قطعه‌شناسی قسمت­‌های پلاستیکی و لاستیکی خودرو

    از ابتدای شروع به کار صنعت خودروسازی تا کنون، تغییرات زیادی در خودروها ایجاد شده است. خودروها، وانت‌­ها، وسایل حمل و نقل عمومی و سنگین همواره به‌روزرسانی می­‌شوند تا عمل‌کرد آن‌ها بهبود یابد. فولاد و آلومینیوم جز مواد اصلی در صنعت خودروسازی هستند و پس از آن پلیمرها به‌طور گسترده در صنعت خودروسازی مورد استفاده قرار می­‌گیرند. استفاده از پلیمرها در صنعت خودروسازی به‌مرور زمان افزایش یافته است و پلیمرها جایگزین بخش‌­های فلزی در اتومبیل شده‌­اند که باعث کاهش هزینه‌­های تولید، کاهش وزن خودرو، کاهش مصرف سوخت و در نتیجه کاهش انتشار گاز CO₂ ناشی از آن می‌­شود [1]. در این مقاله، به‌تفصیل به قطعه‌شناسی قسمت‌های پلاستیکی و لاستیکی خودرو می‌پردازیم.

قسمت‌های پلاستیکی و لاستیکی خودرو

    یکی از موارد جایگزین شدن قطعات پلیمری با فلزات در سپر خودرو است. شکل 1 گویای این جایگزینی است.

شکل 1. خودروی ساخته‌شده در دهه 90 میلادی و خودروی تولیدی در حال حاضر [2]

    پلاستیک‌­های مهندسی، الاستومرها و فوم­‌‌ها جز مواد پلیمری مورد استفاده در صنعت خودروسازی هستند.

پلاستیک­‌های مهندسی

    مواد پلاستیکی پلیمرهایی هستند که معمولاً با اعمال گرما و فشار، قابل شکل‌‌‌دهی یا قالب‌گیری هستند. این مواد از طیف وسیعی از ترکیبات پلیمری سنتزی و نیمه سنتزی ساخته شده که چکش‌خوار هستند و بنابراین می­‌توان آنها را به هر شکلی پرداخت کرد. سبکی، انعطاف‌‌پذیری و کیفیت‌‌ زیاد پلاستیک‌‌ها، آنها را برای صنعت خودروسازی ایده‌آل می‌‌کند و وزن کلی خودروها را کاهش می‌‌دهد و منجر به مصرف سوخت کمتر می‌شود. به‌طور معمول، پلاستیک‌­ها در قسمت­‌های بیرونی مانند پنل­‌های بدنه، سپرها و گل‌گیرها و در قسمت­‌های داخل کابین خودرو مانند داشبورد، پنل درب­‌ها، فرمان و قطعات تزیینی استفاده می‌شوند (شکل 2).

شکل 2. پلاستیک­‌های مورد استفاده در خودروها [3]

    پلیمر­های مورد استفاده در قطعات پلاستیکی خودرو‌ها شامل:

1. پلی‌پروپیلن
2. آکریلو نیتریل بوتادین استایرن (ABS)
3. پلی‌وینیل کلرید
4. پلی‌کربنات
5. پلی‌اتیلن

پلی‌پروپیلن

    پلی‌پروپیلن بیش‌ترین کاربرد را در بین پلاستیک­‌ها در ساخت خودرو دارد و به‌عنوان یک پلیمر ترموپلاستیک، می‌­توان آن را به‌شکل دل‌خواه در آورد. این پلیمر دارای مقاومت شیمیایی و حرارتی بسیار بالایی است و در برابر ضربه مقاومت خیلی خوبی از خود نشان می‌­دهد. پلی‌پروپیلن در قسمت بیرونی خودرو، اغلب در سپرهای جلو و عقب و در قسمت داخل کابین در کف‌پوش خودرو وجود دارد. هم‌چنین، در مقایسه با سایر پلاستیک­‌ها گزینه­‌ مناسب‌­تری برای پلاستیک‌­های گران قیمت با استحکام و دوام مشابه است که به کاهش هزینه‌­های تولید کمک می­‌کند.

آکریلو نیتریل بوتادین استایرن (ABS)

    استفاده از پلیمر ABS محصول نهایی با ظاهری براق ارائه می‌­دهد. روکش فرمان و داشبورد اغلب از پلاستیک ABS ساخته شده است. هم‌چنین می‌­توان از آن برای قطعات بدنه خودرو نیز استفاده کرد. پلاستیک مورد استفاده در خودروها، مانند  ABS، به جذب و اتلاف انرژی در هنگام ضربه به بدنه خودرو کمک می‌­کند و مسافران را ایمن نگه می‌­دارد.

    هم‌چنین یکی دیگر از کاربرد‌های آن در پلاستیک‌­های مهندسی، به‌شکل کوپلیمرهای پیچیده‌­تر است؛ یعنی 15% الیاف شیشه تقویت‌شده با کوپلیمر ABS و استایرن گرافت‌شده با مالئیک انیدرید (GF-SMA)، به‌صورت کامپاند در می‌­آید و در سقف اتوماتیک (سان‌روف) استفاده می­‌شود. برخی شرکت‌­های خودروسازی نیز از مخلوط (SMA-GF) و ABS و الیاف شیشه استفاده می­‌کنند.

شکل 3. سقف اتوماتیک در خودرو [4]

پلی وینیل کلراید (PVC)

    یک پلاستیک مقاوم در برابر شعله است که به دو حالت انعطاف­‌پذیر و سخت وجود دارد. PVC یکی دیگر از پلاستیک‌های رایج مورد استفاده در خودروها به‌دلیل خواص شکل‌پذیری و روکش براق آن است. از حالت سخت و محکم PVC اغلب برای ساخت داشبورد و قطعات بدنه خودرو استفاده می‌­شود.

شکل 4. روکش براق PVC بر روی بدنه خودرو [5]

پلی‌کربنات

    پلی‌کربنات در برابر ضربه مقاوم است و اغلب در ساخت سپر اتومبیل و لنز چراغ جلو استفاده می­‌شود. این نوع پلاستیک در برابر عوامل جوی مقاومت خوبی دارد و شرایط مختلف آب و هوایی یعنی باران و برف، گرما و سرما در عمل‌کرد آن اختلالی ایجاد نمی‌­‌کند. پلی‌کربنات دارای وزن سبک است، بنابراین وزن کلی خودرو را کاهش می­‌دهد که به‌نوبه خود باعث بهبود راندمان خودرو و مصرف سوخت می‌­شود [6].

شکل 5. سپر جلو و عقب خودرو [7]

پلی‌اتیلن

    ساختارهای فلز-پلیمر-فلز مانند پنل‌های آلومینیوم (Al)-پلی‌اتیلن با چگالی کم (LDPE)، به‌دلیل وزن سبک و خواص اتلاف انرژی در کاربرد‌های خودرویی اهمیت پیدا کرده‌­اند. این ساختارها قطعات جدید خودرو با خواص مکانیکی خوب تولید می‌کنند. هم‌چنین پنل­­‌های متشکل از قطعات فلزی و پلیمرهای ترموپلاستیک را می‌­توان بسیار کار‌آمدتر بازیافت کرد [1].

الاستومرها

    لاستیک یک پلیمر انعطاف‌­پذیر و کشسان است که در دو نوع طبیعی و سنتزی یافت می‌­شود. لاستیک طبیعی همان ماده ارتجاعی است که از شیره درخت هِوا به‌دست می­‌آید. به‌دلیل مقاومت لاستیک­‌های طبیعی در برابر تجمع گرما، از آن­ها به‌طور گسترده در اتومبیل‌­های مسابقه‌­ای، هواپیما، کامیون و اتوبوس استفاده می‌­شود. ویژگی­‌های متمایز لاستیک‌­ها مانند استحکام بالا و مقاومت در برابر پارگی در عین داشتن انعطاف‌­پذیری، نقش آنها را در صنعت خودرو برجسته‌تر کرده است.

شکل 6. قطعات لاستیکی موجود در قسمت‌‌های مختلف خودرو [8]

    لاستیک‌­ها دسته­‌ای از الاستومرها هستند که به‌دلیل وجود اتصالات عرضی در ساختار خود، خاصیت انعطاف‌پذیری قابل توجهی دارند. قطعات لاستیکی در بخش­‌های مختلفی از خودرو حضور دارند که به مواردی از آن­ها اشاره می‌­شود.

• تایرها

     بخش عمده تایر­‌‌ها شامل رابر طبیعی و استایرن بوتادین رابر است. پس از آن پلی‌سیس بوتادین رابر و بوتیل رابر با درصد کم‌تری اضافه می‌­شوند.

• لرزش­‌گیرها

    از الاستومر پلی‌یورتان، نئوپرن، الفین رابر، سیلیکون و فلئورو کربن استفاده می­‌شود. هم‌چنین در برخی از قسمت‌­ها از فوم­‌های نیمه انعطاف‌­پذیر پلی‌یورتان استفاده می‌­شود.

شکل 7. قطعات موجود در سیستم‌­های لرزش‌‌گیر [9]

• درزگیرها

    از انواع الفین رابر، لاستیک طبیعی، استایرن بوتادین رابر و الاستومرهای پلی‌یورتان استفاده می‌­شود. عموماً از چسب پلی‌یورتان برای اتصال آنها به بدنه خودرو استفاده می‌­شود. هم‌چنین اکثر خودروسازان ایالات متحده از درزگیرهای پلی‌یورتان تک جزیی قابل پخت با رطوبت، برای چسباندن شیشه جلو و عقب به بدنه خودروهای سواری استفاده می­‌کنند.

شکل 8. درزگیرهای موجود در خودرو [10]

• واشرها

    مواد اولیه‌ آنها رزین‌­های ترموست پلی‌یورتان، الفین رابر، نئوپرن و استایرن بوتادین رابر هستند.

شکل 9. واشرهای رابری در خودرو [11]

• تسمه‌­ها

    از الاستومرهای پلی‌یورتان ساخته شده­‌اند.

شکل 10. تسمه [12]

• اورینگ‌­ها
• شلینگ­‌های رادیاتور

    در این بخش از رابرهای الفینی استفاده می‌­شود، زیرا در شرایط آب و هوایی مختلف قابل استفاده هستند.

• روکش پدال­‌ها [13].

فوم‌­های پلی‌یورتان

    این فوم‌­ها انواع مختلفی داشته و در بخش­‌های مختلف خودرو کاربرد دارند.

1. فوم‌­های سخت:

    دارای چگالی بین 0.5 تا 1.5 lb/ft³ هستند و از آن­ها برای جلوگیری از خوردگی و جذب صدای بدنه استفاده می‌شود.

2. فوم‌­‌های نیمه سخت:

    این فوم­‌ها از خواص جذب شوک و ضربه خیلی خوبی برخوردار هستند که باعث می‌‌­شود از آن‌­‌ها در پنل‌­‌های داشبورد و بالشتک‌­‌های صندلی خودرو استفاده شود.

3. فوم‌­‌های نیمه انعطاف‌­پذیر:

    از یورتان‌­های میکروسلولی تشکیل می‌­شوند. تراکم‌­پذیری بالا، انبساط جانبی کم، مقاومت در برابر سایش و تنش­‌های محیطی باعث شده تا این مواد در بسیاری از بخش­‌های سیستم تعلیق خودرو استفاده شود. از گریدهای با چگالی بالای آن در پایه و دسته موتور استفاده می‌­شود، زیرا دارای خاصیت عایق صدا و لرزش هستند.

4. فوم‌­‌های انعطاف­‌پذیر:

    فوم پلی‌یورتان قالب‌‌گیری‌شده و انعطاف‌‌پذیر، در قسمت‌­‌های نشیمن، تکیه‌‌­گاه و بالشتک صندلی استفاده می‌‌­شود. این فوم‌­ها دارای استحکام زیاد در برابر وزن‌­‌های بالا هستند، از طرفی وزن آنها در مقایسه با الیاف قدیمی مورد استفاده در گذشته کم‌تر است [14].

شکل 11. فوم مورد استفاده در صندلی خودرو [15]

گردآورنده: آریا مرادی/ نرگس دهقانی

منابع

1. Vieyra, Horacio, et al. “Engineering, recyclable, and biodegradable plastics in the automotive industry: a review.” Polymers 14.16 (2022): 3412.

.2 https://carbuzz.com/news/weekly-craigslist-hidden-treasure-1990-toyota

3. modernplasticsglobal.com/plastics-with-technology-create-futuristic-vehicles
4. https://www.peakpx.com/en/hd-wallpaper-desktop-fgjrn
5. carwraponline.com/Aluko-Gloss-Metallic-Deep-Blue-Vinyl-Wrap-Car-Wrap
6. 6. https://www.acplasticsinc.com/informationcenter/r/plastic-used-in-cars.
7. designworldonline.com/replacing-steel-thermoformed-plastics/
8. www.team-bhp.com/forum/technical-stuff/232281-different-materials-used-making-our-cars.html
9. leoships.com/rubber-bush/
10. https://dhruvus.com/products/
11. 11. extrudedrubber.net
12. ww.alibaba.com/pla/Automobile-rubber-cogged-v-belt
13. Walter, G. “Elastomers in the automotive industry.” Rubber Chemistry and Technology 49.3 (1976): 775-822
14. Szycher, Michael, ed. Szycher’s handbook of polyurethanes. CRC press, 1999.
15. https://blog.synthesia.com/en/polyurethane-car-seats