هر چقدر هم که باورش سخت باشد، پلاستیک و ماشین اختراعات قرن نوزدهم هستند. امروزه آنها به طور فزایندهای در ساخت خودروهای مدرن استفاده میشوند. در این زمینه، به دلیل وزن سبک، استحکام و شکلپذیری آسان، اغلب به عنوان مصالح آینده شناخته میشوند. اما پلاستیکهای مدرن مزایای بسیار بیشتری دارند.
پلاستیک از همان ابتدا با صنعت خودروسازی همراه بوده است. اولین ماده ترموپلاستیک سلولوئید در سال ۱۸۵۵ اختراع شد و تنها سی سال بعد اولین وسیله نقلیهای که به عنوان خودرو در نظر گرفته شد، Carl Benz Patentwagen ۱ ساخته شد. اولین تلاش برای ساخت خودرویی که تماماً از پلاستیک ساخته شده بود توسط هنری فورد در سال ۱۹۴۱ به دلیل جیرهبندی فولاد در طول جنگ انجام شد. استفاده انبوه از پلاستیک اما با تولید مدل فورد T در سال ۱۹۵۱ آغاز شد.
امروزه تخمین زده میشود که یک خودروی آماری بین ۴۰ تا ۱۰۰ کیلوگرم قطعات پلاستیکی مختلف دارد که تنها ۱۰ درصد وزن آن را تشکیل میدهد. با پیشرفت پویا در فناوریهای پردازش پلاستیک، دامنه کاربردها در ساخت وسایل نقلیه مدرن همچنان در حال رشد است و طراحان و سازندگان به لطف کیفیت عالی و پارامترهای بهینه قطعات پلاستیکی فرصتهای بیشتری دارند. عموما برای تولید قطعات مختلف خودرو از قالب سازی تزریقی پلاستیک استفاده می شود.
پلاستیکها به طور گستردهای در روکشهای وسایل نقلیه برای بهبود بهره وری سوخت از طریق سبکتر کردن وسایل نقلیه و کاهش خوردگی ناشی از نمک و آب روی سطوح فلزی استفاده شده است. اگرچه پلاستیکها برای دههها چه در خارج و چه در داخل مورد استفاده قرار گرفته اند، بسیاری از تولیدکنندگان خودرو اکنون به جای تکیه بر پلاستیکهای مبتنی بر فسیل، به ساخت پلاستیکهای زیستی و پلیمری روی آوردهاند تا ردپای کربن خود را بهبود بخشند و پایداری را ارتقا دهند. در این مطلب، به تاریخچه روکش پلاستیکی خودروها و افزایش استفاده از پلاستیک در وسایل نقلیه در قرن گذشته خواهیم پرداخت.
تاریخچه استفاده از پلاستیک در پوشش خودرو
پانلهای بدنه بیرونی مدرن، بسیاری از مکانیکهای داخلی و فضای داخلی خودرو تقریباً ۱۰۰٪ از اجزای پلاستیکی تشکیل شده اند. این سوئیچ تا حدی به دلیل اختراع پلاستیک مصنوعی توسط Leo Baekeland – Bakelite در سال ۱۹۰۷ است که به عنوان یک ماده سبک وزن، بادوام، غیر رسانا و مقاوم در برابر حرارت به بازار عرضه شد. این راه حلی است که میتواند فرآیند تولید قطعات کوچک را متحول کند. در صنعت خودروسازی، باکلیت در پانلهای ابزار، سطوح کنترلی و در قسمتهای زیر کاپوت مورد استفاده قرار گرفت زیرا مقاوم در برابر حرارت و غیر رسانا بود.
پلاستیک های زیستی
هنری فورد به دنبال ایجاد پیوندی بین کشاورزی و صنایع خودروسازی بود تا از صنعت کشاورزی در حال مبارزه پس از رکود بزرگ حمایت کند. در سال ۱۹۴۱، شرکت فورد موتور اولین بدنه خودرو ساخته شده از پلاستیکهای زیستی سویا را تولید کرد، متأسفانه، به دلیل جنگ جهانی دوم، تمام تولید متوقف شد و در تلاشهای بازیابی پس از جنگ فراموش شد. به سرعت به سال ۲۰۰۰ رسید و فورد شروع به آزمایش پلیمرهای ساخته شده از الیاف تجدیدپذیر کرد. بسیاری از خودروسازان دیگر از این روند پیروی کردهاند از جمله:
- مزدا از پلاستیک مشتق شده از مواد گیاهی در تلاش برای کاهش مصرف نفت و کاهش ردپای کربن آن استفاده می کند.
- تویوتا اولین شرکتی بود که از PET مشتق شده از نیشکر (پلی اتیلن) و PLA (اسید پلی لاکتیک) استفاده کرد.
- میتسوبیشی به توسعه یک پلاستیک زیستی به نام BioMat از اسید بیوسوکینیک کمک کرد تا قطعات خودرو مانند پانل درهای داخلی، مجرای هوا، تریم و نوار و درج کنسول را ایجاد کند.
- لکسوس CT200h را با استفاده از Bio-PE ساخته است که از بامبو و ذرت برای محفظه، بلندگوها و تشک های کف ساخته شده است.
- فیات در سال 2012 از پلی اورتان های مشتق شده از سویا و پلی آمیدهای مشتق از روغن کرچک در بیش از یک میلیون خودروی خود استفاده کرد.
- مرسدس بنز از یک PE زیستی از کتان برای ایجاد پوشش موتور و گیربکس و همچنین پانل های زیر بدنه استفاده می کند.
- BMW از کامپوزیت های چوبی برای پانل های خود استفاده می کند تا وزن آنها را 20 درصد کاهش دهد. همچنین آنها از کتان و سیزال استفاده می کنند.
- پورشه بدنه خودرو را از کامپوزیت های کنفی طراحی می کند.
قطعات پلاستیکی سبک وزن خودرو
جایگزینی تدریجی قطعات فلزی با قطعات پلاستیکی خودرو همیشه به دلیل نیاز به کاهش وزن خودرو و بهبود عملکرد بوده است. پلاستیکها چگالی کمتری نسبت به فولاد دارند و در عین حال خواص بهتری از نظر استحکام مکانیکی و دوام دارند. در ابتدا پلاستیکهای خودرو عمدتا برای تکمیل داخلی استفاده میشد. امروزه از آنها برای قطعات بیرونی خودرو استفاده میشود که به طور سنتی برای ورق فلزی و فولادی مانند درها، گلگیرها، کاپوتها و حتی سپرها استفاده میشود. جای تعجب نیست، ACC تخمین میزند که اتومبیلهای آمریکایی در هر لیتر بنزین حدود ۱.۵ کیلومتر بیشتر از بدون پلاستیک سفر میکنند. برد بیشتر با نیازهای انرژی کمتر یک مزیت کلیدی برای بخش خودروهای الکتریکی به ویژه است.
امروزه از انواع جدیدتر پلاستیک در خودروها استفاده میشود. به عنوان مثال، پانلهای پشتی سر و صندلیهای فوم پلیاورتان سنتی با پلیپروپیلن منبسط شده بسیار سبکتر و بادوامتر (EPP) جایگزین میشوند که همچنین یک ماده تجدیدپذیر است و بنابراین برای روند خودروهای امروزی مناسبتر است.
چه نوع پلاستیکی در داخل خودرو استفاده می شود؟
یکی از دلایل اهمیت روزافزون قطعات پلاستیکی در ساخت خودروهای مدرن، توسعه سریع فناوری پردازش پلاستیک است. به عنوان مثال از پلی اتیلن برای ساخت انواع گالن های پلاستیکی و بطری های پلاستیکی استفاده می شود. این در حالی است که پلاستیکهای مورد استفاده در خودروها پتانسیل ایجاد ویژگیهای جدید برای پاسخگویی به نیازهای در حال تغییر صنعت خودرو را دارند. یک مثال ایمنی است که در حال حاضر عمدتا از نظر سیستمهای ایمنی فعال خودرو مورد بحث قرار میگیرد. با این حال، پیچیدگی روزافزون وسایل الکترونیکی باید با ساخت خودروی قوی و استفاده از مواد جدیدی دنبال شود که نه تنها از سرنشینان، بلکه از اجزای حساس سیستمهای هوشمند بهتر محافظت میکنند.
فوم پلی پروپیلن نه تنها ضربهها را به خوبی جذب میکند، بلکه کابلها و قطعات الکترونیکی را نیز عایق حرارتی میکند. به لطف افزودنیهای ویژه، میتواند در برابر آتش سوزی و دمای تا ۱۴۰ درجه سانتیگراد مقاومت کند، همانطور که توسط تست UL ۹۴ تایید شده است. علاوه بر این، در حال حاضر با موفقیت از آن استفاده میشود، به عنوان مثال، در ساخت باتری برای ماشینهای الکتریکی به دلیل مقاومت در برابر سوراخ شدن و همچنین امکان دادن خواص آنتی استاتیک به آن مشهور است. قطعات تخصصی ساخته شده از این پلاستیک نیز میتوانند مقاومت بیشتری در برابر ضربه یا خستگی مکانیکی داشته باشند.
لیست قطعات پلاستیکی در خودرو
امروزه خودروسازان بیشتری از قطعات پلاستیکی خودرو استفاده میکنند. قابل درک است، پلاستیکهای مدرن نه تنها بادوام هستند بلکه ساخت خودروها را سبکتر میکنند و باعث کاهش مصرف سوخت میشوند. پردازش پلاستیک برای تجارت اصلی خودروسازی است. کارخانههای فرآوری پلاستیک دانش منحصر به فردی برای تعریف الزامات فنی بسیار مهم است که انتظارات مشتریان را برآورده میکنند. علاوه بر این، به لطف ماشین آلات مدرن، قطعات پلاستیکی با قالب گیری تزریقی ترموپلاستیک تولید میشود. علاوه بر قالب گیری تزریق پلاستیک معمولی، شبیهسازی فرآیند، مونتاژ و بهینهسازی فرآیندهای تولید اضافی مانند برش، قالب گیری بیش از حد و تزئین قطعات پلاستیکی سطحی نیز انجام میشود. لیست قطعات پلاستیکی یک خودرو که در شرکت خودروسازی تولید میشود، عبارتند از:
اجزای داخلی خودرو مانند:
- عناصر داشبورد (به عنوان مثال: محفظه، ستون های در و پنجره)
- تزئینات ستون فرمان
- دستگیره در
- دریچه های هوا
- کنسول های مرکزی
- ماژول های سقف
اجزای خارجی خودرو مانند:
- قوس چرخ
- سپرهای پاشش موتور
- توری ها
- ریل های کف
- پانل های درب
- ضربه گیرها
اجزای صندلی ماشین مانند:
- دسته ماشین EPP
- روکش های پشتی سر
- صندلی
- پایه فوم EPP صندلی ایمنی کودک
همانطور که میبینید، در خودروهای مدرن و زیست محیطی داشبورد، گیج، صفحه، کلید، دریچه تهویه مطبوع، دستگیره درها، کف پوش، سپرها و بسیاری از قطعات دیگر همگی از انواع مختلف پلاستیک ساخته میشوند. بررسی کنید که چگونه بهترین نوع پلاستیک را برای نیازهای فرآیند تولید خود انتخاب کنید.
5 مزیت پلاستیک در مقابل فلز در قطعات خودرو
اگرچه استفاده از پلاستیک در خودروسازی قبل از جنگ جهانی دوم آغاز شد، اما در دهه ۱۹۵۰ اکثر خودروها هنوز کاملا از فولاد ساخته میشدند. با این حال، طی دهههای بعد، پلاستیکها به دلیل کمهزینه، وزن سبکتر و افزایش ایمنی در هنگام تصادف در مقایسه با قاب تمام فولادی، مطلوب شدند.
- راندمان سوخت: به دلیل کاهش وزن آنها، گنجاندن پلاستیک در طراحی خودرو باعث افزایش راندمان سوخت و کاهش انتشار گازهای گلخانهای به طور کلی میشود. امروزه پلاستیکها تقریبا نیمی از حجم یک وسیله نقلیه را تشکیل میدهند اما تنها ۱۰ درصد از وزن آن را تشکیل میدهند.
- نوآوری و طراحی: روکش پلاستیکی خارجی خودرو به طراحان خودرو این امکان را میدهد که مفاهیم نوآورانهای را ایجاد کنند که ممکن است هنگام شکل دادن به فلز امکانپذیر نباشد. همچنین استفاده از پلاستیک هزینههای تولید و ساخت را کاهش میدهد و این پسانداز را به خریدار منتقل میکند. علاوه بر این، وقتی صحبت از خراشها و فرورفتگیها میشود، تعمیر یا تعویض سپر پلاستیکی یا روکش پلاستیکی درب ماشین بسیار راحتتر از فلز است که هنگام خراش دادن زنگ میزند.
3. پایداری: بهره وری سوخت به خودی خود به پایداری در قالب کاهش آلایندهها کمک میکند، اما فراتر از آن، با تولید پلاستیکهای تجدیدپذیر جدید برای استفاده در طراحی خودرو، صرفه جویی در انرژی و عملکرد خودرو افزایش مییابد. تعداد زیادی از تولیدکنندگان خودرو در حال حاضر از پلاستیک بازیافتی برای بسیاری از کاربردهای خود مانند بالشتکهای صندلی، سپرهای جایگزین، محافظهای آبپاش و روکش چرخ استفاده میکنند.
4. ایمنی: ویژگیهای ایمنی در خودروی شما مانند کیسه هوا و کمربند ایمنی از پلی استر بادوام ساخته شده اند. در تصادفات، این ویژگیهای ایمنی مبتنی بر پلیمر و موارد بیرونی مانند روکش درب خودرو و سپرها میتوانند تاثیری بسیار بهتر از فلز داشته باشند و اغلب منجر به نتیجه بهتر برای شما و وسیله نقلیه شما میشوند.
5. مقاومت در برابر آب و هوا: آب و هوا دائما به وسیله نقلیه شما آسیب وارد میکند، به همین دلیل است که از پوششهای مصنوعی روی سطوح فلزی برای کاهش احتمال خوردگی ناشی از آسیب نمک، گرمای شدید و قرار گرفتن در معرض آب استفاده میشود. حتی شیشه جلوهای شیشهای با فیلم پلاستیکی پوشانده شدهاند تا مقاومت در برابر آب و هوا، سایش و پارگی را بهبود بخشند و احتمال شکستگی را کاهش دهند. در زیر کاپوت، قطعات خودرو یا روکش شدهاند یا به طور کامل از پلاستیکهایی مانند پلی اورتان ساخته شدهاند که در برابر حرارت، مقاوم در برابر سایش و در عین حال انعطافپذیر است.
انواع جدید پلاستیک در خودرو
بیش از ۷۰ درصد پلاستیک مورد استفاده در خودروها از چهار پلیمر پلی پروپیلن، پلی اورتان، پلی آمیدها و پی وی سی تشکیل میشود. پرکاربردترین آن پلی پروپیلن است که پلیمری گرمانرم است و به راحتی تقریبا به هر شکلی تبدیل میشود. به دلیل مقاومت عالی در برابر حرارت و شیمیایی، اغلب در سپر خودرو و کفپوش داخلی خودرو استفاده میشود. همچنین به کاهش هزینههای تولید و دستیابی به محصولات با کیفیت خوب کمک میکند. از طرف دیگر قطعاتی مانند روکش فرمان و داشبورد اغلب از پلاستیک ABS ساخته شده اند. علاوه بر این، بسیاری از اجزاء نیز از انواع جدید پلاستیک ساخته میشوند.
پلاستیک های قابل بازیافت در خودروها روند فعلی در تولید خودرو است
فضای داخلی خودروهای ممتاز قبلا با افزودن انحصاری از چرم طبیعی، فلز براق یا چوب مشخص میشد. امروزه اکولوژی به معیار تجمل تبدیل شده است. به همین دلیل، وسایل نقلیه رده بالا نمیتوانند عناصری از موادی نداشته باشند که کاملا تجدیدپذیر هستند، منابع طبیعی را تخلیه نمیکنند و با استفاده از فرآیندهای اکولوژیکی تولید میشوند. استفاده از آنها دیگر استثنا نیست، بلکه به یک قانون تبدیل شده است. در اروپا، تولیدکنندگان حتی موظف به استفاده از چنین موادی تحت دستورالعمل اتحادیه اروپا هستند، که به طور مداوم الزامات مربوط به مناسب بودن وسایل نقلیه برای بازیافت را افزایش میدهد. قطعات خودرو پلاستیکی پلی پروپیلن فومدار EPP تولید شده توسط صنایع خودروسازی کاملا با این الزامات مطابقت دارد و به طراحان طیف گستردهای از امکانات را میدهد تا به صورت جداگانه طراحی داخلی خودروهای سطح بالا را انجام دهند.
این پلاستیک مدرن ۱۰۰٪ قابل بازیافت است و میتوان از آن در فرآیندهای تولید بعدی استفاده کرد. فرآیند قالبگیری فشاری به خودی خود انتشارات مضری را در جو ایجاد نمیکند و آب فرآیند مورد نیاز برای تولید بخار در یک حلقه بسته به گردش در میآید. علاوه بر این، به لطف تکنیکهای مدرن تجسم سه بعدی، دانههای رنگی و بافتهای لمسی، قطعات پلاستیکی خودرو میتوانند زیبایی کاملاً سفارشیسازی شدهای داشته باشند. همه اینها این ماده را به بخشی از آینده صنعت خودرو تبدیل میکند.
آینده پلاستیک در وسایل نقلیه
کاهش مصرف سوخت و آلایندههای مضر در ذهن خودروسازان و مصرف کنندگان است. همانطور که فناوریهای سبز جدید به جریان اصلی تبدیل میشوند، پلاستیکهای زیستی و پلیآمیدهای نوآورانه نیز به جریان اصلی تبدیل میشوند. سازندگان وسایل نقلیه الکتریکی بدون شک اولین کسانی هستند که بیشترین استفاده را از پلاستیکهای زیستی خواهند برد، زیرا وزن سبکتر آنها مصرف انرژی را کاهش میدهد. سازندگان خودروهای برقی در حال حاضر شروع به ترکیب بیشتر پلاستیکهای قابل بازیافت در وسایل نقلیه کرده اند. به عنوان مثال، نیسان لیف از ۲۵ درصد مواد بازیافتی مانند بطریهای استفاده شده و فولاد بازیافتی ساخته شده است. رزینهای پلاستیکهای بازیافتی خودرو نیز برای ساخت روکش خودرو برای دربهای خودرو و کنسولهای خودرو در نیسان لیف تغییر کاربری داده میشوند. اگرچه بسیاری از پلاستیکهای معمولی غیرقابل بازیافت هستند، حرکت به سمت پلاستیکهای زیستی گام بزرگی در جهت بهبود پایداری تولید خودرو است.