Technologia produkcji części samochodowych z EPP metodą formowania pozwala na proste wytwarzanie elementów o niejednorodnej gęstości. Dzięki jej zastosowaniu możliwe jest produkowanie w jednym procesie części o zróżnicowanych parametrach wytrzymałości mechanicznej w zależności od miejsca.
Dlaczego gęstość tworzywa ma znaczenie?
Gęstość, czyli miara ilości masy w jednostce objętości danego materiału, jest podstawową właściwością fizyczną wywierającą bezpośredni wpływ na jego inne cechy użytkowe, jak m.in. wytrzymałość na uderzenia, sztywność, izolacyjność cieplna i elektryczna czy zdolność do absorpcji energii. Parametr ten zazwyczaj jest wyrażany w jednostkach masy na jednostkę objętości, jak np. kilogram na metr sześcienny (kg/m3) lub gram na centymetr sześcienny (g/cm3). Zasadniczo im większa gęstość tworzyw sztucznych w budowie samochodu, tym lepszą ochronę zapewniają użytkownikom wykonane z niego części samochodowe np. w przypadku kolizji. Jednak duża gęstość zazwyczaj wiąże się z większym ciężarem, a co za tym idzie – zwiększeniem wagi samochodu oraz emisji CO2. Problem ten rozwiązuje technologia formowania ciśnieniowego spienionego polipropylenu EPP, który z jednej strony ma porównywalną do tradycyjnych, twardych tworzyw wytrzymałość na uderzenia, a z drugiej – imponuje niewielkim ciężarem ze względu na komórkową budowę z 95% zawartością powietrza. Wpływa to na jego wiele innych zalet, związanych z izolacyjnością cieplną czy akustyczną. W procesie formowania można dokładnie regulować gęstość tworzywa sztucznego EPP w zależności od przeznaczenia danego komponentu, a nawet uzyskać części o zróżnicowanej gęstości, które zastępują tradycyjne wielomateriałowe elementy.
Gęstość tworzyw sztucznych a właściwości mechaniczne
Gęstość tworzywa sztucznego bezpośrednio wpływa na jego cechy mechaniczne, czyli wytrzymałość, twardość i udarność (odporność na określony czynnik). W zależności od rodzaju sił działających na element wyróżnia się wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie, wyboczenie, ścinanie, zginanie i skręcanie. Co do zasady materiały o wyższej gęstości zazwyczaj charakteryzują się większą wytrzymałością na oddziaływanie sił zewnętrznych niż te o niższej gęstości. Parametr gęstości ma ponadto wpływ na twardość materiału. Z reguły im większa gęstość, tym mniejsza podatność na trwałe odkształcenia pod wpływem sił zewnętrznych. Właściwość ta jest kluczowa zwłaszcza w zastosowaniach konstrukcyjnych, gdzie materiał musi zachowywać stabilność i przenosić wszelkiego rodzaju obciążenia. Części o różnych gęstościach mają różne zdolności do absorpcji energii uderzenia w zależności od miejsca. Materiały o niższej gęstości mogą być bardziej elastyczne i lepiej absorbować energię uderzenia, co jest korzystne w przypadku potrzeby amortyzacji. Z kolei materiały o wyższej gęstości mogą lepiej rozpraszać energię, co jest istotne w kontekście ochrony przed uszkodzeniami. Z tego powodu np. w centralnej części zderzaków samochodowych, które odbierają największą siłę uderzenia podczas wypadku, można zastosować twardsze EPP, a na jego bocznych częściach – lżejszy materiał o mniejszej gęstości, który będzie równocześnie pełnił funkcje amortyzacyjne.
Zastosowanie komponentów o zróżnicowanej gęstości
Możliwość zastosowania materiałów o różnych gęstościach daje inżynierom większą swobodę w projektowaniu komponentów. W ten sposób mogą powstawać bardziej zaawansowane i innowacyjne rozwiązania, które pełnią jednocześnie wiele funkcji i lepiej spełniają wymagania użytkowników. Komponenty o różnych gęstościach mogą być używane do optymalizacji stref zgniotu i innych elementów ochronnych pojazdu. Na przykład, zderzaki wykonane z materiałów o wyższej gęstości mogą lepiej absorbować energię uderzenia, zwiększając bezpieczeństwo pasażerów. Oprócz wypełnienia zderzaka materiały o zróżnicowanej gęstości mogą znaleźć doskonałe zastosowanie w produkcji baz i oparć siedzeń, a także zagłówków. Na przykład tył oraz boki oparcia i siedziska mogą być produkowane z materiału EPP o wyższej gęstości i udarności tak, aby tworzył on solidny „szkielet” chroniący ciało na wypadek kolizji. Natomiast środkowa część zagłówka, oparcia i siedziska mogą być produkowane z materiału bardziej miękkiego o niższej gęstości, aby zapewniały wygodne podparcie dla głowy i kręgosłupa. Różne gęstości materiałów pozwalają także na dostosowanie właściwości chemicznych do konkretnych potrzeb. Zasadniczo im mniejsza gęstość tworzyw sztucznych i większa zawartość powietrza, tym lepsza izolacyjność cieplna. Dlatego obudowa baterii samochodowej z EPP może być złożona z zewnętrznej warstwy materiału o większej gęstości i udarności oraz wewnętrznej struktury cechującej się bardziej porowatą budową zapewniającą lepszą ochronę termiczną.
Gęstość tworzyw sztucznych – proces produkcji komponentów o zróżnicowanej gęstości
Istnieje wiele metod produkcji części o zróżnicowanej gęstości. Najbardziej tradycyjną metodą jest zastosowanie materiałów różniących się właściwościami związanymi z udarnością i izolacyjnością cieplną, jak np. twarde tworzywo ABS i styropian EPS. Takie rozwiązanie jest jednak niekorzystne pod kątem zwiększonego ciężaru, przydatności do recyklingu oraz wiąże się z relatywnie wysokim śladem węglowym produkcji. Niektórzy producenci stosują technologię formowania wielowarstwowego. Polega ona na oddzielnym formowaniu kilku warstw EPP o różnych gęstościach, które są następnie mechanicznie łączone w jeden komponent. W stosowanej przez nas innowacyjnej metodzie formowania EPP można uzyskać komponenty z obszarami o różnych gęstościach, które powstają w jednej formie i w jednym cyklu produkcyjnym. Gęstość tworzywa sztucznego w różnych częściach komponentu jest precyzyjnie kontrolowana poprzez specjalną konstrukcję formy, która wypełniana jest EPP o różnych gęstościach w odizolowanych od siebie strefach. W końcowym etapie formowania, strefy o różnych gęstościach, są łączone w jeden trwały komponent. Oznacza to oszczędność czasu i kosztów, a także lepszą przydatność takiej jednomateriałowej części samochodowych z EPP do recyklingu.
Zróżnicowanie gęstości jako klucz do innowacji w motoryzacji
Technologia produkcji komponentów z EPP o zróżnicowanej gęstości otwiera zupełnie nowe możliwości w obszarze innowacji, efektywności i bezpieczeństwa pojazdów. Co więcej, idealnie wpisuje się w trend produkcji bardziej efektywnych i ekologicznych pojazdów czy stosowania części samochodowych z recyklingu. Po pierwsze, przyczynia się do optymalizacji masy pojazdu. Materiał EPP o podwyższonej gęstości i wytrzymałości na uderzenia czy odkształcenia może być stosowany tylko w miejscach odbierających największą siłę uderzenia, co pozwala zwiększyć bezpieczeństwo bez nadmiernego wzrostu ciężaru pojazdów. Zastosowanie lekkich, mono-materiałowych komponentów prowadzi do obniżenia zużycia paliwa i emisji CO2, co jest korzystne zarówno dla środowiska, jak i z punktu widzenia kosztów eksploatacji pojazdu. Lżejsze samochody potrzebują mniej energii do poruszania się, co przekłada się na lepszą efektywność paliwową. Podsumowując, strategia zróżnicowanej gęstości w komponentach jest kluczowym elementem w dążeniu do produkcji bardziej efektywnych i ekologicznych pojazdów. Dzięki niej można osiągnąć niewielkim kosztem lepsze wyniki w zakresie wydajności, bezpieczeństwa i ochrony środowiska.