Termoplasty modifikované pro automobilové aplikace

13.3.5 Termoplasty modifikované pro automobilové aplikace

Ing. Miloš Sova, CSc.

Samotné termoplastické polymery jen zřídka svými vlastnostmi vyhovují požadavkům konkrétních automobilových aplikací. Technicky nejschůdnější a ekonomicky nejpřijatelnější cestou k široké škále materiálů s vlastnostmi vhodnými pro výrobu automobilových dílů je modifikace vlastností běžných termoplastů. Modifikace vlastností plastů se obvykle dosahuje jejich mícháním s vhodnými přísadami (polymerními i anorganickými), měnícími požadovaným směrem jejich vlastnosti. Pro potřeby automobilových aplikací je žádoucí především zlepšení:

- houževnatosti (pro dílce karoserie)

- estetických vlastností (dílce vnitřní výbavy karoserie)

- tuhosti (pro ovládací prvky, díly závěsů, upínání apod.)

- tepelné odolnosti (pro díly chladicí soustavy a topení)

- kluzných vlastností (pro samomazná pouzdra, kluzná ložiska)

- nepropustnosti pro páry uhlovodíků (pro palivovou nádrž a potrubí)

Houževnatý polypropylén

Houževnatý polypropylén (PP) nachází v automobilech uplatnění především jako materiál velkoplošných, rázově namáhaných dílů karoserie, jak venkovních (nárazníky, spoilery), tak vnitřních (panel přístrojové desky, obložení kabiny). Houževnatost PP, který sám o sobě je křehký, zvláště za teplot pod bodem mrazu, je modifikována jeho mísením s ethylén-propylénovými statistickými nebo blokovými kopolymery (EPM, případně EPDM kaučuky), nebo blokovými styrén-butadiénovými kopolymery (SBS kaučuky). Základní typy houževnatého PP jsou vyráběny přímo výrobci polyolefinů, typy se speciálně přizpůsobenými vlastnostmi „na míru” konkrétním aplikacím („tailored” materiály) však mohou být poměrně snadno připraveny i u zpracovatelů plastů, výrobců automobilových dílů. Pro druhou možnost jsou na trhu k dispozici tzv. modifikátory houževnatosti, tj. směsi vysokohustotního polyethylénu (PE-HD) a ethylén--propylénového kaučuku (EPM) v poměru 30/70 až 50/50. Houževnatý PP je pak připravován z vhodného typu PP polymeru a 15 až 30 % tohoto modifikátoru.

PE-HD v modifikátoru má dvojí funkci: (1) zabraňuje slepení granulátu modifikátoru, a umožňuje tak snazší manipulaci a jeho dávkování a (2) urychluje dispergaci EPM kaučuku v PP, a urychluje tedy dosažení nejvyšší možné houževnatosti při současném snížení citlivosti zpracovávaného materiálu na technologické podmínky přípravy i následného zpracování na výrobek.

Elastomer tvoří v houževnatém PP dispergovanou (rozptýlenou) fázi v polypropylénové matrici, přičemž platí, že čím je menší střední velikost elastomerních částic, tím vyšší je houževnatost výsledného materiálu. PE-HD (pokud je ve směsi) je koncentrován uvnitř částic ethylén-propylénového kopolymeru, takže tvoří jakási jejich jádra.

Pro venkovní aplikace je u materiálu kromě vysoké houževnatosti požadována také vysoká povětrnostní odolnost. Takový materiál tedy musí být kromě základní stabilizace proti účinkům tepla stabilizován i proti účinkům UV záření. Vynikajícím a při tom velmi levným způsobem UV stabilizace je pigmentace materiálu sazemi. Pro dosažení potřebné povětrnostní stability je nutno přidat do směsi cca 3 % speciálních sazí.

Příklad receptury materiálu pro venkovní díly karoserie:

PP, vstřikovací typ 70 %

modifikátor houževnatosti 21,5 %

tepelný stabilizátor 0,2 %

organický fosfit (ko-stabilizátor) 0,1 %

minerální plnivo (křída) 5,0 %

saze 3,2 %

Důležitou vlastností materiálu vnitřní výbavy automobilu je jeho příjemný vzhled a omak. Takové vlastnosti vykazuje modifikovaný PP plněný mastkem, případně mastkem a dalším plnivem, např. křídou, sráženým CaCO3, dřevěnou moučkou. Mletý mastek má zrno tvaru destiček a dodává polypropylénovému materiálu kromě příjemného sametového omaku také patřičnou tuhost v ohybu. Ceněnou vlastností tohoto materiálu je také nízká frikce vůči jiným plastům i stejnému materiálu, což ve svém důsledku znamená vyloučení vzniku různých „pazvuků” během jízdy, známých ze starších automobilů, zvláště pak některých značek.

Příklad receptury materiálu pro vnitřní díly karoserie:

PP, vstřikovací typ 60 %

modifikátor houževnatosti 13 %

tepelný stabilizátor 0,2 %

organický fosfit (kostabilizátor) 0,1 %

mikromletý mastek 15 %

mletá křída 10 %

TiO₂ (bílý pigment) 1,6 %

organické barvivo 0,1 %

Porovnání vybraných fizikálních a mechanických vlastností základního polymeru a modifikovaných typů PP:

Ztužený a modifikovaný polyamid

Polyamidy jsou pro svoje výborné mechanické vlastnosti řazeny mezi tzv. konstrukční plasty, využívané jako materiál pro mechanicky namáhané výrobky. Nacházejí široké uplatnění v nejrůznějších průmyslových oborech, hlavně však ve strojírenství, včetně automobilové výroby. Z mnoha typů polyamidů doznaly největšího praktického uplatnění polyhexamethylénadipamid v praxi označovaný jako typ 66 a polykaprolaktam známý jako typ 6. Typ 66 se vyznačuje vysokou tuhostí, výbornou odolností vůči oděru a výbornými tepelnými a krípovými vlastnostmi. Pro typ 6 je charakteristická vysoká houževnatost a pružnost. Typ 6 je obvykle levnější než typ 66. Oba uvedené typy polyamidů jsou oblíbeným základem mnoha typů materiálů s vlastnostmi modifikovanými podle požadavků jednotlivých aplikací v konstrukci automobilů, kde je jednou z vítaných vlastností polyamidové matrice vysoká odolnost vůči automobilovým palivům a mazivům. Nejčastěji jsou požadovány modifikované polyamidy se zvýšenou tuhostí a houževnatostí.

Zvýšení mechanické tuhosti plastů se dociluje jejich mícháním s vláknitým nebo destičkovitým minerálním plnivem. Ztužující účinek…