Высокие цены на нефть, озабоченность по поводу состояния окружающей среды, изменение политической ситуации – все эти факторы настойчиво способствуют привлечению внимания к проблемам, связанным с энергоэффективностью транспортных средств. Одним из важных аспектов здесь является снижение веса автомобилей, достигаемое, в частности, путем замены металлических компонентов на пластиковые. Вместе с тем, с учетом растущих требований, сейчас становится ещё сложнее использовать пластмассы вместо металла – особенно в «горячей» области, расположенной в непосредственной близости от двигателя. При этом использованию высокосортных пластиков нередко препятствуют системные издержки, а что касается других наименований, то их характеристики уже не отвечают требованиям сегодняшнего дня.

Одним из примеров успешного решения данной проблемы может служить новый специальный полиамидный ( PA ) продукт Ultramid ® Endure , созданный специалистами-разработчиками концерна BASF . Этот усиленный стекловолокном материал сочетает превосходную устойчивость к термическому «старению» с хорошей перерабатываемостью, характерной для линейки полиамидов PA 66. Более того, новый материал гораздо лучше поддается переработке, чем «стандартный» для данной линейки сорт Ultramid ® A 3 WG 7. Такое благоприятное сочетание свойств позволит теперь (при допустимых системных издержках) производить пластиковые компоненты, выдерживающие воздействие очень горячего воздуха рядом с двигателем, и тем самым способствовать значительному снижению веса автомобиля.

Долговременная термостойкость благодаря новой технологии стабилизации

Новый продукт Ultramid Endure легко выдерживает постоянную эксплуатацию при температурах до 220оС, с «пиковыми» повышениями до 240^оС. Таким образом, диапазон применения полиамидного материала расширяется в высокотемпературную область. Для сравнения: Ultramid A 3 WG 7 с таким же процентным содержанием стекловолокна рассчитан на длительный срок службы при 170оС, а продукты из термостойкой серии Ultramid W 2 ( PA 66/6) – например, Ultramid A 3 W 2 G 6 – способны выдерживать постоянное нагревание до 190^оС.

Такое громадное повышение устойчивости к термическому «старению» достигается благодаря инновационной технологии стабилизации, разработанной специалистами BASF . Она позволяет создать поверхностный защитный слой, который даже при повышении температуры до 220^оС обеспечивает непрерывную защиту от воздействия кислорода.

Преимущества данной технологии очень хорошо заметны при изучении поверхностей, подвергшихся «старению». Так, при испытаниях обычного полиамидного пластика из линейки PA 66 после его выдержки в течение 1000 часов при to =220 o C на поверхности образовались эродированные каналы, что привело к поступлению дополнительного количества кислорода и его проникновению в более глубокие слои. Что касается продукта Ultramid Endure , то новая технология стабилизации очень быстро и эффективно «запечатывает» его поверхность, обеспечивая надежную защиту для материала. В результате даже после 4 месяцев испытаний при 220^o C единственным изменением стало лишь образование тонкого поверхностного слоя, состоявшего из углеродной сажи.

Детали, находящиеся под капотом автомобиля, нередко соединяются между собой посредством сварки. При сниженном содержании стекловолокна наличие сварного шва (особенно в процессе «старения») может привести к появлению «слабых мест». Новая технология стабилизации не только защищает сам полимерный материал, но и упрочняет те участки, где потенциально могут образоваться такие «слабые места». Что касается сварных швов, то они очень хорошо выдерживают непрерывную эксплуатацию при повышенных температурах – без образования видимых трещин даже после 1000 часов испытаний при 220 o C . Прочность линии сварки также остаётся высокой.

Тест пройден с оценкой "очень хорошо"

Благодаря улучшенной стабилизации продукт Ultramid Endure продемонстрировал сохранение высокой прочности в ходе длительных испытаний «на усталость» (3000 часов, температура 220 o C ). Следует отметить, что при аналогичных тестах и полиамидные материалы из линейки PA 66/6, и термопластики из серии PPA по прошествии меньшего периода времени показали значительное снижение прочности.

Помимо устойчивости к «старению», решающее значение для конструкторов автомобильных деталей имеют свойства того или иного материала в условиях постоянного воздействия «рабочих» температур. Речь идёт прежде всего о таких показателях, как жесткость и прочность; если они достаточно высоки, то это позволяет уменьшить толщину стенок детали без угрозы для её целостности. В данном аспекте Ultramid Endure также обладает преимуществами, поскольку он (при температуре 200оС) характеризуется значительно большей величиной разрушающего напряжения по сравнению с альтернативными продуктами.

Наряду с характеристиками деталей, важным критерием для разработчиков является показатель системных издержек. Они во многом определяются технологичностью (перерабатываемостью) используемого материала. В этом плане новый продукт не создаёт дополнительных проблем, поскольку он отличается заметно более широким технологическим «окном» по сравнению с другими высококачественными пластиками.

Материал для современных конструкторских решений

Одним из последствий тенденции к улучшению энергоэффективности транспортных средств является повышение температуры в моторных отсеках автомобилей. В настоящее время производители пытаются решить проблему энергоэффективности различными способами, в том числе путем использования турбонаддува.
 
Турбонаддув (т.е. дополнительное нагнетание воздуха) позволяет вывести работу двигателя на режим, характеризующийся оптимальным расходованием топлива. Для этого применяются турбокомпрессоры, которые создают в моторном отсеке автомобиля (и особенно в трубках, через которые поступает всасываемый воздух) повышенные давления и температуры. Так, например, для дизельных двигателей с турбонаддувом обычная «рабочая» температура в зоне между турбокомпрессором и промежуточным охладителем составляет до 200оС, с «пиковыми» значениями до 230^оС.

Кроме того, автомобилестроители стремятся не просто заменить металл пластиком с целью снижения веса деталей, но и сделать это, по возможности, с минимальными издержками. До настоящего времени для данного температурного диапазона не было никаких приемлемых (с точки зрения затрат) альтернатив, кроме использования более дорогих высокосортных полимерных материалов. Продукт Ultramid Endure , обладающий превосходной устойчивостью к «старению» и хорошей перерабатываемостью, заполняет этот «пробел», что позволит значительно увеличить долю пластика в конструкциях систем воздухопитания дизельных двигателей. Новинка пригодна для изготовления целого ряда компонентов этих систем (колпачков промежуточных охладителей, реактивных глушителей, воздуховодов, дроссельных заслонок), а также отдельных деталей на охлаждаемой стороне турбокомпрессора. Ещё одна возможная перспективная область применения Ultramid Endure – это впускные коллекторы со встроенными промежуточными водяными охладителями, где «классические» полиамидные материалы (линейка PA 6) являются ограниченно пригодными по причине высоких температур.  

Новый специальный полиамидный материал производства BASF будет представлен на выставке-ярмарке "К 2010". Поставки пробных партий Ultramid Endure в странах Европы начнутся в октябре 2010 года.

 д-р Мартин Баумерт

Руководитель группы по разработке продукции для автомобилестроения Европейское подразделение конструкционных пластмасс BASF SE , Людвигсхафен, Германия

www.newchemistry.ru