автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.06, диссертация на тему:Совершенствование технологии экструзии с раздувом для изготовления деталей с низкой проницаемостью паров нефтепродуктов

ЛЕОНОВ Сергей Александрович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЭКСТРУЗИИ С РАЗДУВОМ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ С НИЗКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ ПАРОВ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Специальность: 05.17.06 - технология и переработка полимеров и композитов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 г ДЕК 2013

Санкт-Петербург 2013

005543690

005543690

ЛЕОНОВ Сергей Александрович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЭКСТРУЗИИ С РАЗДУВОМ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ С НИЗКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ ПАРОВ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Специальность: 05.17.06 - технология и переработка полимеров и композитов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2013

Работа выполнена на кафедре оборудования и технологии машиностроительного производства федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тольяттинский государственный университет»

Научный руководитель; Бобровский Сергей Михайлович

кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории - 7 «Автомобильные технологии» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тольяттинский государственный университет»

Официальные оппоненты; Бритов Владислав Павлович

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой оборудования и робототехники переработки пластмасс федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)»

Шаповалов Виктор Михаилович

доктор технических наук, профессор, заведующий отделом композиционных материалов и рециклинга полимеров института механики металлополимерных систем им. В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное предприятие «Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский институт синтетического каучука имени академика C.B. Лебедева» (г. Санкт-Петербург)

Защита состоится 19 декабря 2013 г. в 14.00 часов на заседании совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.230.05 в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)» по адресу 190013 Санкт-Петербург, Московский пр., 26, ауд. 19. '

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке СПбГТИ(ТУ).

Замечания и отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять на имя ученого секретаря по адресу: 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26, Санкт-Петербургскии государственный технологический институт (технический университет) Справки по тел.: (812) 494-93-75; факс: (812) 712-77-91; e-mail: dissowet@lechnolog.edu.ru

Автореферат разослан 18 ноября 2013 г.

И.о. ученого секретаря совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.230.05, д.х.н., доцент

Е.В. Сивцов.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. 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 в машиностроении, приборостроении, электротехнике, легкой и пищевой промышленности и т.д. Без изделий из полимеров и композитов на их основе невозможно представить современные автомобили, приборы, компьютеры, средства связи, авиационную и даже космическую технику.

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.

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.

Актуальность и значимость проведенных исследований подтверждается тем, что 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.

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.

Цель и задачи работы. Целью 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 б 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.

Научная новизна работы.

1. Впервые показаны барьерные свойства композиционных материалов на основе смеси алифатических полиамидов 6 и 610 с функционализированными прививкой полярного мономера полимерами олефинов или их смесями и барьерные свойства выдувных изделий изготовленных из указанных композиционных материалов.

2. Впервые раскрыты возможности использования композиционных материалов на основе смеси алифатических полиамидов 6 и 610 с функционализированными прививкой полярного мономера полимерами олефинов или их смесями для изготовления деталей методом экструзии с раздувом.

3. Впервые установлено влияние таких технологических параметров, как температура экструзионной заготовки, пресс-кантов выдувной формы, температура воздуха (газа) раздува, относительная влажность воздуха (газа) раздува, избыточное давление воздуха (газа) раздува при раскрытии формы, на прочность сварных швов выдувного изделия из композиционных материалов на основе смеси алифатических полиамидов 6 и 610 с функционализированными прививкой полярного мономера полимерами олефинов или их смесями.

4. Впервые показано увеличение прочности сварочного шва в выдувных изделиях изготовленных из композиционных материалов на основе смеси алифатических полиамидов 6 и 610 с функционализированными прививкой полярного мономера полимерами олефинов или их смесями за счет оптимизации таких технологических параметров как температуры экструзионной заготовки, пресс-кантов выдувной формы, воздуха (газа) раздува, относительная влажности воздуха (газа) раздува, избыточное давления воздуха (газа) раздува при раскрытии формы.

Практическая значимость работы. Разработана усовершенствованная технология экструзии с раздувом для производства деталей с пониженной проницаемостью паров нефтепродуктов через их стенки и повышенной прочностью сварного шва.

Разработанная технология позволяет обеспечить в 3-10 и более раз пониженную проницаемость по отношению к нефтепродуктам в сравнении с деталями из гомополимеров (полиамидов, полиолефинов) при этом на 10-30% повышается прочность сварного шва.

Проведенные исследования позволили внедрить композиционный материал на основе полиамида 6 и полиэтилена Этамид ЭА-2ЭУ(В) для промышленного производства сепараторов паров бензина автомобиля. Материал введен в конструкторскую и технологическую документацию изготовления указанных сепараторов.

Получен патент на изобретение — «Способ получения пластмассовых емкостей для нефтепродуктов», способ запатентован в Российской федерации (пат. 2278787 Рос. Федерация. №2004124419/12; заявл. 10.08.04; опубл. 27.06.06, Бюл. № 18.) и в Республике Беларусь (пат. 9488 Республика Беларусь. № а 20040739; заявл. 2004.08.06; опубл. 2006.02.28).

Серийные поставки сепараторов на ОАО «АВТОВАЗ» для сборки автомобилей LADA PRIORA начаты ООО «БРКБ-Пластик» в мае 2008 года, ООО «Экопласт» для автомобилей LADA SAMARA и LADA 4x4 в январе и феврале 2012 года, экономический эффект от внедрения пластмассового

сепаратора вместо металлического за счет снижения цены за один год с даты внедрения на программу производства 102 400 шт., 71 022 шт. и 51451 шт. автомобилей составляет 12 208 392 руб., 1 070 700 руб. и 3 527 500 руб. соответственно.

Личный вклад автора: все исследования и подготовка статей к публикации проводились автором лично или при его участии.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы представлены и обсуждены на Двадцать четвертой ежегодной международной конференции и выставке «Композиционные материалы в промышленности» («Славполиком»), Ялта, 2004; II Международной научно-практической конференции «Материалы в автомобилестроении». Тольятти, 2004; I Международной научно-технической конференции «Современные автомобильные материалы и технологии (САМИТ-2009)». Курск, 2009; Международная научно-техническая конференция «Полимерные композиты и трибология (Поликомтриб-2011)». Гомель, Беларусь, 2011; Международная научно-техническая конференция «Полимерные композиты и трибология (Поликомтриб-2013)». Гомель, Беларусь, 2013.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 9 публикациях, из них 2 статьи в отечественных журналах (входят в перечень журналов ВАК), получено 2 патента. 1 статья принята к публикации в журнале «Автомобильная промышленность».

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 112 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц и 30 рисунков. Работа состоит из введения, 3 глав, заключения (выводов) и списка литературы, включающего 75 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность разработки усовершенствованной технологии экструзии с раздувом для изготовления деталей из синтетических

полимеров, обеспечивающей получение изделий с пониженной проницаемостью паров нефтепродуктов через их стенки и повышенной прочностью, в том числе ответственных деталей систем питания и улавливания паров бензина автомобиля.

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 тестирования барьерных свойств материалов и методика 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 нескольких разделов.

В первом разделе описаны результаты экспериментов, проведенных для изучения влияния температур воздуха (газа) раздува Тсг и пресс-кантов Тпк; соотношения температуры трубчатой заготовки Т3 во время ее раздува и температуры начала кристаллизации алифатического полиамида в смеси;

влияния влажности воздуха (газа) раздува Всг и величины избыточного давления внутри отформованной детали в момент раскрытия формы Дсгр.

В соответствии с анализом, проведенным в главе 2, наиболее технологичными и экономичными материалами из обладающих высокими барьерными свойствами являются композиты на основе смеси алифатических полиамидов 6 и 610 с функционализированными прививкой полярного мономера полимерами олефинов или их смесями.

При использовании в качестве материала детали смесей полимеров, в которых отсутствует термодинамическая совместимость (полная взаимная растворимость) компонентов, таких как полиамиды и полиолефины, существующая технология не обеспечивает достаточной прочности сварных швов, так как при назначении температуры пресс-кантов выдувной формы не учитывается 'Тпл0п - температура плавления олефинового полимера или наиболее тугоплавкого компонента в их смеси и Тспа - температура стеклования алифатического полиамида в смеси. Кроме того, не учитывается влияние температуры воздуха (газа) раздува Тсг; соотношение температуры трубчатой заготовки Т3 вовремя ее раздува и температуры начала кристаллизации алифатического полиамида в смеси; влияние влажности воздуха (газа) раздува Всг и влияние величины избыточного давления внутри отформованной детали в момент раскрытия формы Дсф. Вследствие этого ухудшаются как прочностные параметры изделий, герметичность сварных швов, так и барьерные свойства (повышается проницаемость по отношению к нефтепродуктам).

Для определения степени влияния указанных факторов проводили серию экспериментов. Предварительно установлено, что в связи с отсутствием термодинамической совместимости компонентов в использованных композиционных материалах, значения ТсПА и ТплПА в них изменялись несущественно и составляли для ПА6 - Тс ПА6=53+2°С, температура кристаллизации Ткр Па6=187°С; для ПА610 - Тс Па61о=48±2°С; ТкрПАб10=180оС. Значения температур плавления исходных и функционализированных

олефиновых полимеров и сополимеров в их смесях с полиамидами тоже мало зависели от состава смесевых композиций и составляли следующие значения: ПЭНП - 106±1°C, ПФ-1 -106±1°С, ПЭВП - 126±2°С, ПФ-2 - 125±2°С, ПФ-1ЭУ -105±1°С (температура плавления функционализированного ПЭНП -наиболее тугоплавкого компонента в смеси функционализированного ПЭНП и этиленпропиленового сополимера).

Результаты экспериментов с указанием используемых при этом веществ и технологических параметров приведены на рисунках 1 и 2. О прочности сварного шва судили по коэффициенту его прочности, определяемому по формуле

где арсш - прочность при разрыве материала стенки днища, определенная на лопатках со сварным швом; ар - прочность при разрыве материала стенки днища без сварного шва.

Проницаемость (диффузию из объема емкостей) нефтепродуктов (бензин АИ-92 (рисунок 2), дизтопливо, бензол квалификации «ч») определяли по оригинальной методике.

На рисунках 1(a) и 2(a) приведены данные для тестовых изделий (бутылей емкостью 0,5 л) из гомополимеров - ПА6, ПА610, ПЭНП, ПЭВП изготовленных в соответствии с существующей технологией: температура заготовки, °С - 240; 235; 180; 200 соответственно; сжатый газ - влажный воздух (относит, влажность 80%), температура 20°С, давление при раздуве 0,6МПа, давление при раскрытии формы 0,2МПа; температура пресс-кантов 35°С; предварительно полиамиды 6 и 610 подвергались сушке на воздухе при температуре 100±5°С в течение 24 ч.

На рисунках 1(6) и 2(6) приведены данные для тестовых изделий изготовленных со следующими отличиями от существующей технологии, рисунки 1(a) и 2(a): во-первых, в качестве материалов для бутылей использовали смеси алифатических полиамидов 6 и 610 с

75%

(а)

100%

І І*

з- S

Ї s га"

# h 10

f s 3

Я 2) ПА6/ПФ-1, Тз =240"C, Тпк=53°С ИЗ) ПА6/ПФ-1, Тз =240"С, Тпк=90°С 0 5) ПА6/ПФ-1ЭУ, Тз =240"С, Тпк=75"С 7) ПА610/ПФ-2, Тз =235°С, Тпк=80"С

8! 2) ПА6/ПФ-1, Тз =240'С, Тпк=75"С ■ 4) ПА6/ПФ-2, Тз =240°С, Тпк=85*С Е 6) ПА610/ПФ-2, Тз =235'С, Тпк=48°С 8) ПА610/ПФ-2, Тз =235°С, Тпк=107°С

(б)

0 1) ПА6/ПФ-1ЭУ, Тсг=64"С 8 2) ПА6/ПФ-1ЭУ, Тсг=72°С .. 3) ПА6/ПФ-1ЭУ, Тсг=90"С

(в)

100%

%є I s

* о

95%

90%

—гЩРРН > ■

1 " а £«.Й йЩр S^ljn^p ij ;

Раздув осушенным воздухом, Всг<5% Ш 1) ПА6/ПФ-1ЭУДсг=20°С; Дсгр=0;2МПа Ш2) ПА6/ПФ-1ЭУ,Тсг=72°С, Дсгр=0,2МПа ШЗ) ПА6/ПФ-1ЭУ/Тсг=72°С, Дсгр=0 МПа

(Г)

Рисунок 1 - Определение степени влияния технологических параметров на прочность сварных швов: для гомополимеров, существующая технология (а); для композиционных материалов, Тпк из интервала ТсПа< ТПк< 0,85-Тплоп (б), Тсг из интервала 1,2-Тспа<Тсг< 0,85-ТплОп (в), Всг<5% и (столбец 3) Дсгр = О

МПа (г)

(а)

* ї

0 1) ПА6/ПФ-1, Тз =240°С, Тпк=53'С В 3) ПА6/ПФ-1, Тз =240°С, Тпк=90°С 0 5) ПА6/ПФ-1ЭУ, Тз =240°С, Тпк=75°С г. 7) ПА610/ПФ-2, Тз =235"С, Тлк=80'С (б)

Я 2) ПА6/ПФ-1, Тз =240°С, Тпк=75'С И 4) ПА6/ПФ-2, Тз =240°С, Тпк=85°С в 6) ПА610/ПФ-2, Тз =235"С, Тпк=48"С 8) ПА610/ПФ-2, Тз =235'С, Тпк=107'С

2% '----------

1% і-------

I 0%

г 1) ПА6/ПФ-1ЭУ, Тсг=64°С 5 2) ПА6/ПФ-1ЭУ, Тсг=72°С і 3) ПА6/ПФ-1ЭУ, Тсг=90°С

2% | 3 1%

£ о%

- ш п Ю

Раздув осушенным воздухом, Всг<5% Я1) ПА6/ПФ-1ЭУ,Тсг=20'С, Дсгр=0,2МПа ІЗ2) ПА6/ПФ-1ЭУ,Тсг=72°С, Дсгр=0,2МПа ~3) ПА6/ПФ-1ЭУ,Тсг=72°С, Дсгр=0 МПа

(в) (Г)

Рисунок 2 - Определение степени влияния технологических параметров на бензопроницаемость: для гомополимеров, существующая технология (а); для

композиционных материалов, Тпк из интервала ТсПд^ ТПк^ 0,85-Тплоп (б), Тсг из интервала 1,2-Тспа< Тсг< 0,85-Тплоп (в), Всг<5% и (столбец 3) Дсгр = 0 МПа (г)

функционализированными полимерами олефинов или их смесями. Во-вторых, формование осуществляли при температуре пресс-кантов выдувной формы, выбранной из интервала температур

Тспа 2 Тпк < 0,85-Тплоп > (2)

где Тпк - температура пресс-кантов формы; Тплоп - температура плавления олефинового полимера или наиболее тугоплавкого компонента в их смеси; Тспа - температура стеклования алифатического полиамида в смеси. На рисунках 1(в) и 2 (в) приведены данные для условий экспериментов отличающихся от условий приведенных на рисунках 1(6) и 2(6) тем, что раздув трубчатой заготовки осуществляли сжатым газом, нагретым до температуры Тсг, из интервала

1,2-Тспа<Тсг< 0,85-Тпюп. (3)

На рисунках 1(г) и 2(г), в отличие от рисунках 1(в) и 2(в,) раздув трубчатой заготовки осуществляли осушенным сжатым воздухом (газом). Относительная влажность. воздуха Всг составляла <5%. Кроме того, в одном эксперименте (столбец 3) избыточное давление сжатого газа внутри отформованной детали в момент раскрытия формы Дсгр равнялось нулю.

По результатам экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Показана возможность обеспечить в 3-10 и более раз пониженную проницаемость выдувных деталей по отношению к нефтепродуктам по сравнению с выдувными деталями из гомополимеров (полиамидов, полиолефинов), получаемых по существующей технологии. При этом на 1030% повышается прочность сварного шва выдувных деталей.

2. Дополнительное повышение прочности сварных швов и снижение проницаемости деталей по отношению к нефтепродуктам достигается при

раздуве трубчатой заготовки сжатым газом, нагретым до температуры (Тсг), оптимальные значения которой выбираются из интервала температур 1,2'Тспа < ТсГ< 0,85-Тплоп; при раздуве трубчатой заготовки осушенным сжатым газом, а так же при извлечении отформованной детали из формы (раскрытии полуформ) после сброса давления сжатого газа в отформованной детали до атмосферного уровня.

3. Раздув трубчатой заготовки необходимо осуществлять при температуре, превышающей температуру кристаллизации фазы алифатического полиамида в смесевой композиции, используемой для получения деталей.

4. Использование усовершенствованной технологии существенно не влияет на производительность процесса: при оптимальных значениях технологических параметров величина минимально допустимого времени охлаждения изделий в сомкнутой форме изменяется несущественно.

Результаты экспериментов показывают, что при производстве методом экструзии с раздувом деталей из смесевых композиций на основе алифатических полиамидов и полимеров, и сополимеров олефинов, определяющее влияние на прочность сварных швов, а значит и герметичность емкостей, оказывают релаксационные процессы, протекающие в полимерных составляющих смеси при охлаждении ее от состояния расплава до твердого состояния. Так, если температура пресс-кантов ниже температуры стеклования аморфной фазы полиамида, то при соприкосновении с ним расплава смеси резко ограничивается сегментальная подвижность макромолекул ПА, что затрудняет протекание диффузионных процессов в зоне сварного шва и приводит к снижению прочности последнего. Температура, равная 0,85-ТплОп соответствует температуре кристаллизации полиолефинового компонента в смеси. Выше этой температуры последний находится в смесевой композиции в состоянии расплава и поэтому затруднительно формование с высокой производительностью деталей (смесевой материал не успевает полностью перейти в твердое агрегатное состояние, что отрицательно сказывается на формоустойчивости детали и герметичности сварных швов).

Использование для раздува трубчатой заготовки нагретого и осушенного сжатого газа приводит к повышению качества готовых изделий из-за влияния следующих факторов: облегчается протекание диффузионных процессов, ответственных за сварку; удаление влаги и воздуха из зоны сварного шва, исключает экранирующее влияние воды на формирование аутогезионного контакта при сварке и повышает тем самым прочность сварного шва. Температура сжатого воздуха, равная 1,2-Тспа, фактически соответствует релаксационному переходу жидкость-жидкость в фазе ПА (Тц - переход). Это температура, равная температуре расстекловывания самого высокомолекулярного сегмента в аморфной фазе ПА. При этой температуре достигается повышение молекулярной подвижности в фазе ПА, что облегчает формирование аутогезионного контакта и повышает прочность и герметичность сварных швов.

При раздуве трубчатой заготовки, в которой уже началась кристаллизация в фазе ПА, прочность сварных швов снижается вследствие резкого ограничения его молекулярной подвижности.

Наличие избыточного давления сжатого газа в отформованной детали в момент раскрытия полуформ может приводить к появлению микротрещин в зоне сварного шва и снижать вследствие этого герметичность изделий.

Второй раздел посвящен разработке усовершенствованного, на основании полученных экспериментальных данных, технологического процесса (рисунок 3) и проверке изделий, полученных с использованием указанного процесса, на соответствие требованиям автопроизводителя.

В данном разделе представлены алгоритм выбора экструзионно-выдувного оборудования, методика предварительного расчета основных параметров технологического цикла и результаты экспериментальной проверки и доводки параметров технологического цикла экструзионно-выдувного оборудования и оснастки в условиях производства.

Для проверки сепараторов на герметичность, прочность, долговечность, стойкость к воздействию агрессивных сред, стойкость к коррозии, эмиссию

с

Входные

• Геометрия изделия •Давление воздуха раздува

• Температурь» экструзионной заготовки, пресс-формы, изделия к моменту раскрытия пресс-формы

• Плотность расплава

• Вязкость расплава

• Коэффициент температуропроводности

Проектирование

технологического

процесса

- Ьыходные —-ч^ ---параметры--—

• Время цикла •Диаметр мундштука •Диаметр дорна

• Максимальный зазор формующей головки (фильера)

• Габариты пресс-формы

• Основные характеристики ЭВА ■тип, модель

•тип экструэионной головки

•производительность экструдера ■усилие смыкания

Рисунок 3 - Разработка технологического процесса

углеводородов, термостойкость проводились испытания указанных изделий (отдельно и в составе автомобиля) в соответствии с требованиями Правил ЕЭК ООН и стандартными методиками автопроизводителя. Результаты проведенных испытаний представлены в таблице 1.

Для проверки барьерных свойств сепараторов проводились испытания указанных изделий по методике определения бензопроницаемости пластмасс гравиметрическим методом. Результаты представлены на рисунке 4. Необходимо отметить, что предварительно опытным путем было установлено, что для выполнения норм ЕВРО-4 по эмиссии углеводородов автомобилями LADA 110 и LADA PRIORA, топливопроницаемость сепаратора, измеренная по Правилу №34 ЕЭК ООН, не должна превышать 0,052 г/сутки при комнатной температуре (на рисунке 4 показано красной линией).

По результатам испытаний можно сделать следующие выводы: сепаратор паров бензина, изготовленный из композиционного материала на основе смеси алифатических полиамидов 6 и 610 с функционализированными полимерами олефинов или их смесями «Этамид» соответствует требованиям автопроизводителя (конструкторской документации, техническим условиям, Правилам ЕЭК ООН), величина эмиссии углеводородов через стенки

Таблица 1 - Испытания на соответствие требованиям автопроизводителя.

№ п.п. Вид испытаний Объект испытаний Требования Соответствие требованиям (да/нет)

1. Проверка на герметичность в водяной ванне избыточным давлением воздуха 0,03 МПа в течение 15 сек И Герметичность (отсутствие пузырьков), ТУ 4542-001-14567029 да

2. Испытания на вибропрочность и термостойкость (от -40°С до +120°С) И Отсутствие изменений внешнего вида, коробления, разрушений, трещин, раковин и сохранение герметичности, ТУ 4542-001-14567029 да

3. Стойкость к воздействию агрессивных сред: вода, спирт, бензин, масло И Не допускается изменение внешнего вида, ТУ 4542-001-14567029 да

4. Испытания методом наезда сзади ударной тележкой массой 1100 кг на скорости 35 ...38 км/час А Отсутствие утечки топлива более 30 грамм/мин, возникновения пожара, повреждений сепаратора, Правило ЕЭК ООН №34-01 да (Примечание: утечки топлива не обнаружено)

5. Испытания на эмиссию углеводородов в камере УТ-ЭНЕО на соответствие нормам Евро-4 А Суммарные испарения углеводородов ИЗ автомобиля за полный цикл испытаний должны составлять не более 2 граммов, Правило 1183 ЕЭК ООН да

б. Испытания на эмиссию углеводородов в камере УТ-ЯНЕО на соответствие нормам Евро-4 после пробега 80 тыс. км . А Суммарные испарения углеводородов из автомобиля за полный цикл испытаний должны составлять не более 2 граммов, Правило Я83 ЕЭК ООН да

7. Испытания на утечку топлива при опрокидывании автомобиля А Утечка топлива не должна превышать 30 грамм/мин, Правило №34 ЕЭК ООН да (Примечание: утечки топлива не обнаружено)

8. Коррозионная стойкость в нейтральном солевом тумане (ГОСТ 9.308, метод 1) И Отсутствие коррозионных поражений через 96 часов, ТУ 4542-001-14567029 да

И — изделие, сепаратор паров бензина.

А - автомобиль, укомплектованный сепаратором паров бензина из Этамида.

сепаратора обеспечивает соответствие автомобиля в целом требованиям ЕВРО-4 по эмиссии углеводородов.

з?

5 I

о

а с о № X

о

LG

0,08 0,07 0,06 0,05

0,04 -

0,03 -

0,02 L

0,01 f-

0,00 U

Сепараторы паров бензина

Зтамид, авт. LADA Армамид, LADA Армамид, LADA Армамид, LADA PRIORA PRIORA SAMARA 4x4

Рисунок 4 - Бензопроницаемость готовых изделий

В третьем разделе описаны результаты экспериментов, проведенных для изучения прочностных свойств деталей, изготовленных с использованием усовершенствованной технологии (внешний вид сепараторов показан на рисунке 5).

Для проверки достигнутых прочностных свойств проводились исследования образцов, вырезанных из сепараторов (внешний вид образцов после испытания показан на рисунке 6).

С целью определения максимальной нагрузки при растяжении на разрывной машине Zwick 1435 при температуре Т=23±3°С были проведены испытания образцов со сварным швом и без сварного шва. Проводилось две

серии испытаний: одна для образцов вырезанных из сепаратора изготовленного из Армамида, вторая для образцов вырезанных из сепаратора изготовленного из

(В)

Рисунок 5 - Сепараторы автомобилей LADA SAMARA (а), LADA 4x4 (б) и LADA PRIORA (в)

(а) (б)

Рисунок 6 - Образцы без сварного шва (а) и со сварным швом (б)

Этамида. Примеры графиков зависимости между удлинением и растягивающей нагрузкой (записи испытательной машины) для одного образца со сварным швом и одного образца без сварного шва показаны на рисунке 7.

Рисунок 7 - Пример зависимости «нагрузка - удлинение» для образца со сварным швом (а) и без сварного шва (б)

Анализ результатов показал, что для композиций Этамид и Армамид при данной технологии и геометрии сварного шва (геометрия сварного шва определяется толщиной заготовки и пресс-кантом пресс-формы) прочность сварного шва как минимум равна прочности основного материала, разрушение образцов происходило на участках между сварным швом и зажимом разрывной машины, сварной шов оставался без изменений.

Проанализировав соотношение средних толщин стенки детали в сечениях по сварному шву и по месту разрушения, можно сделать вывод: прочность сварного шва равная прочности основного материала, что гарантированно обеспечивает выполнение требований по прочности и герметичности изделия, достигается, если соблюдается условие кт >1,4

т '

1сг

где кт - коэффициент толщины, ТСвш - толщина детали в сечениях по сварному шву, Гст- толщина детали в сечениях без сварного шва.

Используя указанное значение кт, при наличии на ЭВА возможности программирования толщины экструзионной заготовки, можно оптимизировать толщину заготовки в зонах, где будет происходить сварка заготовки при смыкании прессформы.

Изделия с оптимизированной в зоне сварных швов толщиной стенки выдержали испытание избыточным давлением 6 атм без разрушения.

Разработана усовершенствованная технология экструзии с раздувом, позволяющая производить детали системы питания автомобилей и системы улавливания паров бензина (бензобаков, сепараторов паров бензина, наливных труб и др.). На основе практических рекомендаций усовершенствованная технология внедрена для изготовления автомобильных сепараторов паров бензина (рисунок 8).

Рисунок 8 - Внедрение усовершенствованной технологии для изготовления автомобильных сепараторов паров бензина

ВЫВОДЫ

1. Выбран композиционный материал, отвечающий требованиям по проницаемости паров нефтепродуктов через стенки изделия и прочности изделия. Раскрыты возможности использования композиционных материалов

на основе смеси алифатических полиамидов 6 и 610 с функционализированными прививкой полярного мономера полимерами олефинов или их смесями для изготовления деталей методом экструзии с раздувом

2. Исследованы барьерные свойства композиционных материалов на основе смеси алифатических полиамидов 6 и 610 с функционализированными прививкой полярного мономера полимерами олефинов или их смесями и выдувных изделий изготовленных из них. Применение экспериментально установленных оптимальных значений технологических параметров позволяет использовать указанные композиции в технологии экструзии с раздувом, что обеспечивает в 3-10 и более раз пониженную проницаемость по отношению к нефтепродуктам в сравнении с деталями из гомополимеров (полиамидов, полиолефинов).

3. Установлено 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 выдувного изделия из композиционных материалов на основе смеси алифатических полиамидов 6 и 610 с функционализированными прививкой полярного мономера полимерами олефинов или их смесями. Обеспечивается герметичность сварных швов и повышается их прочность на 10-30%.

4. Определены технологические параметры процесса для изготовления методом экструзии с раздувом деталей с пониженной проницаемостью паров нефтепродуктов через их стенки и с увеличенной прочностью сварного шва из композиционных материалов на основе смеси алифатических полиамидов 6 и 610 с функционализированными прививкой полярного мономера полимерами олефинов или их смесями.

5. Разработана усовершенствованная технология экструзии с раздувом позволяющая производить однослойные изделия с пониженной проницаемостью паров нефтепродуктов через их стенки с одновременным

увеличением прочности сварного шва, пригодная для изготовления деталей системы питания автомобилей и системы улавливания паров бензина (бензобаков, сепараторов паров бензина, наливных труб и др.). На основе практических рекомендаций усовершенствованная технология внедрена для изготовления автомобильных сепараторов паров бензина.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях

1. Леонов С.А. Технология изготовления полимерных деталей автомобиля: Международная научно-техническая конференция «Полимерные композиты и трибология». Тезисы докладов. - Гомель, 2013.

2. 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.

3. Леонов С. А., Бобровский С.М. Обеспечение пониженной бензопроницаемости полимерных однослойных деталей автомобиля изготавливаемых методом раздувного формования. // Вектор науки ТГУ. -2010,- №4.-С. 87-91.

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

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

6. Способ получения пластмассовой емкости для нефтепродуктов: пат. 9488 Республика Беларусь. № а 20040739; заявл. 2004.08.06; опубл. 2006.02.28, 10 с.

7. Зиганшина Э.Х., Леонов С.А., Кутлин Ю.В., Песецкий С.С. 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.

8. Зиганшина Э.Х., Леонов С.А., Герасимова Н.В., Песецкий С.С. 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.

9. A.A. Леонов, В.Я. Кокотов, С.А. Леонов. Пластмассы для автомобильных деталей // Автомобильная промышленность,- 1987,- № 5,- С. 31.

Отпечатано с оригинал-макета. Формат 60x90'/i6 Объем 1,0 печ.л. Тираж 80 экз. Зак. № 186.

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)»

190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26 Типография издательства СПбГТИ (ТУ), тел. 49-49-365

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(технический университет)»

На правах рукописи

04201454960

ЛЕОНОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЭКСТРУЗИИ С РАЗДУВОМ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ С НИЗКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ ПАРОВ НЕФТЕПРОДУКТОВ

05 Л 7.06 - технология и переработка полимеров и композитов

ДИССЕРТАЦИЯ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

Научный руководитель -кандидат технических наук, доцент Бобровский С. М.

Санкт-Петербург 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Список сокращений и условных обозначений........................................ 3

Введение....................................................................................... 4

1 Полимерные материалы в легковом автомобилестроении....................... 8

1.1 Применение и доля полимерных материалов в конструкции автомобиля.. ..8

1.2 Эффективность применения полимерных материалов........................ 15

1.3 Классификация экструзионно-выдувного оборудования для переработки термопластов................................................................................ 19

1.4 Механизм диффузии паров нефтепродуктов через стенки

изделий....................................................................................... 26

1.5 Методы снижения проницаемости паров нефтепродуктов через стенки изделий...................................................................................... 28

1.6 Обоснование выбранного направления в работе............................... 35

2 Описание объектов и методов исследования...................................... 38

2.1 Композиционные материалы на основе алифатических

полиамидов.................................................................................. 38

2.2 Методы исследований материалов, изделий и некоторые результаты исследований............................................................................... 43

3 Результаты исследований и их обсуждение....................................... 70

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...................................................... 70

3.2 Разработка усовершенствованного технологического

процесса...................................................................................... 80

3.3 Проверка изделий на соответствие требованиям............................... 91

3.4 Прочностные свойства деталей..................................................... 94

3.5 Оптимизация толщины стенки и веса изделия.................................. 98

Выводы....................................................................................... 101

Список использованных источников................................................... 102

Приложения................................................................................. 109

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

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 возде�