‌ها مي‌توان دليل استفاده از اين پليمرها را به‌صورت ذيل بيان کرد:

1. ساختار چراغ‌هاي خطر به‌گونه‌اي است که housing يا reflector آنها يکپارچه ساخته مي‌شود. از آنجا که لازم است reflector گرماي ناشي از لامپ را تحمل کند، ترکيب housing و reflector را بايد با ABS ساخت که در برابر حرارت مقاوم است. اگر در چراغ‌هاي جلو housing از reflector جدا باشد، نيازي به استحکام موردنظر نيست.

2. شيرينگيچPP بسيار بالاتر از ABS است. از آنجا که ساختار reflector به ماده‌اي نياز دارد که تغييرات کمي داشته باشد و بتوان آن را به‌راحتي ساخت، از PP استفاده مي‌شود.

3. سعي مي‌شود housing چراغ‌هاي جلو از Filer استفاده شود زيرا خاصيت Filler، افزايش hardness و دماي تغييرشکل تحت فشار است و چراغ‌هاي جلو به موتور نزديک‌تر هستند.

4. قيمت PP کمتر از ABS است. به‌همين‌دليل، سعي مي‌شود تا حد امکان از PP استفاده شود.

5. PC در جايي استفاده مي‌شود که حرارت آن زياد باشد. شايد يکي از دلايلي که housing راهنماي جانبي را با PC مي‌سازند، ميزان گرماي توليد لامپ اين چراغ باشد.

6. معمولا در housingها از ABS و ABS+PC و PBT استفاده مي‌شود.

مقايسه Socket housing

در Socket housing خصوصياتي از پليمر که بايد در آنها توجه کرد. استحکام دي‌الکتريک، جذب آب، مقاومت در برابر ضربه با ايجاد شيار، دماي تغييرشکل و قيمت است. باتوجه به جدول قبل مشاهده مي‌کنيد که Socket مربوط به چراغ‌هاي خطر تماماً از PP چراغ‌هاي نمره عقب از PBT ساختمان پليمري اغلب ترمز سوم‌ها از ABC+PC و در مورد راهنماها مي‌توان گفت اکثراً از PBT استفاده شده است.

1. با بررسي جدول پيوست، مشاهده مي‌کنيد که سعي شده است در Socket ها از PA6 کمتر استفاده شود. شايد يکي از دلايل آن قابليت جذب آب بالاي PA6 است.

2. يکي از ويژگي‌هاي مشترک اين سه ماده، مقاوم‌بودن کامل آنها در برابر ضربه با وجود شيار است. زيرا چراغ مي‌بايستي با وجود شيار سيستم، براحتي گسيخته نشود.

3. در ترمز سوم سمند، مشاهده مي‌شود که از آلياژ ABS استفاده شده است. علت اين امر ارزان‌بودن پليمر ABS است. لذا سعي مي‌شود تا حد ممکن از آن استفاده شود. البته چون احتمال گرم‌شدن Socket ترمز سوم وجود دارد، سعي شده است از ABS+PC استفاده شود تا توان تحمل Socket بالاتر رود.

4. جنس Socket چراغ‌هاي خطر، معمولا از PP و Socket چراغ‌هاي راهنما از PBT است. علت استفاده از PP در Socket چراغ‌هاي خطر، قيمت کم آن بوده و دليل ديگر اين است که گرماي عقب خودرو و صندوق، کم است، اما چراغ‌هاي راهنما چون در جلوي خودرو قرار دارند و PP با حجم کم قادر به تحمل گرماي اين منطقه نيست، از PBT استفاده شده است.

منبع:

نقشه‌ها و بروشور سازندگان مواد پلاستيکي نظير Bayer

---

[1]. shirinkage

نويسنده : سعيد اسماعيلي - نادر شرافتي