Полимерные материалы внутренней отделки салона автомобиля

Содержание.

 

Введение. стр. 3

Глава 1. Полимерные материалы. стр. 4

Глава 2. Внутренняя отделка салона автомобиля

  полимерными материалами. стр. 9

Заключение. стр. 12

Список литературы. стр. 13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Применение полимерных материалов в конструкции автомобилей приобретает все более широкие масштабы. Это объясняется в первую очередь тем, что по ряду показателей – плотности, коррозионной стойкости, антифрикционным и электротехническим, а также технологическим свойствам – полимеры значительно превосходят традиционные материалы, используемые при изготовлении автомобиля. За последние 10 лет произошли принципиальные сдвиги в области применения полимерных материалов в автомобилестроении. Ранее из полимерных материалов изготавливали детали только электротехнического, декоративного назначения.

Современное автомобилестроение немыслимо без широкого применения полимерных материалов, которые позволяют снизить массу автомобилей, уменьшить трудоемкость их изготовления, материалоемкость, повысить надежность и безопасность, улучшить комфортабельность, повысить их конкурентоспособность. Применение полимерных материалов в автомобилях постоянно возрастает, особенно в развитых промышленных странах у наиболее успешных фирм, выпускающих обычные и специальные автомобили.

Полиуретаны, поливинилхлориды, полипропилены, полиэтилены и другие полимеры в чистом виде, а также в виде композиций и такие полимерные композиционные материалы (ПКМ), как стеклопластики, углепластики, органопластики и базальтопластики, находят применение в кузовах, несущих системах, элементах трансмиссий, ходовых частей и в силовой установке автомобиля.

 

 

Глава 1. Полимерные материалы.

 

Объективные потребности развития различных отраслей техники обусловили создание новых конструкционных материалов с высокой прочностью и большими значениями модуля упругости на металлической, керамической и полимерной основах. Неумолимые законы природы диктуют необходимость резкого увеличения прочностных характеристик изделий про минимизации их массы. Это стало возможным при изготовлении композиционных материалов на полимерной основе (композитов).

Понятие неметаллические материалы включает большой ассортимент материалов таких, как пластические массы, композиционные материалы, резиновые материалы, клеи, лакокрасочные покрытия, древесина, а также силикатные стекла, керамика и др. Неметаллические материалы являются не только заменителями металлов, но и применяются как самостоятельные, иногда даже незаменимые материалы. Отдельные материалы обладают высокой механической прочностью, легкостью, термической и химической стойкостью, высокими электроизоляционными характеристиками, оптической прозрачностью и т. п. Особо следует отметить технологичность неметаллических материалов.

Основой неметаллических материалов являются полимеры, главным образом синтетические. Создателем структурной теории химического строения органических соединений является великий русский химик А. М. Бутлеров. Промышленное производство первых синтетических пластмасс (фенопластов) явилось результатом глубоких исследований, проведенных Г. С. Петровым (1907—1914 гг.). Блестящие исследования позволили С. В. Лебедеву впервые в мире осуществить промышленный синтез каучука (1932 г.). Н. Н. Семеновым разработана теория цепных реакций (1930—1940 гг.) и распространена на механизм цепной полимеризации.

Успешное развитие химии и физики полимеров связано с именами видных ученых: П. П.. Кобеко, В. А. Каргина, А. П. Александрова, С. С. Медведева, С. Н. Ушакова, В. В. Коршака и др. Важный вклад внесен К. А. Андриановым в развитие химии кремнийорганических полимеров, широко применяемых в качестве термостойких материалов.

Полимерные материалы - это материалы на основе высокомолекулярного  соединения; обычно многокомпонентные и многофазные. Полимерные материалы- важнейший класс современных материалов, широко используемых во всех отраслях техники и технологии. Отличаются широкими возможностями регулирования состава, структуры и свойств. Основные достоинства полимерных материалов: низкая стоимость, сравнительная простота, высокая производительность, малая энергоемкость и малоотходность методов получения и переработки, невысокая плотность, высокая стойкость к агрессивным средам, атмосферным и радиационным воздействиям и ударным нагрузкам, низкая теплопроводность, высокие оптические, радио- и электротехнические свойства, хорошие адгезионные свойства. Недостатки полимерных материалов: низкая тепло- и термостойкость, большое тепловое расширение, склонность к ползучести и релаксации напряжений; для многих полимерных материалов - горючесть. Основные типы полимерных материалов: пластические массы и композиционные материалы (композиты), резины, лакокрасочные материалы и лакокрасочные покрытия, клеи, компаунды полимерные, герметики, полимербетон, волокнистые пленочные и листовые материалы (волокниты, ткани, нетканые материалы, пленки полимерные, кожа искусственная, бумага и т.п.). По назначению полимерные материалы подразделяются на конструкционные общего назначения и функциональные, среди которых выделяют фрикционные и антифрикционные, тепло- и электроизоляционные, электропроводящие, термоиндикаторные, пьезоэлектрические, оптически активные, магнитные, фоторезисторные, антикоррозионные, абляционные. По природе основной (полимерной) фазы (полимера связующего или пленкообразующего) полимерные материалы могут быть природными (натуральными) и химическими (искусственными, или синтетическими). По характеру физических и химических превращений, протекающих в полимерной фазе на стадиях получения и переработки, полимерные материалы, как и пластические массы, подразделяются на термопластичные и термореактивные.

В настоящее время в конструкции автомобилей применяются разнообразные полимеры: полиолефины, ПВХ, полистирол, фторопласты, полиметилакрилат, полиамиды, полиформальдегид, поликарбонат, стеклопластики, фенольные пластики, полиуретаны, этролы,  аминопласты,  волокниты,  текстолиты  и др. Самое главное преимущество пластиков в том, что они обладают комплексом свойств, необходимых для конкретного конструкционного элемента А от того, насколько соответствует материал условиям эксплуатации, зависит надежность детали и, в конечном итоге, безопасность автомобиля, а также комфорт водителя и пассажиров.

Основные представители полимерных материалов.

Полистирол — неполярный полимер, широко применяющийся в электротехнике, сохраняющий прочность в диапазоне 210 ... ... 350 К. Благодаря введению различных добавок приобретает специальные свойства: ударопрочность, повышенную теплостойкость, антистатические свойства, пенистость. Недостатки полистирола — хрупкость, низкая устойчивость к действию органических растворителей (толуол, бензол, четыреххло­ристый углерод легко растворяют полистирол; в парах бензина, скипидара, спирта он набухает).

Полистирол вспенивающийся широко используется как теплозвукоизоляционный материал. В радиоэлектронике он находит применение для герметизации изделий, когда надо обеспечить минимальные механические напряжения, создать временную изоляцию от воздействия тепла, излучаемого другими элементами.

Полиэтилен — полимер с чрезвычайно широким набором свойств и использующийся в больших объемах, вследствие чего его считают королем пластмасс. За 10... 12 лет эксплуатации прочность его снижается лишь на ¼. Благодаря химической чистоте и неполярному строению полиэтилен обладает высокими диэлектрическими свойствами. Они в сочетании с высокими механическими и химическими свойствами обусловили широкое применение полиэтилена в электротехнике, особенно для изоляции проводов и кабелей.

Помимо полиэтилена общего назначения выпускаются его многие специальные модификации, среди которых: антистатический, с повышенной адгезионной способностью, светостабилизированный, самозатухающий, ингибитированный (для защиты от коррозии), электропроводящий (для экранирования).

Главный недостаток полиэтилена — сравнительно низкая нагревостойкость

Полиимид — новый класс термостойких полимеров, ароматическая природа молекул которых определяет их высокую прочность вплоть до температуры разложения, химическую стойкость, тугоплавкость. Полиимидная пленка работоспособна при 200°С в течение нескольких лет, при 300°С —1000 ч, при 400°С —до 6 ч. Кратковременно она не разрушается даже в струе плазменной горелки. При некоторых специфических условиях полиимид превосходит по температурной стойкости даже алюминий. Степень разрушения полиимида - 815°С., алюминия 515°С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Внутренняя отделка салона автомобиля

  полимерными материалами.

 

В третьем тысячелетии  мировая химическая промышленность вступила в пору бурного развития полимерных материалов, магистральными направлениями которого являются: 1) улучшение качества этих материалов и совершенствование методов их переработки; 2) создание новых полимеров; 3) расширение областей их применения.

В определенной мере отвечают целям промышленного применения как известные полимеры (полиамиды, полиэфиры, поликарбонат, сополимеры акрилонитрила и бутадиена, полиформальдегид), так и появившиеся сравнительно недавно (полифениленсульфид, полиэфиркетоны, жидкокристаллические системы).

Полимерные материалы,  выпускаемые по большей части в виде литьевых изделий, пленок и технического текстиля, благодаря их теплостойкости, термостойкости, механической прочности, стабильности размеров, устойчивости к химическим реагентам, огне- и влагостойкости, низкой удельной плотности и других потребительских свойств высоко ценятся во многих областях современного хозяйства.

Например, в 2002 г. 26,2% всего объема реализованных полимерных материалов в мире было востребовано автомобилестроением, 23,4% - электронной и электротехнической отраслями, 19,8% - предприятиями-производителями потребительских товаров, 15,1 - другими отраслями перерабатывающей промышленности, 15,5 - в прочих секторах мировой экономики.

Из этого перечня очевидна превалирующая роль автомобилестроения, где, как нам, кажется, наиболее рельефно проявляются преимущества полимеров перед металлами. В частности, широко используемые магниевые и алюминиевые сплавы гораздо более энергоемки, чем большинство полимеров. В плане функциональных свойств металлы тоже не могут сравниться с полимерами. Необходимо также принять во внимание новые перспективные технологии, с помощью которых оптимизируются механические свойства и снижается вес материалов, например, состоящих из микро вспененных полимеров, армированных стекловолокном. Помимо этого, другим важным преимуществом использования полимеров является комфортность автомобиля, достигаемая значительно лучшими акустическими свойствами, нежели у металлов, например, у алюминия.

Как известно, цену готовых изделий в значительной мере определяют затраты на последующую обработку. По мнению специалистов, перерабатывать магний и алюминий гораздо сложнее, чем полимерные материалы. Так, из полимеров можно делать передние бамперы и багажные крышки, в будущем ожидается серийное производство полимерных панелей для внешнего корпуса автомобиля и кузовов.

Одна из сфер, где полимеры утвердились безраздельно - внутренняя отделка салона. Здесь еще продолжаются усовершенствования, как в технологии, так и выборе материалов,  тем не менее,  традиционные материалы - за исключением разве что кожи и натуральной древесины - практически полностью вытеснены. Доминирующее место  занимает технический текстиль.

Факторы обуславливающие применение технического текстиля на автомобильном рынке - это прежде всего, возрастающий спрос на подушки безопасности, особенно на боковые подушки и надувные экраны. Это благотворно отражается на потреблении используемых для их производства  полиамидных (ПА) волокон. Отметим также рост потребления автомобильных ковров и обивочных тканей.  Не будем сбрасывать со счетов заботу об окружающей среде: растет спрос на волокна наиболее экологически безопасные, причем либо изготовленные в результате рециклинга отходов, либо пригодные для рециклинга по истечении срока эксплуатации автомобиля. Наконец, производители волокон вкладывают значительные средства в развитие сферы производства и потребления новых типов волокон, где технический текстиль для автомобильного рынка занимает одно из ведущих мест.

На рынке автомобильного технического текстиля  доля применения полиэфирных (ПЭФ) волокон (в среднем около 40%) в целом превышает доли потребления полиамидных (ПА), полипропиленовых (ПП), вискозных (В) или арамидных (А). ПЭФ волокна и нити обладают высоким уровнем эксплуатационных свойств и  используются во всех сферах, о которых говорилось выше.

В настоящее время значительный объем технического текстиля для автомобилей выпускается в виде объемных, гладких тканей или полотен, изготавливаемых, в свою очередь, из ПЭФ текстурированных нитей. Эти материалы (преимущественно в виде окрашенных ворсовых тканей) чаще всего используются в качестве внутренней обивки для потолков автомобилей, а также для дверей, сидений и тормозных колодок АВС.

 

 

 

 

Заключение.

 

Перспективы применения полимерных материалов в конструкции автомобиля позволяет снизить массу, улучшить эксплуатационные характеристики автомобиля, повысить его травмобезопасность и комфортабельность. В среднем в одном легковом автомобиле применяется 45кг. пластмасс, в перспективе предусматривается увеличение этого количества до 80-110кг. В основном внедрение полимерных материалов в автомобиль происходит при разработке новых конструкций базовых моделей. Основным направлением расширения применения полимерных материалов в конструкции автомобиля является внедрение крупногабаритных наружных деталей кузова из композиционных полимерных материалов, обеспечивающих снижение массы и повышение долговечности за счёт коррозионной стойкости. Разработка высокопрочных композиционных материалов с полимерной матрицей и стеклянными, углеродными и другими волокнами позволила перейти к использованию их в нагруженных силовых деталях, таких как карданные валы, рессоры, обода колёс.