Совершенствование технологии экструзии с раздувом для изготовления деталей с низкой проницаемостью паров нефтепродуктов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.06, кандидат наук Леонов, Сергей Александрович

• Леонов, Сергей Александрович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Леонов, Сергей Александрович

СОДЕРЖАНИЕ

Список сокращений и условных обозначений

Введение

1 Полимерные материалы в легковом автомобилестроении

1.1 Применение и доля полимерных материалов в конструкции автомобиля

1.2 Эффективность применения полимерных материалов

1.3 Классификация экструзионно-выдувного оборудования для переработки термопластов

1.4 Механизм диффузии паров нефтепродуктов через стенки

изделий

1.5 Методы снижения проницаемости паров нефтепродуктов через стенки изделий

1.6 Обоснование выбранного направления в работе

2 Описание объектов и методов исследования

2.1 Композиционные материалы на основе алифатических

полиамидов

2.2 Методы исследований материалов, изделий и некоторые результаты исследований

3 Результаты исследований и их обсуждение

3.1 Влияние температур газа раздува, пресс-кантов, экструзионной заготовки, влажности и давления газа раздува на прочность изделий и их проницаемость по отношению к нефтепродуктам

3.2 Разработка усовершенствованного технологического

процесса

3.3 Проверка изделий на соответствие требованиям

3.4 Прочностные свойства деталей

3.5 Оптимизация толщины стенки и веса изделия

Выводы

Список использованных источников

Приложения

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Адг. - адгезивный материал Б - барьерный материал

ЕЭК ООН - Европейская экономическая комиссия Организации объединенных наций

ИММС НАНБ - Институт механики металлополимерных систем Национальной академии наук Беларуси

мас.ч. - массовые части

ПА - полиамид

ПВДХ - поливинилиденхлорид

НИ - полипропилен

ПЭВП - полиэтилен высокой плотности

ПЭНД - полиэтилен низкого давления

ПЭТ - полиэтилентерефталат

Р - регенерат (вторично перерабатываемый облой) РЭМ - растровая электронная микроскопия

ФПЭВП - фунционализированный полиэтилен высокой плотности ЭВА - экструзионно-выдувной агрегат EVOH - этиленвиниловый спирт

SHED TEST - метод определения выбросов углеводородов

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии экструзии с раздувом для изготовления деталей с низкой проницаемостью паров нефтепродуктов»

ВВЕДЕНИЕ

Совершенствование техники и технологии в большинстве отраслей промышленности требует широкого применения синтетических материалов. Пластические массы занимают большое место в этой группе материалов и их использование позволяет решать многие технические проблемы. Без изделий из полимеров и композитов на их основе невозможно представить современные автомобили, приборы, компьютеры, средства связи, авиационную и даже космическую технику.

Технологии создания и обработки полимеров и эластомеров, технологии создания и обработки композиционных и керамических материалов внесены в перечень технологий, имеющих важное социально-экономическое значение или важное значение - для обороны страны и безопасности государства (критические технологии) утвержденный распоряжением правительства РФ от 24 июня 2013 г. №1059-р.

Современная промышленность переработки пластмасс располагает широким набором методов переработки и парком оборудования, насчитывающим более 3500 типов машин и аппаратов. Индивидуальные полимеры все больше заменяются полимерными композитами и смесями полимеров с широким разнообразием свойств. Полимеры и композиты обладают хорошими физико-механическими свойствами, в том числе и сопротивлением ударным нагрузкам в широком диапазоне температур, а также высокой химической стойкостью. Плотность полимеров меньше, чем у металлов, металлокерамики, стекла и, следовательно, изделия из пластмасс имеют меньший вес. Переработка пластмасс в изделия менее трудоемка, чем переработка других материалов [1-7]. Трудоемкость изготовления большинства изделий из пластмасс в среднем в 2,5 ... 4 раза меньше, чем трудоемкость изготовления аналогичных изделий из металлов. При изготовлении изделий из современных пластмасс электроэнергии потребляется в 3 ... 5 раз меньше, чем при производстве этих же изделий из черных металлов и примерно в 1,2 ... 1,3 раза меньше, чем из древесины и пиломатериалов [8].

Успехи достигнутые за последние десятилетия в полимерном материаловедении, технологии переработки пластмасс, конструировании и расчете пластмассовых деталей послужили основой для широкого и обоснованного использования их в большинстве отраслей промышленности, и особенно в автомобильной отрасли.

Одним из направлений оптимизации конструкций автомобильной техники является переход с металлических узлов и деталей на пластмассовые, в том числе и с металлических деталей системы питания и системы улавливания паров бензина на пластмассовые - бензобак, наливная труба, сепаратор паров бензина и др. Преимущества - большая свобода конструкции, уменьшение веса, повышение пожаробезопасности при столкновениях и коррозионной стойкости, а также повышение технологичности и экономической эффективности. Однако к таким деталям предъявляются высокие требования по проницаемости паров топлива и прочности, сопротивлению ударным нагрузкам. Соответствие этим требованиям обеспечивается выбором полимерного материала и технологии.

В настоящее время на базе метода экструзии с раздувом разработаны различные технологии изготовления полых деталей системы питания автомобиля. Последние не лишены ряда недостатков, к которым относятся, например, значительная энергоемкость, использование вредных химических веществ, отсутствие отечественного сырья.

В связи с этим разработка усовершенствованной технологии изготовления деталей из синтетических полимеров методом экструзии с раздувом с целью снижения проницаемости паров нефтепродуктов является актуальной проблемой.

Целью исследований выполненной диссертационной работы являлась разработка усовершенствованной технологии экструзии с раздувом для изготовления деталей из синтетических полимеров, обеспечивающую получение изделий с пониженной проницаемостью паров нефтепродуктов через их стенки и повышенной прочностью, в том числе ответственных деталей системы питания автомобиля.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие основные задачи исследования:

Выбрать композиционный материал, отвечающий требованиям по проницаемости паров нефтепродуктов через стенки изделия и прочности изделия.

- Исследовать барьерные свойства (степень снижения проникновения паров нефтепродуктов через стенки) изделий, изготовленных из композиционных материалов на основе смеси алифатических полиамидов 6 и 610 с функционализированными прививкой полярного мономера полимерами олефинов или их смесями.

Определить значения температур стеклования и плавления фаз термодинамически несовместимых полимерных материалов, составляющих исследуемый композиционный материал. Исследовать влияние температур экструзионной заготовки, пресс-кантов выдувной формы, воздуха (газа) раздува, относительной влажности воздуха (газа) раздува, избыточного давления воздуха (газа) раздува при раскрытии формы на прочность сварных швов изделия.

Определить технологические параметры переработки композиционных материалов на основе смеси алифатических полиамидов 6 и 610 с функционализированными прививкой полярного мономера полимерами олефинов или их смесями для производства деталей систем питания и улавливания паров бензина автомобиля.

Работа состоит из введения, трех глав и заключения (выводов).

В первой главе представлен литературный обзор с анализом состояния проблемы переработки термопластов методом экструзии с раздувом. Рассмотрены теоретические основы процессов диффузии паров нефтепродуктов через стенки изделий. Приведены классификация экструзионно-выдувного оборудования для переработки термопластов и его характеристики, а также обзор методов снижения проницаемости паров нефтепродуктов через стенки изделий.

Во второй главе описаны объекты и методы исследования.

Объектами исследования являлись композиционные материалы на основе смеси алифатических полиамидов 6 и 610 с функционализированными полимерами олефинов или их смесями, детали системы питания автомобиля изготовленные и различных полимерных материалов и с применением различных технологий.

В работе использовались методы релаксационной спектрометрии, дифференциальной сканирующей калориметрии, методика определения топливопроницаемости тестовых изделий, разработанная в институте механики металлополимерных систем им. В.А. Белого, методики тестирования барьерных свойств материалов и определения топливопроницаемости деталей, разработанные в исследовательском центре ОАО «АВТОВАЗ», стандартные методы определения эмиссии углеводородов (SHED TEST) и физико-механических свойств материалов и деталей.

Третья глава посвящена результатам исследования, их обсуждению и состоит из трех разделов.

В первом разделе описаны результаты экспериментов, проведенных для изучения влияния температур воздуха (газа) раздува Тсг и пресс-кантов ТПк; соотношения температуры трубчатой заготовки во время ее раздува и температуры начала кристаллизации алифатического полиамида в смеси; влияния влажности воздуха (газа) раздува и величины избыточного давления внутри отформованной детали в момент раскрытия формы.

Второй раздел посвящен разработке усовершенствованного, на основании полученных экспериментальных данных, технологического процесса и проверке изделий, полученных с использованием указанного процесса, на соответствие требованиям автопроизводителя.

В третьем разделе описаны результаты экспериментов, проведенных для изучения прочностных свойств деталей, изготовленных с использованием усовершенствованной технологии.

1 ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ В ЛЕГКОВОМ

АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИИ

1Л ПРИМЕНЕНИЕ И ДОЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ В КОНСТРУКЦИИ АВТОМОБИЛЯ

Приведем некоторые данные о росте применения пластмасс в легковом автомобилестроении.

До 1952 года пластмассы в конструкции автомобиля в количественном отношении не играли сколько-нибудь заметной роли. В модели 1952 года FIAT 1100 итальянского концерна «FIAT» вес пластмассовых деталей составлял 1,1 кг. В США в 1953 году в одном автомобиле в среднем использовалось немногим более 4,5 кг пластиков. Средний расход пластиков на одну автомашину в Европе в 1968 году составил 28 кг, в США в 1970 году - 45 кг [9].

В таблице 1 приводится динамика роста применения пластмасс в автомобилях «FIAT» в 50-е, 60-е годы 20-го века [9]:

Таблица 1- Динамика роста применения пластмасс в автомобилях «FIAT».

Марка и модель автомобиля Год выпуска Вес пластмассовых деталей, кг Вес автомобиля, кг Вес пластмассовых деталей в % от веса автомобиля

Fiat 1100 1952 1,100 кг - -

Fiat 1300/1500 1962 12,070 кг - -

Fiat 850 1965 17,482 кг 670 кг 2,66%

Fiat 124 1966 25,600 кг 820 кг 3,12%

Fiat 125 1967 42,430 кг 960 кг 4,42%

Fiat 128 1969 32,338 кг 770 кг 4,20%

Fiat 127 1971 26,806 кг 678 кг 3,95%

Средний европейский автомобиль 2000 года содержал уже примерно 105 кг пластмассы [10].

В отчете 2006 года «2006 Automotive Plastics Report Card» мичиганской некоммерческой организации «Ecology Center» со ссылкой на «American Plastics Council» указывается, что в среднем автомобиле содержится 250 фунтов (113,4 кг) пластмассы [11].

Процентное соотношение основных используемых материалов для японских компактных моделей выпуска 1985 г. следующее: углеродистая сталь -59; высокопрочная листовая сталь - 7,5; чугун - 7,5; алюминиевые сплавы - 5,5; пластмассы - 8,5; стекло - 3; остальные - 9 [12].

Процентное соотношение основных материалов для европейских легковых автомобилей в 2002 году составляло: эластомеры - 6%; пластмассы - 12%; легкие сплавы (алюминиевые, магниевые) - 10%; черные металлы - 59%; прочие - 13% [13].

По оценке российских специалистов сделанной в 2006 году, в среднем автомобиль содержит 100 ... 120 кг пластмасс, что составляет 8 ... 10 % его «сухой» массы [14].

Как видно из таблицы 2, приведенной в отчете ф. «Toyota» за 2009 год «Toyota European Sustainability Report 2009», рост доли пластмасс в конструкции автомобиля продолжается [15].

Таблица 2 - Процентное соотношение основных материалов.

Сравнимый дизельный автомобиль Сравнимый бензиновый автомобиль Новый Prius

Сталь и чугун 65% 65% 61%

Легкие сплавы 9% 9% 10%

Полимеры 16% 17% 18%

Состав материалов (основываясь на весе автомобиля).

Следует отметить также, что, одновременно, среди применяемых в автомобиле полимерных материалов, происходит увеличение доли рециклируемых материалов. Например, по данным ф. «Toyota» за 2012 год, в

модели Auris Hybrid внедрено 17,3 кг рециклируемых пластиков, включая детали шумоизоляции, что по сравнению с моделью Prius представляет увеличение на 200% [16]. Доля пластмассовых деталей в отечественных автомобилях также неуклонно растет. В автомобилях ВАЗ в 1973 году доля пластмассовых деталей составляла 3,48% (по массе) [17].

Как видно из расчетов коэффициентов рециклинга и утилизации, в автомобиле ВАЗ-11183 вес деталей из полипропилена, имеющих массу более 70 г, составляет 55,3 кг; вес пенополиуретановых набивок сидений - 8,9 кг; крупные и легко демонтируемые изделия из полиамида - 3,6 кг; прочие детали из пластмассы - 23,6 кг [18].

Просуммировав указанные веса, получаем что, масса пластмассовых деталей в автомобиле ВАЗ-11183 выпуск, которого начался в 2004 году, не менее 91,4 кг, что составляет 8,46%) от снаряженной массы (1080 кг) рассматриваемого автомобиля. Если учесть вес пластмассового бензобака - 5,8 кг, внедренного в конструкцию ВАЗ-11183 в 2007 году, то эти показатели увеличатся соответственно до 97,2 кг и 9,00%.

Рассмотрим некоторые данные о потребности автомобильной промышленности Европы в пластмассах. Как показано в таблице 3, в странах Европы (страны Евросоюза, Норвегия и Швейцария), в 2006 - 2011 годах для нужд автомобильной промышленности перерабатывалось от 3,2 до 4,2 млн. тонн пластмасс [19].

Таблица 3 - Переработка пластмасс в Европе.

2006 2007 2008 2009 2010 2011

год год год год год год

Переработка 49,5 52,5 48,5 45,0 46,4 47

пластмасс за год,

млн. тонн

Доля автопрома, % 8,0 8,0 7,0 7,0 7,5 8,3

Доля автопрома, 4,0 4,2 3,4 3,2 3,5 . 3,9

млн. тонн

Основываясь на спросе переработчиков.

Рассмотрим также данные о производстве автомобилей.

В 2007 году в Европе было произведено 17 103 687 шт. легковых автомобилей. Если к этой цифре прибавить легкие коммерческие автомобили, грузовики и автобусы, произведенные в Европе в 2007 году, то общее количество всех произведенных автомобилей составило 19 716 685 шт. [20].

В том же 2007 году в Европе было произведено 65 млн. тонн пластмасс. Спрос переработчиков составил 52,5 млн. тонн, из которых 8% пришлось на потребности автомобильной промышленности [19].

Производство автомобилей в России в 2007 году составило: легковых

\

автомобилей - 1 291 187 шт., грузовиков - 295 284 шт., автобусов - 87 901 шт. [21]. Таким образом общее количество всех произведенных в России автомобилей - 1 674 372 шт.

Потребность российского автомобилестроения в полимерных материалах в 2007 году составляла 210 тыс. тонн [22].

Произведя несложный расчет, можно видеть, что в среднем расход пластмассы на один автомобиль в 2007 году в Европе, включая легковые автомобили, легкие коммерческие автомобили, грузовики и автобусы, должен составить 213,0 кг на один автомобиль, а в России - 125,4 кг на один автомобиль.

На основании приведенных выше показателей можно сделать общий вывод о том, что в европейских странах-производителях применение пластмасс для производства автомобилей ведется в широких масштабах. И как видно из приведенных выше данных, современное производство автомобилей без широкого применения пластмасс уже невозможно представить.

Однако, как и в 70-е годы 20-го века, по-прежнему актуален вопрос: будет ли в дальнейшем расширяться применение пластиков в автомобильной индустрии? Остается актуальным и ответ на него: наметившиеся тенденции позволяют ответить утвердительно, но от оценки масштабов применения пластиков следует воздержаться. Не исключено, что в будущем для решения проблем загрязнения атмосферы и аварий на дорогах потребуется вносить новые кардинальные изменения в конструкции автомашин, а, возможно, изменять и саму

систему тяги - при этом могут возникнуть новые, пока еще неизвестные сферы применения пластиков [9].

Например, изготовление из полимерного композита элементов питания для электропривода автомобилей с гибридной силовой установкой.

По сообщению, сделанному в феврале 2010 года учеными из лондонского Imperial College, ими запатентован композиционный полимерный материал, с использованием углеродного волокна в качестве наполнителя, способный накапливать и отдавать заряд. Материал пригоден для изготовления деталей кузова и автомобиль, таким образом, сможет получать энергию для электродвигателя из своей крыши, капота, ниши запасного колеса и даже двери. Композит, разрабатываемый учеными, будет быстро заряжаться и отдавать большие количества энергии без использования химических реакций. Замена металлических деталей на детали из такого композита позволит уменьшить количество обычных аккумуляторов и снизить общий вес автомобиля на 15 % [23].

В настоящее время в конструкции автомобиля применяются самые разнообразные полимерные материалы.

В таблице 4 представлены основные виды пластмасс и их применение в среднем европейском автомобиле 2000 года, который содержал в то время примерно 105 кг пластмассы [10].

В таблице 5 показан состав полимерных материалов в автомобиле LADA KALINA, в котором в 2004 году вес пластмассовых деталей составил 91,4 кг [24].

Увеличение доли пластмасс в конструкции автомобиля вызвано рядом преимуществ достигаемых при их применении.

Пластмассы характеризуются малой плотностью, высокой прочностью на единицу массы, коррозионной стойкостью в различных средах, хорошей перерабатываемостью, легкостью обработки. Изделия из пластмасс имеют хороший внешний вид и могут окрашиваться в массе в различные цвета.

Таблица 4 - Пластмассы, используемые в типичном европейском автомобиле.

Компонент Главные типы пластмасс Вес в среднем автомобиле, кг

Бамперы РР (полипропилен) АВ S (акрилонитрил-бутадиен-стирол) РС/РВТ (смесь поликарбоната и полибутилентерефталата) 10,0

Сиденья PUR (полиуретан) РР (полипропилен) PVC (поливинилхлорид) АВ S (акрилонитрил-бутадиен-стирол) РА (полиамид) 13,0

Панель приборов РР (полипропилен) ABS (акрилонитрил-бутадиен-стирол) SMA (сополимер стирола и малеинового ангидрида) РРЕ (полифениленэфир) PC (поликарбонат) 7,0

Топливные системы HDPE (полиэтилен высокой плотности) РОМ (полиоксиметилен) РА (полиамид) РР(полипропилен) РВТ (полибутилентерефталат) 6,0

Кузов (включая панели) РР(полипропилен) РРЕ (полифениленэфир) UP (ненасыщенный полиэфир) 6,0

Компоненты под капотом РА (полиамид) РР(полипропилен) РВТ (полибутилентерефталат) 9,0

Отделка интерьера РР (полипропилен) АВ S (акрил онитрил-бутадиен-стирол) РЕТ (полиэтилентерефталат) РОМ (полиоксиметилен) PVC (поливинилхлорид) 20,0

Электрические компоненты РР(полипропилен) РЕ (полиэтилен) РВТ (полибутилентерефталат) РА (полиамид) РУС (поливинилхлорид) 7,0

Таблица 4 - Продолжение.

Компонент Главные типы пластмасс Вес в среднем автомобиле, кг

Отделка экстерьера ABS (акрилонитрил-бутадиен-стирол) РА (полиамид) РВТ (полибутилентерефталат) РОМ (полиоксиметилен) ASA (акрилонитрил-стирол-акрилат) РР (полипропилен) 4,0

Освещение PC (поликарбонат) РВТ (полибутилентерефталат) ABS (акрилонитрил-бутадиен-стирол) РММА (полиметилметакрилат) UP (ненасыщенный полиэфир) 5,0

Облицовки PVC (поливинилхлорид) PUR (полиуретан) РР(полипропилен) РЕ (полиэтилен) 8,0

Емкости для жидкостей РР(полипропилен) РЕ (полиэтилен) РА (полиамид) 1,0

Состав полимерных материалов в автомобиле LADA KALINA. Таблица 5.

Материал Масса для авт. LADA KALINA, кг

AB S (акрилонитрил-бутадиен-стирол) 1,1

РА (полиамид) 7,2

РЕ (полиэтилен) 2,0

РОМ (полиоксиметилен) 0,2

РР (полипропилен) 53,6

PUR (полиуретан) 16,3

PVC (поливинилхлорид) 2,9

PC/ABS (смесь поликарбоната и акрилонитрил-бутадиен-стирола) 3,7

Прочие 4,4

Всего 91,4

1.2 ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Возможность модификации свойств полимерных материалов позволяет производить из них автомобильные детали, удовлетворяющие разнообразным высоким и постоянно ужесточающимся требованиям. Детали автомобиля должны обладать: низким весом и высокой ударной прочностью (в том числе и при отрицательных температурах), высокой теплостойкостью и стойкостью к ультрафиолетовому излучению, химической стойкостью, бензонепроницаемостью и водонепроницаемостью, стойкостью к царапанью и низким уровнем эмиссии летучих соединений (минимальный уровень запаха), противоскрипными и шумо-и виброизолирующими свойствами, способностью к утилизации и/или рисайклингу, высокими видовыми и тактильными характеристиками, способностью к поверхностной окраске.

Поверхностное окрашивание пластмасс в большинстве случаев не требуется и проводится с целью:

1) придания изделиям необходимого цвета и декоративного вида;

2) уменьшения проницаемости и сорбционной способности (для стеклопластиков и поропластов), придания негорючести, антистатических, противообледенительных и других свойств изделиям;

3) защиты от механического, химического, светового, радиационного и других видов разрушения при условии, если окрашиваемый материал недостаточно устойчив;

4) маркировки изделий, нанесения на них надписей и знаков.

Кроме того, лакокрасочные покрытия применяют в качестве грунтов при металлизации пластмасс [25].

Пластмассы дают возможность формовать крупногабаритные изделия сложной конфигурации за одну технологическую операцию, что позволяет объединить несколько деталей в единый пластмассовый узел, который имеет значительно меньшую массу и сокращает время сборки на конвейере, снижает энергоемкость производства.

Учитывая антикоррозионные свойства пластмасс, детали, изготавливаемые из них, не требуют нанесения защитных антикоррозионных покрытий, что также снижает затраты на производство изделий.

Снижение веса деталей и узлов также является одним из наиболее важных аспектов эффективности внедрения пластмасс в конструкцию автомобиля, поскольку повышает его показатели энергоэффективности (расход топлива) и экологичности (количество выбросов вредных веществ). В связи с постоянным ужесточением на законодательном уровне норм токсичности транспортных средств соответствию автомобиля этим нормам в последнее время уделяется особенно большое внимание.

Снижение веса автомобиля на 100 кг уменьшает расход топлива на 0,3...0,5 литра на 100 км. Вместе с ним, в зависимости от ездового цикла и габаритов, сокращается эмиссия С02 на 7,5... 12,5 г/км [13].

По оценке европейской ассоциации «European Plastics Converters» без пластмассы автомобили сегодня были бы на 200...300 кг тяжелее, поскольку все увеличивающиеся требования к безопасности и комфорту автомобилей влекут за собой введение в конструкцию дополнительных деталей и узлов [10].

К таким деталям и узлам можно отнести: брусья безопасности в дверях и различные усилители кузова, подушки безопасности, антиблокировочную систему тормозов, дополнительные детали вибро- шумоизоляции, кондиционер, аудио и навигационное оборудование, тяговое электрооборудование автомобилей с гибридной (комбинированной) силовой установкой и др.

Если оценить эффективность замены стали 08КП пластмассами, то можно сказать, что 1 кг пластмасс в равножесткой конструкции обеспечивает значительную экономию стального проката: препреги - 1,8... 2 кг; углепластики - 10 кг; АБС, полиамид, поликарбонат - 3,5 кг. Экономически это выгодно при создании конструкций, объединяющих несколько деталей в пластмассовый узел.

В этом случае высокая стоимость пластмасс компенсируется уменьшением массы и трудоемкости изготовления (за счет сборочных, сварочных работ, а также отсутствия антикоррозионных покрытий) [26, 27].

Например, масса элементов конструкции пневматического тормозного привода автомобиля ЗИЛ-4331 с трубопроводами, выполненными из стали (без учета тормозных аппаратов и пневмобаллонов с кронштейнами крепления, а также уплотнительных прокладок соединений трубопроводов и тормозных аппаратов), составляет 29,8 кг. Масса тормозной системы этого же автомобиля, в приводе которой применены пластмассовые трубопроводы (из пластифицированного полиамида марок ПА 11 и ПА 12) и быстроразъемные соединения, равна 12,119 кг, т.е. уменьшена на 17,7 кг, или почти на 60%. При этом общая трудоемкость сборки привода сокращается в 3 раза, а трудоемкость установки трубопроводов - в 10 раз [28].

Другой пример - масса бампера из модифицированного полипропилена на 15...20% меньше, чем из металла [17].

Хотя наибольшее применение пластмассы нашли в производстве деталей интерьера и экстерьера автомобиля, однако, они широко применяются и в системах двигателя. Рассмотрим подробнее эффективность применения пластмассовых деталей на примере деталей системы питания и системы улавливания паров бензина.

Применение пластмассовых бензобаков для автомобилей серийного производства началось в конце 60-х начале 70-х годов двадцатого века. Одним из первых серийное производство автомобилей оснащенных пластмассовым бензобаком начал немецкий концерн «Volkswagen», который с 1972 года стал устанавливать бензобак из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) на автомобиль Passat. В настоящее время в Европе 95%, в США 85%), в Азии 40% автомобильных бензобаков изготавливаются из пластмасс [29].

Столь широкое применение пластмассовых бензобаков вызвано рядом их свойств: меньший вес (вес среднего пластмассового бензобака составляет две трети от веса среднего металлического бензобака), низкие затраты на

производство, стойкость к коррозии, возможность рециклинга и использования биотоплива, низкая топливопроницаемость, свобода при проектировании (пластмассовому бензобаку можно придать практически любую форму), безопасность при столкновении автомобиля, снижение шума. Изготовленный методом раздувного формования бензобак дал Audi А6 экономию веса до 20% при эффективном использовании пространства и при отсутствии риска коррозии [30].

Применение в конструкции авт. LADA Kaiina многослойного пластмассового бензобака вместо металлического дало снижение веса на 23 % , с 7,5 кг до 5,8 кг. Однослойные бензобак и пластмассовая наливная труба из композиции полиэтилена низкого давления (ПЭНД) Ливолен, применявшиеся одно время наряду с металлическими бензобаком и наливной трубой в авт. ВАЗ-2108 имели вес на 2,1 кг и 0,4 кг меньше, что составляет 28% и 37 % соответственно.

Рассматривая эффективность применения пластмасс в автомобиле, следует отметить, что кроме выбросов С02 законодательством постоянно регулируются в сторону ужесточения и нормы эмиссии летучих углеводородов. Норма эмиссии углеводородов относится ко всем видам эмиссии в автомобиле: при остановке (двигатель в разогретом состоянии), во время стоянки (холодный двигатель) и заправки. Испарение углеводородов из автомобиля происходит, главным образом, вследствие способности паров топлива проникать из двигателя и его систем впуска и питания. Источниками эмиссии углеводородов в автомобиле служат также пластмассовые, резинотехнические детали, лакокрасочные материалы, клеи и другие органические вещества [31].

Пары топлива способны проникать также сквозь стенки пластмассовых деталей. Например, через стенки таких пластмассовых емкостей, являющихся деталями систем двигателя, как бензобак, наливная труба, сепаратор паров бензина.

Для обеспечения соответствия экологическим нормам ЕВРО-4, действующим в РФ, эмиссия углеводородов не должна превышать 2 граммов за

испытание методом SHED на автомобиль [32]. Однако, правильный выбор полимерного материала, технологии переработки его в изделия позволяют обеспечить соответствие автомобиля жестким нормам эмиссии углеводородов. Автомобиль LADA KALINA оснащенный пластмассовым бензобаком успешно прошел испытания в камере SHED.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Леонов, Сергей Александрович, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Основы технологии переработки пластмасс: Учебник для вузов / C.B. Власов, Л.Б. Кандырин, В.Н. Кулезнев[и др.]. М.: Химия, 2004. 600 с.

2.Кулезнев В. Н. О построении рациональной классификации методов переработки пластмасс в курсе «Основы технологии переработки пластмасс» // Известия вызов: Химия и хим. технология. 1986. Т. 29. № 11. С. 121.

3.Кулезнев В. Н. Смеси полимеров. М.: Химия, 1980. 303 с.

4.Ван-Кревелен Д. Свойства и химическое строение полимеров. М.: Химия, Химия, 1976. 414 с.

5.Тадмор 3., Голос К. Теоретические основы переработки полимеров. М.: Химия, 1984. 628 с.

6.Берлин А. А., Вольфсон С.А., Ошмян В.Г., Ениколопов Н.С., Принципы создания полимерных материалов. М.: Химия, 1990 238 с.

7.Торнер Р. В., Акутин М. С. Оборудование заводов по переработке пластмасс. М.: Химия , 1986. 400 с.

8.Гуль В.Е., Акутин М.С. Основы переработки пластмасс. М.; Химия, 1985. 400с.

9. Mario Parducci. Contributodeipolimeri al progressoautomobilistico. Materieplasticheedelastomeri. 1973, №3, p. 180-203.

10. EuPC - European Plastics Converters: [сайт] / [Brussels, 2006 - 2007]. Систем, требования: AdobeAcrobatReader. URL: http://

www.plasticsconverters.eu/markets/automotive (дата обращения: 12.10.2009).

11.Claudette Juska. 2006 Automotive PlasticsReportCard.EcologyCenter. Ann Arbor, Michigan. November 2006. URL:http://www.ecocenter.org/cleancar/ documents/Plastics2006_full.pdf (дата обращения: 08.11.2009).

12.Багров Г.M. Материалы, применяемые в автомобилях (обзор). Автомобильная промышленность США / №10, 1987 г. С. 31.

13.Matthias Krust. Die Naturmachtesvor. Automobilwoche, 2008, №21.

14. A.C. Лунин, И.В. Кулаков, H.B. Герасимова, В.А. Кулаков. Пластмассы для кузовных деталей автомобилей. Автомобильная промышленность, 2006, №1.

15. Toyota Motor Europe NV/SA. Toyota European Sustainability Report 2009. URL:http://toyota.eu/SiteCollectionDocuments/Sustainability%20report/ 2009_sustainability_report.pdf (дата обращения: 08.11.2009).

16. Toyota Motor Europe NV/SA. Toyota European Sustainability Report 2012. URL:http://toyota.eu/sustainability/Pages/DownloadFile.ashx?path= Sustainability%20Report%20Documents/Sustainability%20Report%202012/ Toyota_European_Sustainability_Report_2012.pdf (дата обращения 09.03.2013).

17. С.А. Леонов, H.M. Вишняков, A.A. Леонов. Автомобильная промышленность, 1988, №3.

18. Р.Л. Петров. Автомобиль ВАЗ-1118 «Калина» и уровень его экологической безопасности. Автомобильная промышленность, 2007, №2.

19. EuPC - EuropeanPlasticsConverters: [сайт] / [Brussels, 2006 - 2007]. Систем, требования: AdobeAcrobatReader. URL: http://www.plasticsconverters.eu/compelling-facts-about-plastics

(дата обращения: 12.05.2013).

20. АСЕА - European Automobile Manufacturers' Association: [сайт] / [Brussels, 2010]. URL:http://www.acea.be/index.php/news/news_detail/production/ (дата обращения 09.12.2010).

21. Александр Климнов, Юрий Петров. Выпуск автомобилей в СНГ в 2007 году // Грузовик Пресс: электрон, версия журнала. 2008. №4. URL:

http://www.gruzovikpress.ru/article/commercial_transport/2008_04_A_2008_12_24-11_48_33/ (дата обращения: 13.12.2010).

22. Илья Дмитриев. Полимеры в автомобилестроении. (По материалам Международной конференции «Полимеры в автомобилестроении - 2008») // Полимеры-Деньги: электрон, журнал. 2003-2010. URL: http://www.polymers-money.com/articles/technology/polimery_v_avtomobil_4836.html (дата обращения: 13.12.2010).

23. Imperial College London: [сайт] / [London, 2013].

URL: http ://www3. imperial. ac.uk/newsandeventspggrp/imperialcollege/ne wssummary/ne ws_5-2-2010-10-26-39 (дата обращения: 10.08.2010).

24. Автопластики на ВАЗе: по материалам доклада С.Р. Аманова, директора технического центра «АВТОВАЗ» на Круглом столе по химическому Форсайту, прошедшем в рамках выставки «ХИМИЯ-2007», 13.09.2007 // NEWCHEMISTRY.ru Новые химические технологии: аналитический портал химической промышленности / POLYMERY.RU Новые технологии переработки пластмасс: [сайт] / [2006]. - Из содерж.: Тематические номера. Полимеры для автопрома /URL:http://www.polymery.ru/blog.php?id_

company=57&n_id=872&category=item&page=:271 (дата обращения: 08.11.2009).

л

25. Яковлев А.Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий: Учебник для вузов.- Д.: Химия, 1989.- 384 е.: ил.

26. Г.В. Бровак, В.М. Ильин и др. Пластические массы для наружных кузовных панелей. Автомобильная промышленность, 1985, №6.

27. Гуль В. Е., Кулезнев В. Н. Структура и механические свойства полимеров. М.: Высшая школа, 1994. 352 с.

28. Л.С. Шкурко, М.С. Яцын, Е.Л. Решетников. Пластмассовые трубопроводы для пневматической тормозной системы автомобилей ЗИЛ. Автомобильная промышленность, 2006, №11.

29. Kautex - The Pioneers in Plastic Fuel Systems: [сайт] / [2010]. URL: http://www.kautex.de/index.php?id=439 (дата обращения 05.01.2011).

30(23. PlasFuelSys - The European Plastic Fuel Tanks and Systems Manufacturers Association anEuPC Sector Group: [сайт] / [2009]. URL:

http://www.plasfoelsys.org/benefits-plastic-fuel4anks/environment-friendly-fuel-tanks (дата обращения: 08.01.2011).

31. Pentzel, С.: Verdunstungsemissionen. ATZextra, 2008, November. S. 156-158.

32. С.А. Леонов, C.M. Бобровский. Обеспечение пониженной бензопроницаемости полимерных однослойных деталей автомобиля изготавливаемых методом раздувного формования. Вектор науки ТГУ, 2010, № 4.

33.Оборудование для переработки пластмасс / Под ред. В. К. Завгороднего. М.: Машиностроение, 1976. С. 171 - 160.

34.Бортников В. Г. Основы технологии переработки пластических масс. Л.: Химия, 1983. 303 с.

35. Д. Росато, А. Росато, Д. ДиМаттиа. Раздувное формование [перевод с английского языка под редакцией канд. физ.-мат. наук О.Ю. Сабсая]. СПб.: Профессия, 2008. 650 с.

36. Н.И. Басов, Ю.В. Казанков, В.А. Любартович. Расчет и конструирование оборудования для производства и переработки полимерных материалов. М.: Химия, 1986. С. 299-300.

37. Энциклопедия полимеров. М.: Советская энциклопедия, 1977. Т. 3, с. 1005 - 1006.

38. Песецкий С.С., Леонов С.А. Выдувные и экструзионные полиамидные материалы для изделий легковых автомобилей: Международная научно-техническая конференция «Полимерные композиты и трибология». Тезисы докладов. Гомель, 2011. С. 172—173

39. YuukiKurihara, KeijiNakazawa, KeijiOhashi, Satoshi Momoo and Kenji Numazaki (Nissan Motor Co., Ltd). Development of Multi-Layer Plastic Fuel Tanks for Nissan Research Vehicle-II: International Congress and Exposition. Detroit, Michigan. February 23-27, 1987. - Изсодерж.: SAE Technical Paper Sériés.- 870304. P. 5.

40. Авторское свидетельство СССР №372295. МПК В 60 К 15/00. Опубл. 1973

41. Daubenbtichel, W.: CoextrudierteKunststoff-Kraftstoffbehalter. Kunststoff 82 (1992) 3, S. 201-206.

42. Joseph A. Grande. Small Fuel Tanks New Emissions Rules Spur Hunt for Barrier Solutions // Plastics Technology: сетевойжурн. 2006. №4. URL: http://www.ptonline.com/articles/200604fa3.html (дата обращения: 18.11.2009).

43. Eiselen, О.: Design Aspects of Co-extrusion Blow Moulding Machines. Kunststoffe German Plastics (1988) 5.

44. Eiselen, O.: Process Technology in Co-extrusion Blow Molding. Kunststoffe German Plastics (1988) 7.

45. C.P. Аманов, Э.Х. Зиганшина, В.А. Копейкин. Применение высокотехнологичных композиционных термопластов в автомобилях ВАЗ. Пластикс, 2006, №7-8. С. 26-33.

46. U.S. Patent 4,149,839 Apr. 17,1979

47. U.S. Patent 4,717,326 Jan. 5, 1988

48. A.C. Лунин. Полимерные композиционные материалы Группы Полипластик в современном автомобилестроении: история и развитие. Пластические массы, 2011, №8. С. 34.

49. Симонов-Емельянов И. Д., Кулезнев В. Н., Принципы создания композиционных материалов: Учебное пособие. М.: МИМХ, 1987. 85 с.

50. А.В. Генис, В.В. Усов. Состояние и перспективы развития мирового и российского рынка полиамидов. Пластические массы, 2008, №7. С. 3-6.

51. Патент США №5126407. МПК С 08 L 77/00. Опубл. 30.06. 1999

52. Патент Канады №1335219. МПК С 08 L 33/02; С 08 L 77/00. Опубл. 11.04.1995

53. Способ получения пластмассовых емкостей для нефтепродуктов: пат. 2278787 Рос. Федерация. №2004124419/12; заявл. 10.08.04; опубл. 27.06.06, Бюл. № 18. 8с.

54. Способ получения пластмассовой емкости для нефтепродуктов: пат. 9488 Республика Беларусь. № а20040739; заявл. 2004.08.06; опубл. 2006.02.28, 10 с. 43 - 62 резерв

55. ГОСТ 11262-80. Пластмассы. Метод испытания на растяжение. М., 1986.

56. ГОСТ 4647-80. Пластмассы. Метод определения ударной вязкости по Шарпи. М., 1998.

57. ГОСТ 11645-73. Пластмассы. Метод определения показателя текучести расплава термопластов. М., 1994.

58. ГОСТ 12020-72. Пластмассы. Методы определения стойкости к действию химических сред. М., 1997.

59. С.С. Песецкий. Межфазные взаимодействия в смесях алифатических полиамидов и функционализированных полиолефинов, реологические и высокоэластические свойства расплавов. В кн.: Проблемы современного материаловедения. Труды XI сессии научного совета по новым материалам Международной ассоциации академий наук. Гомель, 2006.

60. И 32500.37.101.088-2008. «Методика определения бензопроницаемости пластмасс пластмасс гравиметрическим методом».

61. Э.Х. Зиганшина, С.А. Леонов, Н.В. Герасимова, С.С. Песецкий. и др. Разработка бензонепроницаемых материалов для сепаратора паров бензина а/м ВАЗ-2110: Материалы II международной научно-практической конф. «Материалы в автомобилестроении». Часть вторая (неметаллические материалы). Тольятти, 2004. С. 46-48.

62. ГОСТ Р 41.34-2001 (Правила ЕЭК ООН №34). Единообразные испытания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении предотвращения опасности возникновения пожара. М., 2001.

63. Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. Техническая информация по машине многослойного и трехмерного раздувного формования [на русском и английском языках]. Tokyo, Japan. 1990. - Из содерж.: Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. 3-Extruder & 5-Layer Plastic Fuel Tank and "Adhesive Polyolefm ADMER® GT-3". - 3941 A. P. 1-2.

64. Horst Jastrow. Fluorieren von HohlkörpernausPolyethylen (Off-line): "Kunststofftechnik, SperrschichtbildungbeiKunststoffhohlkörpern", Tagungsband9., 10.04.1986, Kongreßhaus, Baden-Baden. VDI-VerlagGmbH, Düsseldorf 1986. S. 117130.

65. Э.Х. Зиганшина, С.А. Леонов, Ю.В. Кутлин, С.С. Песецкий и др. Разработка материала с низкой бензопроницаемостью для изготовления сепаратора паров бензина ВАЗ-2110: Материалы 24 международной конф. «Композиционные материалы в промышленности (Славполиком)». Ялта, 2004. С. 262-263.

66.Тростянская Е. Б., Комаров Г. В., Шишкин В. А. Сварка пластмасс. М.: Машиностроение, 1967. 252 с.

67. PesetskiiS.S., JurkowskiB., Storozcukl.P., KovalV.N. Blends of polycarbonate and polysulphone-polydimethyl-siloxaneblockcopolymers: analysis of compatibility and impact strength. J. Appl. Polym. Sei. 1999. V.73. P1823-1834.

68. Г.М. Бартенев. Прочность и механизм разрушения полимеров. М.: Химия, 1984. 280 с.

69. В.А. Берштейн, В.М. Егоров. Дифференциальная сканирующая калориметрия в физикохимии полимеров. Л.: Химия, 1990. 256 с.

70(76. ТУ 4542-001-14567029-2007. Сепаратор в сборе для автомобилей ОАО «АВТОВАЗ».

71. ГОСТ Р 41.83-2004 (Правила ЕЭК ООН №83). Единообразные испытания, касающиеся сертификации транспортных средств в отношении выбросов вредных веществ в зависимости от топлива, необходимого для двигателей.

72. A.A. Конкин, М.П. Зверев. Полиолефиновые волокна. М.: Химия, 1966. 280 с.

73.В.Г. Макаров, В.Б. Коптенармусов. Промышленные термопласты: Справочник. М.: AHO «Издательство «Химия», «Издательство «КолосС», 2003. 208 с.

74.Пахаренко В. А., Зверлин В. Г., Привалко В. П. и др. Теплофизические и реологические характеристики и коэффициенты трения наполненных термопластов: Справочник. Киев: Наукова думка, 1983. 128 с.

75. С.А. Леонов, Э.Х. Зиганшина. Разработка технологии производства деталей автомобиля с пониженной бензопроницаемостью Сборник статей I Международной научно-технической конференции «Современные автомобильные материалы и технологии (САМИТ-2009)». Курск, 2009.