Пластмассы — в массы

ПЛАСТМАССЫ — В МАССЫ

ТЕХНИКА

Обозрение ЗР 

ПЛАСТМАССЫ — В МАССЫ

Вполне возможно, в ближайшем будущем «трабанты» XXI века начнут конкурировать с металлическими «одноклассниками».

Алексей ВОРОБЬЕВ-ОБУХОВ

Новое — это почти всегда хорошо забытое старое. Откуда вообще пришел термин «синтетические или искусственные материалы» (по-немецки — Kunststoffe)? Оказывается, таково было название журнала, основанного немецким химиком Рихардом Эскалесом в... 1911 году (и существующего до сих пор!). Но прошло почти десять лет, пока это профессиональное издание смогло дать ответ на вопрос, что же это, собственно, за вещества, какова их структура и каковы законы их синтеза?

Настоящая история пластмасс началась несколько позже, когда другой немец, Герман Штаудингер открыл макромолекулу — тот кирпичик, из которого формируются все синтетические (да и природные) органические материалы. Множество маленьких молекул исходного мономера при определенных условиях соединяются между собой, будто бусины на ниточке, в «огромные» молекулы полимера, будь то поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен или какой-нибудь плексиглас. Это открытие процесса полимеризации принесло в 1953 году 72-летнему профессору Фрейбургского университета Нобелевскую премию.

И... понеслось. Чуть ли не ежегодно из лабораторий шли сообщения об очередном синтетическом материале с новыми, невиданными свойствами, и сегодня в мире производится свыше 150 миллионов тонн всяческих пластмасс ежегодно!

Тем не менее, пластики пока не относятся к материалам «первого выбора», если речь заходит о создании такого массового продукта, как автомобиль. Хотя... Из чего только его не пробовали делать. Тут нашла себе место даже фанера. Кузовные панели из разных, порой самых примитивных пластиков, укрепленные на прочном (или не очень) каркасе, дали путевку в жизнь гэдээровскому народному «Трабанту» и займут достойное место в массовом городском автомобиле ближайшего будущего «Экобазике» (ЗР, 2000, № 3). Если детали очень крупные и требования к прочности высоки, то кузов делается по технологии... папье-маше: деревянная или пенопластовая модель обклеивается слой за слоем, но не бумагой, а прочной стеклотканью, причем в качестве клея используются эпоксидные композиции. Получается у одних лучше, у других — хуже, но у всех очень медленно и потому дорого.

Еще одна область применения такой послойной технологии — изготовление прототипов к показу на автосалонах. Во всяком случае, времена, когда по деревянной болванке киянками выстукивали листы жести, а неровности выравнивали слоем олова, ушли в прошлое. Первые образцы «Волги» GAZ 3111 и «Атамана-2» ГАЗ-3106 сияли стеклопластиковыми боками, хотя посетители выставок об этом вряд ли догадывались. В последнее время ряд фирм делает небезуспешные попытки ускорить, а значит — удешевить процесс прежде всего применением быстротвердеющих смол.

Завершая разговор о послойно изготовленных корпусах, отметим немецкую «IVM Отомотив», сумевшую так стройно расположить карбоновые волокна в смоле, что получилась зеркально блестящая поверхность, сквозь которую видна структура «ткани», плавно переходящая от детали к детали (напоминает платье с идеально подогнанным рисунком материи). Чтобы добиться такого, пришлось вести процесс в вакууме, причем любой дефект уже невозможно устранить впоследствии — 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 трех отмеренных ему сотен за 4,3 с!

Все сказанное, безусловно, интересно, но не слишком приближает нас к объявленной в заголовке цели — массовому и дешевому пластиковому автомобилю. Чтобы решить задачу, предстояло научиться просто и быстро... отливать бескаркасный несущий кузов, точнее, его несколько крупных частей, которые затем склеивают в готовый автомобиль.

Оказывается, это возможно уже сегодня! Внутреннее строение такой несущей кузовной «детали» весьма хитроумно. Многие, наверное, знают, почему до сих пор стоит и не падает Останкинская телебашня. Под напором ветра она постоянно раскачивается, тем не менее бетон не пошел трещинами. Секрет — в предварительно натянутых тросах, пронизывающих все ее тело. Вот и разработчики «Даймлер-Крайслера», взявшиеся за новую технологию, придумали способ заложить сложное переплетение прочных нитей прямо в литьевую форму, так что «каркас» оказывается внутри панели.

Собственно называть панелью получившуюся часть кузова не совсем правильно: это практически его четвертинка. Остается лишь склеить немногочисленные (4–12) составные части и можно ставить мотор, колеса, сиденья... В общей сложности на изготовление уже окрашенного в массе кузова уходит 6,5 часа, тогда как общепринятой нормой для металлического аналога считают 19 часов и 80–120 сборочных единиц. Новая технология получила название LIMBT (Large Injection-Moulded Body Technology — технология больших, отлитых в форму кузовных деталей).

Научиться делать такие отливки удалось далеко не сразу. Начать с того, что литьевая машина — этакий монстр, развивающий усилие при формовке 8 000 тонн, — сама весит более 900 т да и устроена весьма сложно. Расплавленная масса полиэтилентерефталата — того самого, из которого сделаны столь популярные пластиковые бутылки, — впрыскивается в форму под давлением 482 атмосферы, обтекая многочисленные подогреваемые «перемычки», препятствующие преждевременному остыванию. Две минуты (!) и половинки формы массой по 200 тонн разъединяются, освобождая готовую деталь для дальнейшего остывания уже на воздухе. (Любопытно, что половинки самой формы в свое время остывали после изготовления в течение месяца при постоянном... подогреве. Иначе более горячая внутренняя часть разорвала бы остывающую быстрее наружную «оболочку».) Теперь, в свободном состоянии, детали принимают окончательные форму и размер. Конструкторам пришлось немало повозиться, чтобы внести специальные поправки в размеры формы, обеспечивающие конечную точность детали ±0,5 мм!

Далее остается намазать специальным клеем, разработанным фирмой «Эшланд Кемикал» (США), края «половинок» кузова и сжать их на те же 2–3 минуты (для массового производства длительность каждого цикла должна быть примерно одинаковой, иначе либо детали будут накапливаться, либо оборудование простаивать). И, что самое интересное, клеевой шов практически незаметен! Впрочем, этому помогают специальные «выштамповки», маскирующие его.

Получившиеся в итоге автомобили прожили недолго — до крэш-теста. Результаты последнего обнадеживают: даже при —20°С клей и детали выдержали удар. Специалистов это не сильно удивило. Сделанные из композитных материалов лопасти вертолета, например, имеют ресурс в 40 раз (!) выше, чем стальные, а нагрузки там огромные. Гораздо важнее, что и с точки зрения энергоемкости армированный пластик гораздо лучше стали. Жесть поглощает кинетическую энергию лишь за счет своей деформации, а тут происходит расслоение материала, растяжение и обрыв волокон.

Сегодня по технологии LIMBT изготовлена пробная партия жестких крыш для джипа «Рэнглер». Они состоят всего из двух деталей, вместо обычных пяти, весят на 30% меньше и стоят на 10% дешевле. А это уже вселяет надежду в реализуемость всего проекта. Речь идет о начатой в 1994 году разработке небольшого автомобиля для китайского рынка (ЗР, 1998, № 2). Он так и назывался сначала — CCV (China Concept Vehicle). Но потом выяснилось, что новая технология пригодна и для изготовления, так сказать, полноразмерных автомобилей и та же аббревиатура зазвучала по-новому: Composite Concept Vehicle. И вот что показательно: несмотря на огромные размеры литьевых машин и форм, общая стоимость организации производства самых сложных (из 12 деталей) кузовов по технологии LIMBT оценивается в 23 миллиона долларов, тогда как подготовка к серии стального кузова стоит несколько сотен миллионов! Площадь, занимаемая заводом, сокращается вчетверо, а его цена — втрое. Да, «прессы» большие и дорогие, но не надо ни штамповочного, ни сварочного, ни окрасочного, ни гальванического производств. Экономисты уже подсчитали: новая технология делает рентабельным выпуск автомобилей, начиная с 10 000 штук в год. А это как раз то, что нужно при переполненном всевозможными моделями рынке.

По технологии «китайского» ССV «Крайслер» собирается серийно выпускать и полноразмерные автомобили на основе концептов «Плимут Пронто Спайдер» и «Додж Интрепид ESX II». По прикидкам экономистов, себестоимость в результате перехода на «бутылочный» материал может снизиться на... 80%! Но еще выгоднее использовать пластмассу для гибридных авто. Дело в том, что в расчете на килограмм пластик гораздо дороже стали. Правда, машина получается легче, а значит, можно обойтись, скажем, четырьмя цилиндрами мотора вместо шести. Для обычного ДВС экономия от такой замены невелика, а вот в гибридном автомобиле с топливными элементами зависимость почти линейная: снизили массу вдвое — вдвое же уменьшилась мощность силового агрегата — вдвое снизится и его общая стоимость! Кроме того, полиэтилентерефталат гораздо экономичнее стали в утилизации: переплавка требует меньше энергии. И об этом аспекте сегодня тоже нельзя забывать — «Гринпис» не дремлет.

В самом ближайшем будущем «Трабант» ХХI века будет конкурировать с металлическими собратьями в компакт-классе, но пройдет еще несколько лет и... Пожалуй, не стоит нынешним первоклашкам мечтать о выгодной профессии мастера-жестянщика. Лучше подналечь на химию.

«Коллэвей-Карбон С12» издали...

...и вблизи.

Четыре четвертинки, клей — и кузов «китайского» автомобиля готов.

Вязальная машина подготавливает внутренний «каркас».

Е8000 — самая большая в мире литьевая машина, разработанная фирмой «Хаски Инжекшн Молдинг Системс», работает на проект «Даймлер-Крайслера». Левая полуформа прижимается к правой с усилием до 8 млн. кг.

«Китайский» CCV — первенец новой технологии.

Гигантский 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».

Ошибка в тексте? Выделите её мышкой! И нажмите: Ctrl + Enter

Читать комментарии

Самые новые