Каждый год количество транспортных средств, которые заполняют наши дороги, растет в геометрической прогрессии, и нет никаких признаков того, что этот рост остановится. По оценкам специалистов, в настоящее время в мире эксплуатируется 1,5 миллиарда транспортных средств.
В 2023 году Европейская ассоциация автопроизводителей сообщила о росте производства транспортных средств на 5,7% по сравнению с предыдущим годом, общее количество произведенных новых автомобилей в мире составило 85,4 млн.
Ожидается, что к 2025 году пластмассы и композитные материалы составят 8% от общей доли материалов в серийном автомобиле, при этом большинство деталей по-прежнему останутся из металлическими.
История производства автомобильных пластиков
Если задать вопрос «из чего сделаны автомобили?», мало кому придет в голову мысль о пластике. Но несмотря на это, помимо таких важных материалов, как сталь и алюминий, пластик стал занимать видное место в автомобильной промышленности с тех пор, как автомобиль стал производится серийно.
Как ни странно, но изобретение пластика и рождение автомобиля произошли примерно в одно и то же время. Это произошло в 1909 году, когда Лео Бакеланд создал первый в мире синтетический пластик, названный бакелитом. К слову сказать, всего за год до этого Ford Motor Company выпустила свой первый автомобиль, который считается первым в мире доступным для массового потребителя автомобилем.
Несмотря на то, что модель Ford T (так назывался первый автомобиль) не приобретала всемирную популярность, пока не началось ее серийное производство в первой четверти века, ее производство, совпавшее с прорывами в области полимеризации, в конечном итоге привело к уникальному партнерству в области пластмасс и автомобилей.
Спустя 23 года после бакелита были изобретены армированные волокнами пластмассы из смеси стекловолокна и полимерной смолы. Этот новый композитный материал быстро завоевал популярность в автомобильной промышленности.
Термореактивные пластмассы помогли производить прочные и долговечные фасонные детали, которые было легче производить по сравнению с традиционными методами гибки листового металла. Первым автомобилем из стекловолокна, «Проект Stout Y», было купе, построенное в 1946 году, за восемь лет до начала массового производства кузовов из стекловолокна для Chevrolet.
1960-е годы произвели революцию в области исследований полимеров с принятием полипропилена. Благодаря своему малому весу и механическим свойствам полипропилен и по сей день используется в автомобильной промышленности.
В конечном итоге пластик нашел свое применение в основных компонентах автомобиля и деталях кузова. В 1970-х годах революционный пластиковый бампер породил целое поколение эстетичных, легких автомобилей, которые продемонстрировали жесткие и прочные возможности материала, способного поглощать в четыре, то и в пять раз больше энергии, чем металлические бамперы. В настоящее время пластиковые детали повсеместно используются вплоть до самых последних моделей автомобилей.
Какие автозапчасти делаются из пластика
Пластиковые детали составляют 8% от всех материалов, из которых собирается современный легковой автомобиль. Они специально разработаны для того, чтобы выдерживать суровые погодные и эксплуатационные условия, включая экстремальные температуры, динамические нагрузки и электрические токи, а также влажность и коррозию. Ниже приведен список наиболее часто производимых пластиковых деталей в автомобильной промышленности.
Список пластиковых автомобильных деталей:
- Бамперы и внешние компоненты транспортных средств;
- Крышки двигателя;
- Изоляция электропроводки;
- Сиденья;
- Внутренние панели;
- Приборные панели, ручки и переключатели;
- Крышки топливных баков;
- Линзы фар/задних фонарей;
- Колпаки колес и т.д.
Преимущества пластмасс в автомобилестроении
Использование пластика в автомобильном производстве имеет много преимуществ по сравнению с металлом. Металлы не только тяжелее, но и, что удивительно, обладают низкой ударопрочностью и прочностью на разрыв. Со временем металл начинает ржаветь, если не обрабатывать его защитными материалами. В отличии от металлических деталей, пластики решают ряд проблем прочности и долговечности, демонстрируя при этом эстетическую универсальность для большинства компонентов.
Вот некоторые основных причин использования пластмасс в автомобилестроении:
- Снижение массы автомобиля;
- Энергоэффективность;
- Безопасность и долговечность;
- Экономическая эффективность.
Снижение массы автомобиля
Пластиковые и композитные детали намного легче, чем тяжелые металлические формованные детали. Это особенно важно для тяжелых деталей кузова, поскольку влияние на конечное использование транспортных средств может показать резкое увеличение энергоэффективности. Например, 100 кг пластик может заменить до 300 кг металла, что снижает расхода топлива автомобиля в среднем на 750 литров. Это особенно актуально для электромобилей, при решении проблемы увеличения пробега на одной зарядке.
Энергоэффективность пластиковых автозапчасей
Вышеупомянутые преимущества по снижению веса автомобиля, повышают топливную экономичность, увеличивая расстояние, которое может преодолеть транспортное средство, при этом снижая выбросы CO2. Так Япония недавно отметила 96%-е улучшение топливной экономичности для легковых автомобилей за последние два десятилетия.
Безопасность и долговечность деталей из пластика
Вопреки распространенному мнению, пластиковые детали могут легко прослужить дольше прочных металлов при условии правильного производственного процесса и последующей обработки. Термореактивные пластмассы чаще всего используются в автомобильной промышленности для производства крупных, цельных деталей. Пластик демонстрирует впечатляющую прочность после отверждения, не поддается изменению формы, выгоден своими диэлектрическими свойствами, коррозионной стойкостью и низкими затратами на инструментальную обработку. Если сказать проще, термореактивные материалы обеспечивают высокую производительность в сочетании с выгодными механическими свойствами при более низкой стоимости производства.
Что касается композитов, то они предоставляют более широкий спектр возможностей для производства автомобильных пластиков, позволяя использовать такие материалы, как углеродное волокно и армированные стекловолокном полимеры, которые обеспечивают идентичные преимущества за счет стоимости производства.
Эффективность затрат при использовании пластиковых деталей
Благодаря возросшей устойчивости операций в пластмассовой промышленности, стоимость производства пластиковых автомобильных деталей значительно снизилась благодаря передовым технологическим производственным знаниям, а также постоянно растущему количеству переработанного материала.
Расходы на сборку и оснастку также значительно снижаются при формовании пластика. Этот процесс обеспечивает непрерывный источник серийного производства с возможностью сокращения сроков производства за счет объединения нескольких деталей в одну форму и создания сложных форм.
Процессы при производстве автомобильных пластиков
Многие производственные процессы применяются и к производству пластмасс. Так автомобильные детали, работающие на ударопрочность и безопасность, обычно производятся с использованием различных методов формования. Эти процессы оптимизируют серийное производство, которое является быстрым и экономически эффективным.
Литье под давлением
Литье под давлением — это процесс впрыскивание расплавленного пластика в гидравлическую пресс-форму. Пластиковые гранулы расплавляются и впрыскиваются через шнек в камеру, где молекулярная структура материала изменяется под воздействием высокой температуры. Затем затвердевшая деталь удаляется из формы механическим способом или с помощью сжатого воздуха.
В случае автомобильных деталей предпочтение отдается термореактивным материалам из-за их высокой прочности и коррозионной стойкости. Термореактивные пластиковые детали требуют похожего процесса, называемого реактивным литьем под давлением (RIM), при котором два жидких компонента, используемых в процессе формования, впрыскиваются под низким давлением.
При контакте они вступают в химическую реакцию, которая повышает температуру и давление внутри формы, в конечном итоге производя термореактивную деталь. Этот процесс может быть в значительной степени адаптирован и для применения предварительно смешанных материалов, изменяя термореактивные свойства для различных требований к физическим характеристикам.
Тенденции производства автомобильных пластиков после 2024
Из-за растущего спроса на решения при производстве автомобилей нового поколения, а также проблем с внедрением устойчивых методов в связи с климатическим кризисом, в обозримом будущем пластмассовая промышленность будет расти вместе с автомобильной промышленностью.
Глобальный объем рынка автомобильных пластиковых автозапчастей в 2019 году оценивался в 35 миллиардов долларов США, с прогнозируемым ростом до 83 млрд долларов США к 2027 году на основе среднегодового темпа роста 11,1%. Эти статистические данные соответствуют текущему размеру рынка автомобильных пластиков. По оценкам, к концу 2024 года его стоимость составит 70 миллиардов долларов США, при этом ожидаемый десятилетний рост приведет к тому, что рынок почти удвоится. Прогнозируемый размер рынка к 2033 году составляет 136 миллиардов долларов США.
Ключевые тенденции в автомобильной промышленности в 2024 году, которые будут способствовать росту рынка производства пластмасс, в первую очередь включают повышение энергоэффективности бензиновых и электрических автомобилей за счет снижения веса и выбора более экологичных решений на всех этапах цепочки поставок автомобильных запчастей.
К 2026 году автопроизводители планируют поэтапно отказаться от бензиновых и дизельных двигателей внутреннего сгорания, а VW планирует заполнить этот пробел 70 новыми моделями электромобилей к 2028 году. Самая большая проблема, с которой сталкиваются производители электромобилей — это производственные расходы и опасения по поводу теплового разгона. Литий-ионные аккумуляторы электромобилей требуют обширных исследований их потенциала из-за генерации тепла. Следовательно, НИОКР в области огнестойких материалов корпусов и компонентов аккумуляторов привели к повышению интереса к преимуществам современных пластиков и композитов.
Эти материалы уменьшают распространение пламени, обладая эффективными огнезащитными свойствами. Исследования продолжают помогать снижать вес электромобилей. Для этого испытываются материалы, например, армированный углеродным волокном пластик для легких структурных батарей.
Заключение
Автомобильное производство претерпевает значительные изменения благодаря растущему количеству транспортных средств и обеспокоенности по поводу устойчивости потребления ресурсов. Отрасль сталкивается с растущими требованиями к производству более энергоэффективных транспортных средств.
Однако будущее автомобильного производства формируется под влиянием роста электромобилей (ЭМ) и неуклонного внимания к внедрению автомобильных пластиков. По прогнозам, термореактивные материалы и композиты будут составлять 8% состава материалов для серийных автомобилей к 2025 году, в то время как ЭМ, как ожидается, произведут революцию на рынке, снизив затраты и составив значительную часть будущих продаж автомобилей.
Пластики сыграли решающую роль в истории автомобилестроения, предлагая такие преимущества, как легкость, энергоэффективность, пригодность к переработке, безопасность, долговечность и экономичность. Современные производственные процессы, такие как литье под давлением и компрессионное формование, еще больше оптимизировали массовое производство.
Заглядывая вперед, можно сказать, что отрасль производства автомобильных пластиков существенно вырастет, и к 2033 году объем рынка, по оценкам специалистов, достигнет 136 млрд долларов США. К основным тенденциям относятся повышение энергоэффективности, внедрение автоматизации, датчиков и искусственного интеллекта для оптимизации процессов.
