ПЛАСТМАССЫ - В МАССЫ
ПЛАСТМАССЫ - В МАССЫ
ТЕХНИКА
Обозрение ЗР
ПЛАСТМАССЫ - В МАССЫ
Полностью может быть, в ближнем будущем "трабанты" XXI века начнут соперничать с металлическими "одноклассниками".
Алексей ВОРОБЬЕВ-ОБУХОВ
Новое - это практически всегда отлично забытое старенькое. Откуда вообщем пришел термин "синтетические либо искусственные материалы" (по-немецки - Kunststoffe)? Оказывается, таково было заглавие журнальчика, основанного германским химиком Рихардом Эскалесом в... 1911 году (и имеющегося до сего времени!). Но прошло практически 10 лет, пока это проф издание сумело дать ответ на вопрос, что все-таки это, фактически, за вещества, какова их структура и каковы законы их синтеза?
Реальная история пластмасс началась несколько позднее, когда другой германец, Герман Штаудингер открыл макромолекулу - тот кирпичик, из которого формируются все синтетические (ну и природные) органические материалы. Огромное количество малеханьких молекул начального мономера при определенных критериях соединяются меж собой, как будто бусины на ниточке, в "большие" молекулы полимера, будь то поливинилхлорид, целофан, полипропилен либо какой-либо плексиглас. Это открытие процесса полимеризации принесло в 1953 году 72-летнему доктору Фрейбургского института Нобелевскую премию.
И... помчалось. Чуть не раз в год из лабораторий шли сообщения об следующем синтетическом материале с новыми, неслыханными качествами, и сейчас в мире делается выше 150 миллионов тонн всяческих пластмасс раз в год!
Все же, пластики пока не относятся к материалам "первого выбора", если речь входит о разработке такового массового продукта, как автомобиль. Хотя... Из чего только его не пробовали делать. Здесь отыскала для себя место даже фанера. Кузовные панели из различных, иногда самых простых пластиков, укрепленные на крепком (либо не очень) каркасе, дали путевку в жизнь гэдээровскому народному "Трабанту" и займут достойное место в массовом городском автомобиле наиблежайшего грядущего "Экобазике" (ЗР, 2000, № 3). Если Ремонт и эксплуатация очень большие и требования к прочности высоки, то кузов делается по технологии... папье-маше: древесная либо пенопластовая модель обклеивается слой за слоем, но не бумагой, а крепкой стеклотканью, при этом в качестве клея употребляются эпоксидные композиции. Выходит у одних лучше, у других - ужаснее, но у всех очень медлительно и поэтому недешево.
Еще одна область внедрения таковой послойной технологии - изготовка прототипов к показу на автосалонах. Во всяком случае, времена, когда по древесной болванке киянками выстукивали листы жести, а выпуклости сглаживали слоем олова, ушли в прошедшее. 1-ые эталоны "Волги" GAZ 3111 и "Атамана-2" ГАЗ-3106 светились стеклопластиковыми боками, хотя гости выставок об этом навряд ли догадывались. В ближайшее время ряд компаний делает небезуспешные пробы ускорить, а означает - удешевить процесс сначала применением быстротвердеющих смол.
Завершая разговор о послойно сделанных корпусах, отметим немецкую "IVM Отомотив", смогшую так стройно расположить карбоновые волокна в смоле, что вышла зеркально блестящая поверхность, через которую видна структура "ткани", плавненько переходящая от Ремонт и эксплуатация к Ремонт и эксплуатация (припоминает платьице с совершенно подогнанным рисунком материи). Чтоб достигнуть такового, пришлось вести процесс в вакууме, при этом хоть какой недостаток уже нереально убрать потом - это вам не "малярка"! Представленный в этом году в Женеве болид с 440-сильным мотором под углепластиковой оболочкой так и назван: "Коллэвей Карбон С12". Благодаря удельной мощности 3,4 кг/л. с., он разгоняется до первой из 3-х отмеренных ему сотен за 4,3 с!
Все произнесенное, непременно, любопытно, но не очень приближает нас к объявленной в заголовке цели - массовому и дешевенькому пластмассовому автомобилю. Чтоб решить задачку, предстояло научиться просто и стремительно... отливать бескаркасный несущий кузов, поточнее, его несколько больших частей, которые потом склеивают в готовый автомобиль.
Оказывается, это может быть уже сейчас! Внутреннее строение таковой несущей кузовной "Ремонт и эксплуатация" очень хитроумно. Многие, наверняка, знают, почему до сего времени стоит и не падает Останкинская телебашня. Под напором ветра она повсевременно раскачивается, все же бетон не пошел трещинками. Секрет - в за ранее натянутых тросах, пронизывающих все ее тело. Вот и разработчики "Даймлер-Крайслера", взявшиеся за новейшую технологию, выдумали метод заложить сложное переплетение крепких нитей прямо в литьевую форму, так что "каркас" оказывается снутри панели.
Фактически именовать панелью получившуюся часть кузова не совершенно верно: это фактически его четвертинка. Остается только склеить малочисленные (4-12) составные части и можно ставить мотор, колеса, сидения... В общей трудности на изготовка уже окрашенного в массе кузова уходит 6,5 часа, тогда как принятой нормой для железного аналога считают 19 часов и 80-120 сборочных единиц. Новенькая разработка получила заглавие LIMBT (Large Injection-Moulded Body Technology - разработка огромных, отлитых в форму кузовных деталей).
Научиться делать такие отливки удалось далековато не сходу. Начать с того, что литьевая машина - такой монстр, развивающий усилие при формовке 8 000 тонн, - сама весит более 900 т ну и устроена очень трудно. Расплавленная масса полиэтилентерефталата - того самого, из которого изготовлены настолько пользующиеся популярностью пластмассовые бутылки, - впрыскивается в форму под давлением 482 атмосферы, обтекая бессчетные подогреваемые "перемычки", препятствующие досрочному остыванию. Две минутки (!) и половинки формы массой по 200 тонн разъединяются, освобождая готовую деталь для предстоящего остывания уже на воздухе. (Интересно, что половинки самой формы в свое время остывали после производства в течение месяца при неизменном... обогреве. По другому более жгучая внутренняя часть порвала бы остывающую резвее внешную "оболочку".) Сейчас, в свободном состоянии, Ремонт и эксплуатация принимают окончательные форму и размер. Конструкторам пришлось много повозиться, чтоб внести особые поправки в размеры формы, обеспечивающие конечную точность Ремонт и эксплуатация ±0,5 мм!
Дальше остается намазать особым клеем, разработанным компанией "Эшланд Кемикал" (США), края "половинок" кузова и сжать их на те же 2-3 минутки (для массового производства продолжительность каждого цикла должна быть приблизительно схожей, по другому или Ремонт и эксплуатация будут скапливаться, или оборудование простаивать). И, что самое увлекательное, клеевой шов фактически незаметен! Вобщем, этому помогают особые "выштамповки", маскирующие его.
Получившиеся в конечном итоге авто прожили недолго - до крэш-теста. Результаты последнего обнадеживают: даже при -20°С клей и Ремонт и эксплуатация выдержали удар. Профессионалов это не очень изумило. Изготовленные из композитных материалов лопасти вертолета, к примеру, имеют ресурс в 40 раз (!) выше, чем железные, а нагрузки там большие. Еще важнее, что и исходя из убеждений энергоемкости армированный пластик еще лучше стали. Жесть поглощает кинетическую энергию только за счет собственной деформации, а здесь происходит расслоение материала, растяжение и обрыв волокон.
Сейчас по технологии LIMBT сделана пробная партия жестких крыш для внедорожника "Рэнглер". Они состоят всего из 2-ух деталей, заместо обыденных 5, весят на 30% меньше и стоят на 10% дешевле. А это уже вселяет надежду в реализуемость всего проекта. Идет речь о начатой в 1994 году разработке маленького автомобиля для китайского рынка (ЗР, 1998, № 2). Он так и именовался поначалу - CCV (China Concept Vehicle). Но позже выяснилось, что новенькая разработка применима и для производства, так сказать, полноразмерных автомобилей и та же аббревиатура зазвучала заного: Composite Concept Vehicle. И вот что показательно: невзирая на большие размеры литьевых машин и форм, общая цена организации производства самых сложных (из 12 деталей) кузовов по технологии LIMBT оценивается в 23 миллиона баксов, тогда как подготовка к серии железного кузова стоит несколько сотен миллионов! Площадь, занимаемая заводом, сокращается в четыре раза, а его стоимость - в три раза. Да, "прессы" огромные и дорогие, но не нужно ни штамповочного, ни сварочного, ни окрасочного, ни гальванического производств. Экономисты уже подсчитали: новенькая разработка делает выгодным выпуск автомобилей, начиная с 10 000 штук в год. А это как раз то, что необходимо при переполненном различными моделями рынке.
По технологии "китайского" ССV "Крайслер" собирается серийно выпускать и полноразмерные авто на базе концептов "Плимут Пронто Спайдер" и "Додж Интрепид ESX II". По прикидкам экономистов, себестоимость в итоге перехода на "бутылочный" материал может снизиться на... 80%! Но еще прибыльнее использовать пластмассу для гибридных авто. Дело в том, что в расчете на килограмм пластик еще дороже стали. Правда, машина выходит легче, а означает, возможно обойтись, скажем, 4-мя цилиндрами мотора заместо 6. Для обыденного ДВС экономия от таковой подмены невелика, а вот в гибридном автомобиле с топливными элементами зависимость практически линейная: снизили массу в два раза - в два раза же уменьшилась мощность агрегата - в два раза снизится и его общая цена! Не считая того, полиэтилентерефталат еще экономичнее стали в утилизации: переплавка просит меньше энергии. И об этом нюансе сейчас тоже нельзя забывать - "Гринпис" не спит.
В самом ближнем будущем "Трабант" ХХI века будет соперничать с металлическими собратьями в компакт-классе, но пройдет еще пару лет и... Пожалуй, не стоит сегодняшним первоклашкам грезить о прибыльной профессии мастера-жестянщика. Лучше подналечь на химию.
"Коллэвей-Карбон С12" издалече...
...и поблизости.
Четыре четвертинки, клей - и кузов "китайского" автомобиля готов.
Вязальная машина подготавливает внутренний "каркас".
Е8000 - наибольшая в мире литьевая машина, разработанная компанией "Хаски Инжекшн Молдинг Системс", работает на проект "Даймлер-Крайслера". Левая полуформа прижимается к правой с усилием до 8 млн. кг.
"Китайский" CCV - первенец новейшей технологии.
Огромный манипулятор переносит боковину на "позицию" для склеивания.
Панель при разрушении расслаивается, поглощая энергию удара.
"Додж Интрепид ESX II" и "Плимут Пронто Спайдер" продолжат "бутылочную серию" "Крайслера".
ТЕХНИКА
Обозрение ЗР
ПЛАСТМАССЫ - В МАССЫ
Полностью может быть, в ближнем будущем "трабанты" XXI века начнут соперничать с металлическими "одноклассниками".
Алексей ВОРОБЬЕВ-ОБУХОВ
Новое - это практически всегда отлично забытое старенькое. Откуда вообщем пришел термин "синтетические либо искусственные материалы" (по-немецки - Kunststoffe)? Оказывается, таково было заглавие журнальчика, основанного германским химиком Рихардом Эскалесом в... 1911 году (и имеющегося до сего времени!). Но прошло практически 10 лет, пока это проф издание сумело дать ответ на вопрос, что все-таки это, фактически, за вещества, какова их структура и каковы законы их синтеза?
Реальная история пластмасс началась несколько позднее, когда другой германец, Герман Штаудингер открыл макромолекулу - тот кирпичик, из которого формируются все синтетические (ну и природные) органические материалы. Огромное количество малеханьких молекул начального мономера при определенных критериях соединяются меж собой, как будто бусины на ниточке, в "большие" молекулы полимера, будь то поливинилхлорид, целофан, полипропилен либо какой-либо плексиглас. Это открытие процесса полимеризации принесло в 1953 году 72-летнему доктору Фрейбургского института Нобелевскую премию.
И... помчалось. Чуть не раз в год из лабораторий шли сообщения об следующем синтетическом материале с новыми, неслыханными качествами, и сейчас в мире делается выше 150 миллионов тонн всяческих пластмасс раз в год!
Все же, пластики пока не относятся к материалам "первого выбора", если речь входит о разработке такового массового продукта, как автомобиль. Хотя... Из чего только его не пробовали делать. Здесь отыскала для себя место даже фанера. Кузовные панели из различных, иногда самых простых пластиков, укрепленные на крепком (либо не очень) каркасе, дали путевку в жизнь гэдээровскому народному "Трабанту" и займут достойное место в массовом городском автомобиле наиблежайшего грядущего "Экобазике" (ЗР, 2000, № 3). Если Ремонт и эксплуатация очень большие и требования к прочности высоки, то кузов делается по технологии... папье-маше: древесная либо пенопластовая модель обклеивается слой за слоем, но не бумагой, а крепкой стеклотканью, при этом в качестве клея употребляются эпоксидные композиции. Выходит у одних лучше, у других - ужаснее, но у всех очень медлительно и поэтому недешево.
Еще одна область внедрения таковой послойной технологии - изготовка прототипов к показу на автосалонах. Во всяком случае, времена, когда по древесной болванке киянками выстукивали листы жести, а выпуклости сглаживали слоем олова, ушли в прошедшее. 1-ые эталоны "Волги" GAZ 3111 и "Атамана-2" ГАЗ-3106 светились стеклопластиковыми боками, хотя гости выставок об этом навряд ли догадывались. В ближайшее время ряд компаний делает небезуспешные пробы ускорить, а означает - удешевить процесс сначала применением быстротвердеющих смол.
Завершая разговор о послойно сделанных корпусах, отметим немецкую "IVM Отомотив", смогшую так стройно расположить карбоновые волокна в смоле, что вышла зеркально блестящая поверхность, через которую видна структура "ткани", плавненько переходящая от Ремонт и эксплуатация к Ремонт и эксплуатация (припоминает платьице с совершенно подогнанным рисунком материи). Чтоб достигнуть такового, пришлось вести процесс в вакууме, при этом хоть какой недостаток уже нереально убрать потом - это вам не "малярка"! Представленный в этом году в Женеве болид с 440-сильным мотором под углепластиковой оболочкой так и назван: "Коллэвей Карбон С12". Благодаря удельной мощности 3,4 кг/л. с., он разгоняется до первой из 3-х отмеренных ему сотен за 4,3 с!
Все произнесенное, непременно, любопытно, но не очень приближает нас к объявленной в заголовке цели - массовому и дешевенькому пластмассовому автомобилю. Чтоб решить задачку, предстояло научиться просто и стремительно... отливать бескаркасный несущий кузов, поточнее, его несколько больших частей, которые потом склеивают в готовый автомобиль.
Оказывается, это может быть уже сейчас! Внутреннее строение таковой несущей кузовной "Ремонт и эксплуатация" очень хитроумно. Многие, наверняка, знают, почему до сего времени стоит и не падает Останкинская телебашня. Под напором ветра она повсевременно раскачивается, все же бетон не пошел трещинками. Секрет - в за ранее натянутых тросах, пронизывающих все ее тело. Вот и разработчики "Даймлер-Крайслера", взявшиеся за новейшую технологию, выдумали метод заложить сложное переплетение крепких нитей прямо в литьевую форму, так что "каркас" оказывается снутри панели.
Фактически именовать панелью получившуюся часть кузова не совершенно верно: это фактически его четвертинка. Остается только склеить малочисленные (4-12) составные части и можно ставить мотор, колеса, сидения... В общей трудности на изготовка уже окрашенного в массе кузова уходит 6,5 часа, тогда как принятой нормой для железного аналога считают 19 часов и 80-120 сборочных единиц. Новенькая разработка получила заглавие LIMBT (Large Injection-Moulded Body Technology - разработка огромных, отлитых в форму кузовных деталей).
Научиться делать такие отливки удалось далековато не сходу. Начать с того, что литьевая машина - такой монстр, развивающий усилие при формовке 8 000 тонн, - сама весит более 900 т ну и устроена очень трудно. Расплавленная масса полиэтилентерефталата - того самого, из которого изготовлены настолько пользующиеся популярностью пластмассовые бутылки, - впрыскивается в форму под давлением 482 атмосферы, обтекая бессчетные подогреваемые "перемычки", препятствующие досрочному остыванию. Две минутки (!) и половинки формы массой по 200 тонн разъединяются, освобождая готовую деталь для предстоящего остывания уже на воздухе. (Интересно, что половинки самой формы в свое время остывали после производства в течение месяца при неизменном... обогреве. По другому более жгучая внутренняя часть порвала бы остывающую резвее внешную "оболочку".) Сейчас, в свободном состоянии, Ремонт и эксплуатация принимают окончательные форму и размер. Конструкторам пришлось много повозиться, чтоб внести особые поправки в размеры формы, обеспечивающие конечную точность Ремонт и эксплуатация ±0,5 мм!
Дальше остается намазать особым клеем, разработанным компанией "Эшланд Кемикал" (США), края "половинок" кузова и сжать их на те же 2-3 минутки (для массового производства продолжительность каждого цикла должна быть приблизительно схожей, по другому или Ремонт и эксплуатация будут скапливаться, или оборудование простаивать). И, что самое увлекательное, клеевой шов фактически незаметен! Вобщем, этому помогают особые "выштамповки", маскирующие его.
Получившиеся в конечном итоге авто прожили недолго - до крэш-теста. Результаты последнего обнадеживают: даже при -20°С клей и Ремонт и эксплуатация выдержали удар. Профессионалов это не очень изумило. Изготовленные из композитных материалов лопасти вертолета, к примеру, имеют ресурс в 40 раз (!) выше, чем железные, а нагрузки там большие. Еще важнее, что и исходя из убеждений энергоемкости армированный пластик еще лучше стали. Жесть поглощает кинетическую энергию только за счет собственной деформации, а здесь происходит расслоение материала, растяжение и обрыв волокон.
Сейчас по технологии LIMBT сделана пробная партия жестких крыш для внедорожника "Рэнглер". Они состоят всего из 2-ух деталей, заместо обыденных 5, весят на 30% меньше и стоят на 10% дешевле. А это уже вселяет надежду в реализуемость всего проекта. Идет речь о начатой в 1994 году разработке маленького автомобиля для китайского рынка (ЗР, 1998, № 2). Он так и именовался поначалу - CCV (China Concept Vehicle). Но позже выяснилось, что новенькая разработка применима и для производства, так сказать, полноразмерных автомобилей и та же аббревиатура зазвучала заного: Composite Concept Vehicle. И вот что показательно: невзирая на большие размеры литьевых машин и форм, общая цена организации производства самых сложных (из 12 деталей) кузовов по технологии LIMBT оценивается в 23 миллиона баксов, тогда как подготовка к серии железного кузова стоит несколько сотен миллионов! Площадь, занимаемая заводом, сокращается в четыре раза, а его стоимость - в три раза. Да, "прессы" огромные и дорогие, но не нужно ни штамповочного, ни сварочного, ни окрасочного, ни гальванического производств. Экономисты уже подсчитали: новенькая разработка делает выгодным выпуск автомобилей, начиная с 10 000 штук в год. А это как раз то, что необходимо при переполненном различными моделями рынке.
По технологии "китайского" ССV "Крайслер" собирается серийно выпускать и полноразмерные авто на базе концептов "Плимут Пронто Спайдер" и "Додж Интрепид ESX II". По прикидкам экономистов, себестоимость в итоге перехода на "бутылочный" материал может снизиться на... 80%! Но еще прибыльнее использовать пластмассу для гибридных авто. Дело в том, что в расчете на килограмм пластик еще дороже стали. Правда, машина выходит легче, а означает, возможно обойтись, скажем, 4-мя цилиндрами мотора заместо 6. Для обыденного ДВС экономия от таковой подмены невелика, а вот в гибридном автомобиле с топливными элементами зависимость практически линейная: снизили массу в два раза - в два раза же уменьшилась мощность агрегата - в два раза снизится и его общая цена! Не считая того, полиэтилентерефталат еще экономичнее стали в утилизации: переплавка просит меньше энергии. И об этом нюансе сейчас тоже нельзя забывать - "Гринпис" не спит.
В самом ближнем будущем "Трабант" ХХI века будет соперничать с металлическими собратьями в компакт-классе, но пройдет еще пару лет и... Пожалуй, не стоит сегодняшним первоклашкам грезить о прибыльной профессии мастера-жестянщика. Лучше подналечь на химию.
"Коллэвей-Карбон С12" издалече...
...и поблизости.
Четыре четвертинки, клей - и кузов "китайского" автомобиля готов.
Вязальная машина подготавливает внутренний "каркас".
Е8000 - наибольшая в мире литьевая машина, разработанная компанией "Хаски Инжекшн Молдинг Системс", работает на проект "Даймлер-Крайслера". Левая полуформа прижимается к правой с усилием до 8 млн. кг.
"Китайский" CCV - первенец новейшей технологии.
Огромный манипулятор переносит боковину на "позицию" для склеивания.
Панель при разрушении расслаивается, поглощая энергию удара.
"Додж Интрепид ESX II" и "Плимут Пронто Спайдер" продолжат "бутылочную серию" "Крайслера".