Mûanyagok autóipari alkalmazása

Átírás

1 Mûanyagok autóipari alkalmazása 1. Piaci áttekintés A PLASTICEUROPE MARKET RESEARCH GROUP (PEMRG) 2008 októberében készült jelentésében megállapítja, hogy Európa (az EU 27 országa + Norvégia és Svájc) maradt a mûanyagok fõ feldolgozási területe, a 260 millió tonnás globális gyártásból kb. 25%-kal részesedik. A teljes mûanyagipar alapanyaggyártók, feldolgozók és gépgyártók forgalma 2006-ban Európában meghaladta a 300 milliárd eurót, a foglalkoztatottak száma több volt 1,6 millió fõnél. A mûanyagok iránti kereslet a 2006-os 51 millió tonnáról 2007-re 52,5 millió tonnára nõtt (3%-os bõvülés). Az európai mûanyag igény alapanyagok és alkalmazási terület szerinti megoszlását mutatja az 1. és a 2. ábra. Az autóipar 8%-kal részesedett az 52,5 millió tonnás felhasználásból. 1. ábra. Mûanyag igény alapanyagok szerint Európában 2007-ben (összesen 52,5 millió t) 2. ábra. Mûanyag igény alkalmazási területenként Európában 2007-ben (összesen 52,5 millió t) A MASTIO AND COMPANY piackutató cég nemrég jelentette meg INJECTION MOLDING MARKET STUDY címû piaci tanulmányát, melyben megállapítja, hogy ban szerény mértékû volt a fröccsöntött autóipari alkatrészek bõvülése. Az autóipari piaci szegmenseket a tanulmány három fõ részre osztja, ezek a belsõ, a külsõ és Autóipari szegmens DR. LEHOCZKI LÁSZLÓ a Mûanyag és Gumi szerkesztõje 1. táblázat. Fröccsöntött autóipari alkatrészek mennyisége 2007-ben Piaci méret, ezer tonna Éves növekedési ütem között, % Belsõ 348 4,1 Külsõ 178 1,7 Motortéri 280 5,3 Összesen/átlag 806 4,0 a motortéri alkatrészek, melyek fröccsöntésére összességében közel 806 ezer tonna mûanyagot használtak fel a világon 2007-ben, ami 2010-re elérheti a 907 ezer tonnát. Az átlagos éves növekedési ütem 4% (1. táblázat). A fröccsöntött autóalkatrész-gyártók évi piaci várakozásait a pangó gazdasági környezet csökkentette, és számos vállalkozás jelentett csõdöt. Másik tényezõ, hogy az eredeti alkatrész gyártók (OEM) Tier-1-es beszállítóinak meg kellett, vagy a jövõben meg kell szerezni a QS-9000 minõsítést. Továbbra is fontos szempont a gépjármû piac számára az üzemanyagárak és a világgazdasági helyzet alakulása. A belsõ alkatrészek külsõ komponensekhez viszonyított nagyobb növekedése magyarázható azzal is, hogy egy adott modellnél évrõl-évre több a változtatás belül, mint kívül. A használt autók esetében is emelkedik a motortéri egységek cseréje. Jó példa erre a fröccsöntött akkumulátor házak és elemek, ugyanis itt a régi alkatrészek cseréje gyorsabb ütemben nõ, mint az új autókba való beszereléseké, vagy más alkalmazásokban használtaké. Ez magyarázza az 5,3%/év bõvülést. A közép-európai fröccsöntés helyzetérõl az APPLIED MARKET INFORMATION jelentetett meg tanulmányt és megállapította, hogy a terület igen gyors ütemben fejlõdik, közel 1 millió tonna mûanyagot dolgoznak fel a négy országban (Lengyelország 50, Csehország 21, Magyarország 19, Szlovákia 10%-os részesedéssel). Az EU tagság nagy változásokat hozott, a külföldi befektetõk és OEM gyártók (fõleg Nagy-Britanniából, a Benelux államokból és Skandináviából) új kapacitásokat hoznak létre a régióban a profitnövelés érdekében és azért, hogy kövessék a vásárlókat. Ezek az üzemek nagyrészt az autóipar, a háztartási készülék gyártás és a csomagolóipar számára gyártanak. Fröccsöntéssel foglalkozó fõ autóipari beszállítók az AMI szerint az alábbiak: Mûanyagok alkalmazása évfolyam, 2. szám 41

2 Lengyelország: FAURECIA, ERSI, AUTO- MOTIVE LIGHTING POLSKA, PLASTAL, Magyarország: NIEF PLASTIC, NYPRO, NOLATO, Csehország: FAURECIA, KEY PLASTICS, HELLA, MECAPLAST, CADENCE INNOVATION, VALEO, VEXLER, Szlovákia: VISTEON, KEY PLASTICS, MÖLLERTECH, FAURECIA, FREMACH TRNAVA. Az autóipar másik fontos mûanyag-feldolgozási technológiájáról szintén a MASTIO AND COMPANY készített piaci tanulmányt. Ebben a fújt termékek alkalmazási területeit öt csoportra osztotta, ezek a (1) csomagolás, (2) a háztartási, ipari (HIC) és autó folyadékok, (3) szabadidõs és sport termékek, (4) autó alkatrészek, (5) egyéb ipari és kereskedelmi termékek. Az üreges testek gyártása az USA-ban 2007 és 2010 között évi 4,4%-kal, ezen belül az autóipari alkatrészeké évi 2,8%-kal fog nõni, ez utóbbi a leglassabb növekedési ütem (2. táblázat). Alkatrész 3. táblázat. Mûanyagok egy átlagos autóban Súlyarány egy Fõ mûanyag típusok átlagos autóban, kg Lökhárítók PP, ABS, PC/PBT 10 Ülések PUR, PP, PVC, ABS, PA 13 Mûszerfal PP, ABS, SMA, PPE, PC 7 Üzemanyag rendszerek HDPE, POM, PA, PP, PBT 6 Karosszéria PP, PPE, UP 6 Motorház alkatrészek PA, PP, PBT 9 Belsõ borítás 0PP, ABS, PET, POM, PVC 20 Elektromos alkatrészek PP, PE, PBT, PA, PVC 7 Külsõ borítás ABS, PA, PBT, POM, ASA, PP 4 Világítás PC, PBT, ABS, PMMA, UP 5 Kárpitozás PVC, PUR, PP, PE 8 Folyadék tartályok PP, PE, PA 1 Összesen táblázat. Fújt üreges testek felhasználása az USA-ban között (ezer tonna) Piaci szegmens /2007 éves növekedés, % Csomagolás ,8 HIC/autó folyadék ,0 Szabadidõ, sport ,3 Autóalkatrész ,8 Egyéb termék ,3 Összesen ,4 Az autóalkatrészek és az ezekhez kapcsolódó egységek, mint pl. üzemanyagtankok, biztonsági elemek, gyártására a gazdasági helyzet, a kõolajárak és fõleg az USA-ban a természeti katasztrófák hatnak leginkább. A fújt gépjármû alkatrészek piaca stagnált 2007-ben, és ebben a szereplõk nem várnak változást a közeljövõben, mivel az autóeladások száma sem fog nõni. Az OEM gyártókat a súlycsökkentési kényszer (minél kisebb üzemanyag-fogyasztás) is befolyásolja. 3. ábra. Gépjármûvekben használt anyagok aránya 2. Az autógyártásban használt mûanyagok A EUROPEAN PLASTICS CONVERTERS (Európai Mûanyag Feldolgozók) szervezete összeállítást készített az autók gyártása során használt mûanyagokról (3. táblázat). A gépjármûvekhez használt különbözõ anyagok arányát mutatja a 3. ábra. Mûanyagok nélkül becslések szerint egy mai autó kg-mal lenne nehezebb. Az üzemanyag-megtakarítás 0,5 liter 100 kilométerenként, ami 150 ezer kilométeres élettartam alatt 750 litert jelent átlagosan. A több mint 1000 különbözõ méretû és alakú alkatrész elõállításához számos polimer típust használnak, de ezek közel kétharmad részét a polipropilén, a poliuretán és a PVC teszik ki. A hõre lágyuló mûanyagok intenzív fejlesztése során lehetõség nyílt olyan egyedi karosszéria elemek fröccsöntésére, amelyek ellenállnak a festés során a magas hõmérsékletû szárításnak, illetve az elektromosan vezetõ típusokkal lehetõvé vált az elektrosztatikus festés. A szerkezeti alkatrészeknél, mint pl. az elülsõ és hátsó elemeknél, jelentõsek a fém/mûanyag kombinációk. Másik fontos terület az üzemanyag-rendszerek. Itt mindenek felett áll a biztonság, az emisszió minimálisra csökkentése. Az ultra nagy molekulatömegû, nagy sûrûségû polietilén (UHMW-HDPE) fúvásával egy darabban állítható elõ a tank, ami jóval kisebb súlyú, mint a fém változata, jól szerszámozható, és nagyobb tervezési szabadságot ad a megfelelõ elhelyezésben. A polietilén áteresztésének csökkentésére többrétegû tankokat fújnak, melyek magukban foglalják a gázzáró réteget, a kötõanyagokat, a szerkezeti rétegeket, és lehetõség van a hulladék anyagok bedolgozására is. A többrétegû technológia bevezetésre került az üzemanyag csöveknél is, melyeknél az áteresztés közel nulla, és ha szükséges, elekt évfolyam, 2. szám

3 romosan vezetõvé is tehetõk. Az integrált üzemanyag rendszereknél már komplett egységeket gyártanak, ami bizonyos változásokat igényelt az összeszerelésben és a kapcsolódásokban. Az erõsített mûanyagok (hõre lágyulók és -keményedõk) szintén kulcsszerepet játszanak az autóiparban, elsõsorban a külsõ karosszéria elemek és lökhárító rendszerek gyártásában. 3. Újdonságok a mûanyag autóipari alkatrészek gyártásában A globális gazdasági válság nem fékezte le az autógyártóknál a mûanyag termékek innovációját, amit a közelmúlt új fejlesztései is bizonyítanak. Továbbra is nagy az érdeklõdés az új anyagok és technológiák iránt, melyek célja a kisebb költségek realizálása, a súlycsökkentés, valamint az alkatrészek és a rendszer még könynyebb reciklálhatósága. Ezt támasztotta alá az SPE 2008 szeptemberi AUTOMOTIVE COMPOSITES konferenciája, és a 2008 novemberi 38 th ANNUAL INNOVATION AWARDS díjkiosztója. Az új fejlesztések között szerepelt a benzintankok kétlemezes (twin-sheet) fúvása és a tetõkárpitok hegesztése, az anyagoknál pedig a TPE plasztiszolos öntése, a kis tömegû SMC és a hibrid termoplasztikus kompozitok karosszéria elemekhez. 4. ábra. A twin-sheet fúvási eljárással készült többrétegû benzintank 3.1. Új eljárás üzemanyag tankok gyártására Az innovatív kétlemezes fúvást az INERGY AUTOMO- TIVE SYSTEMS fejlesztette ki, amelyben nincs szükség utólagos szerszám mûveletekre. Az így készült, hatrétegû HDPE/EVOH tank megegyezik a hagyományos fúvással gyártottal, és a 2009-es BMW 7-es sorozatba építik be (4. ábra). Az extruderfejbõl kilépõ tömlõt elvágják, egy adapterrel két 8 10 mm vastag lemezt készítenek belõle, melyeket azután a központi mag és a szerszámfelek közé helyeznek. A mag 3 15 kézzel behelyezett belsõ alkatrészt (pl. szelepek, üzemanyag továbbító egységek, szintmérõ szenzorok stb.) tartalmaz. A szerszám zárása után megtörténik a fúvás. A teljes ciklusidõ a tank hagyományos fúvásához képest ±5 másodperc. Egy másik fújt alkalmazás a 2008-as Ford Escape SUV gépjármûbe beépített, integrált külsõ fellépõ/járólap (5. ábra). A kombinált, egy-darabos terméket 15% üvegszállal töltött PP-bõl készítik, majd az alváz helyett a karosszéria oldalához csatlakoztatják. Az amerikai ABC GROUP által gyártott, 1,75 méter hosszú szerelvény merevsége 56%-kal jobb a korábbiaknál, a súlycsökkenés 3,9 kg, a darab- és szerelési ár megtakarítás gépjármûvenként 5 dollár. 5. ábra. Integrált fellépõ/járólap 6. ábra. Az InfraWeld hegesztõ egység Az EXTOL INC. új InfraWeld infravörös hegesztési eljárása a hot-melt ragasztókat helyettesíti a modulok szerelésénél (6. ábra). Flexibilis tömítés biztosítja, hogy ne legyen rés az összehegesztett alkatrészek között, és maximális legyen a hõátadás. Megfelelõ pneumatikus fejnyomással a polimer keveredik a hegesztési ponton és erõs kötés érhetõ el. A hûtés hideg levegõvel történik, a hegesztés másodpercig tart. A hot-melt ragasztók elhagyásával 10 15%-os a súly- és 20 40%-os a ciklusidõ csökkenés. Az eljárás ajtópaneleknél, kárpitoknál és a csomagtartónál is alkalmazható Új hibrid termékek A mûanyag-fém hibrid technológiát használták hidroform fém csövek gyártására, melyeket elülsõ szerkezeti elemeknél alkalmazták a 2008-as Ford Falcon gépko évfolyam, 2. szám 43

4 7. ábra. HydroPlast eljárással készített elülsõ modul Sabic LNP Verton anyagból csiknál. A HydroPlast Structures rendszert a SABIC INNOVATIVE PLASTICS és a VARI-FORM INC. fejlesztette ki (7. ábra). A fém csõre 30% üvegszálerõsítésû Noryl GTX PPO/PA mûanyagot fröccsöntöttek. Ezzel 20%-os súlycsökkentést értek el a szintén versenyképes sajtolt acél hibridekkel szemben. 35% üvegszállal töltött DUPONT Zytel poliamid 66-ból fröccsöntötték a multifunkcionális olajkármentõ teknõ alsó héját, míg a felsõ héj öntött alumínium (8. ábra). A teknõt a Daimler C-Class dízel gépjármûvekbe szerelik be, és természetesen könnyebb, mint a teljesen alumíniumból készült. A hõstabilizált PA-nak hosszú a folyási útja és rövid a fröccsöntési ideje, ami 20 25%-kal csökkenti a költségeket. Nagy a merevsége és max. 150 C-ig ellenáll az olajnak. 9. ábra. TPE mûszerfal-borító elem 3.3. Anyagfejlesztések Új önthetõ TPE típust használnak mûszerfal-borító elem gyártására (9. ábra). A sztirol/olefin blendet az INTEVA PRODUCTS fejlesztette ki a PVC és a TPU helyettesítésére. Tulajdonságai megegyeznek, illetve némely esetekben jobbak az utóbbi két anyagnál, pl. 20%-kal könnyebb, nincs VOC kibocsátás és páralecsapódás. Kis nyírásnál is alacsony az ömledékviszkozitása, egyedi adalékokkal nagy folyóképességû, ami nem okoz csomósodást és csökkenti a porozitást. Hidegen is szívós ( 35 C-ig), jobb a tartós idõjárás-állósága és méretstabilitása a PVC-nél. A NAVISTAR INTERNATIONAL nanoagyagot használ SMC termékeihez, ezáltal sikerült csökkenteni a sûrûséget, így a sajtolt teherautó motortetõknél a súlyt is kb. 20%-kal. A felület az ASHLAND COMPOSITE POLYMERS Arotran 720 típusú, szerkezeti erõsítései pedig Arotran 740-es poliésztereibõl készül (10. ábra). A nanorészecskékkel igen hatékony lesz a diszperzió, csökken a zsugorodás, 15 20%-kal nagyobb lesz a modulusz magas hõmérsékleten, a felület pedig esztétikusabb. A feldolgozás során akrilátokkal javítják a festhetõséget. A kiváló mechanikai tulajdonságok a kis sûrûség ellenére is kialakulnak, a gyártás pedig a meglévõ berendezéseken is megvalósítható. A költségek ugyanakkor 15%-kal magasabbak a hagyományos SMC feldolgozáshoz képest. Az ALTUGLAS INTERNATIONAL javított tulajdonságú Plexiglas akrilát anyaggal jelentkezett autó hátsólámpák elõállításához, melynek a korábbi típusokhoz képest na- 8. ábra. Zytel PA 66-ból készült olajkármentõ 10. ábra. Navistar teherautó évfolyam, 2. szám

5 gyobb az ütésállósága és a karcállósága. Használatával 2,5 dollárral csökken a darabonkénti beszerelési költség. A FORD az ADVANCED COMPOSITES kompaundáló céggel közösen fejlesztett ki egy TPO típust légzsák rendszereihez. Az anyag alacsony hõmérsékleten is szívós ( 40 C) és megfelel a FORD szigorú hideg ütésállósági követelményeinek is. A légzsák rendszert az AUTOMO- TIVE COMPONENT fröccsönti, ami könnyebb a versenytársaknál és kevésbé költséges. A Ford Flex autók sebességváltóinak összeszerelésénél fröccsöntött, 20% üvegszál-erõsítésû reciklált SMA elemet használnak a fém alkatrészek helyett. Az integrált rendszer egyszerû szerelést, jobb illesztést biztosít, valamint költséget és súlyt takarít meg. A SABIC és az AZDEL INC. együttmûködésébõl született meg az Ixis 157 hõre lágyuló hibrid kompozit vízszintes karosszéria lemezek gyártására (11. ábra). A szendvics szerkezet mag része 50% üvegszál-erõsítésû random PP, míg a héj egy irányban szálerõsített PP, ami elõsegíti a festhetõséget és méretstabil, míg a mag rész pozitívan befolyásolja a feldolgozhatóságot és csökkenti az anyagköltségeket. A lemezgyártás során a héjat a magra kalanderezik. A kompozit 50%-kal könnyebb a fémnél és kitûnõ hangszigetelést biztosít. Mivel ezt az anyagot kis nyomáson sajtolják, ezért alumínium szerszám is használható az acél helyett, ami 100 ezer darab után 85%-os költségmegtakarítást jelent. A sajtolás ciklusideje 2 perc, majd a terméket 20 percig, 200 C-on vákuumzsákban pihentetik. A LEAR CORP. az URETHANE SOY SYSTEMS CO. cégtõl vásárolt szója alapú poliolokat hagyományos poliolokkal keverte. Az így kapott terméknek 66%-kal kisebb a VOC kibocsátása és kevésbé párásodik az olajbázisú 11. ábra. Ixis hõre lágyuló kompozit lemez 12. ábra. Szója alapú PUR habból készült Ford Mustang ülés poliolokkal összehasonlítva. Ezt az anyagot az autók belsejében használják fel, pl. fej- és kartámaszokhoz, központi konzolokhoz (12. ábra). Elõször használtak reciklált TPO-t idõjárásálló elemekhez, pl. levegõ bevezetõ panelt fröccsöntöttek sérült mûszerfalakból származó TPO-ból. A kiindulási anyag kb. 20%-ban tartalmazott talkumot. Az MRC POLYMERS hulladékfeldolgozó olyan festékeltávolító eljárást alkalmaz, amivel a reciklált anyag csak minimálisan marad szennyezett, ami komoly kihívás a reciklált TPO esetében. Az anyag fizikai tulajdonságai megegyeznek az eredeti anyagéval. A reciklátumot vizes bázisú eljárással gyártják, majd szárítják, és töltõanyagként árusítják. Balesetek esetén a fej ütési energiáját nyeli el a DOW Impaxx polisztirol habanyaga, amelybõl elõször tömböket extrudálnak, majd huzalvágóval vágják ki a bonyolult alakzatokat. A Ford Focus gépjármûvek belsõ terében használt hab alacsony költséggel dolgozható fel, mivel a gyártási mûvelet nem igényel szerszámozást, alkalmazásával 25%-kal csökkenthetõ a súly más versenyképes anyagokhoz képest. Autóülések fejtámaszai habosítható polipropilénbõl is készülhetnek. A JSP INTERNATIONAL szintén Ford modellekhez gyárt ilyen anyagot, melyet a TEGRANT dolgoz fel. A PP megfelel az ezen a területen mérvadó FMVSS- 202a követelményeknek is. A termék egyedi geometriája lehetõvé teszi a párhuzamosan 32 üreges öntést, így a szerszámköltségek jelentõsen kisebbek a fröccsöntéshez és a fúváshoz képest. Források PlasticEurope Market Research Group Applied Market Information Ltd., ww.amiplastics.com European Plastics Converters, PlasticsTechnology online, évfolyam, 2. szám 45