Не за горами то время, когда большинство автолюбителей пересядут на электромобили. И, несомненно, ключевую роль в их повсеместном распространении будут играть каучуки и термоэластопласты. Их применение в производстве важнейших деталей зачастую делает электромобили и гибриды более энергосберегающими и экологически безопасными. Примерами такого использования служат легковесные конструкции на основе металлопластиковой композитной технологии с использованием полиамида-6 и высокоэффективные шины с уменьшенным сопротивлением качению на основе инновационных марок каучука.
Тенденция производства автомобилей с экологически безопасными гибридными или электрическими двигателями предъявляет более жесткие и зачастую абсолютно новые требования к термопластам и каучукам. Все больший спрос у потребителей находят высокоэффективные материалы с отличными механическими свойствами, которые в большинстве случаев могут использоваться в сочетании с другими материалами для получения очень прочных и легковесных композитов. В то же время нужны и новые материалы, отличающиеся, например, высокой устойчивостью к озону, высокой огнестойкостью и особыми электрическими свойствами, такими как высокая проводимость. Поэтому концерн LANXESS убежден, что его полиамиды Durethan® и полибутилентерефталаты Pocan® премиум-класса, а также широкий ассортимент высокоэффективных марок каучуков, включая Therban®, Levapren® и бутиловый каучук, вместе с основными конструкционными способами и технологиями переработки демонстрируют прекрасные перспективы на многообещающем рынке электромобильности. Доказательством тому служат многочисленные текущие инновационные проекты, направленные на разработку новейших и экономичных технических решений для электромобилей, некоторые из которых осуществляются в тесном сотрудничестве с поставщиками систем и производителями оборудования.
Меньше вес – больше автономность
Чем легче конструкция кузова и внутреннее оформление автомобиля, тем менее тяжелыми могут быть современные батареи, и, следовательно, тем меньше может быть номинальная мощность двигателя и больше автономность автомобиля. Преимущества легковесных высокотехнологичных термопластов концерна, отличающихся меньшей плотностью по сравнению с металлами, будут пользоваться возрастающим спросом в области снижения веса транспортных средств.
Полка для батареи – хороший пример будущего применения, потенциально способствующего существенному снижению веса автомобилей. Такая полка выдерживает вес батареи и обеспечивает ее крепление к кузову. Она должна быть легкой и в то же время способной поглощать значительную часть энергии при аварии. Металлопластиковая композитная технология, разработанная LANXESS на основе полиамида-6 и листовой стали или листового алюминия, является в данном случае идеальным решением. Известный под названием «гибридная технология», такой способ легковесного конструирования обеспечивает сокращение веса на 20-30 % по сравнению с аналогичными деталями, изготовленными из листовой стали, при сохранении сравнимого уровня характеристик. Более того, изготовление деталей по гибридной технологии зачастую более экономично благодаря меньшему количеству этапов формования, соединения и финишной отделки, чем изготовление цельнометаллических деталей. Дальнейшее снижение стоимости обеспечивается высоким потенциалом интегрирования процессов литьевого формования, которые можно использовать для интеграции крепежных элементов или прямого встраивания в гибридный компонент.
Нет электромагнитному излучению
Еще одним привлекательным альтернативным решением для не несущих деталей батареи, например, крышки и корпуса приборов силовой электроники является полиамил и ПБТ. Такие детали нужны, в основном, для обеспечения защиты от электромагнитного излучения. Ранее они изготавливались из листовой стали, литого алюминия или листовых композиций, на которые наносилось металлическое или электропроводное покрытие. Эти материалы можно заменить высокоармированными и, соответственно, очень жесткими марками полиамида и ПБТ, на которые после этапа формования можно нанести алюминиевое покрытие методом вакуумной металлизации. Примерами таких материалов являются Durethan® BKV 60 EF и Pocan® T7391 с 60- или 45-процентным содержанием стекловолокна. Эти марки экономичны при переработке методом литьевого формования, и производимые из них детали не требуют дополнительной обработки. Другими материалами-заменителями, упрощающими производство, являются марки полиамида-6 и 66 с электропроводными добавками и смеси на их основе. Детали, изготовленные из этих материалов, не требуют металлизации, так как содержащиеся в них добавки обеспечивают проводимость и экранирующую функцию. Отличный результат демонстрируют наполненные углеродным волокном полиамиды Durethan®. В настоящее время LANXESS проводит последние этапы разработки этих продуктов.
Экологичные антипирены
Высокое напряжение и сила тока, действующие в области батареи и двигателя электрических автомобилей, определяют потенциально более широкое применение в этой зоне огнестойких пластиков. Здесь могут быть использованы и каучуки, и термопласты. Сополимеры этилена и винилацетата (EVM), например, реализуемые под торговой маркой Levapren® из ассортимента синтетических каучуков LANXESS, являются идеальными для данного применения. Этиленвинилацетатный каучук не содержит галогенов и благодаря своей низкой вязкости и хорошей совместимости с полярными наполнителями может содержать большое количество неорганических антипиренов, например гидроксид алюминия. При горении компаундов марки Levapren® выделяется только дым низкой плотности. Благодаря химическому составу EVM каучука едкий хлороводород, образующийся при горении материалов на основе галогена, не выделяется. Таким образом, этот каучук – идеальные вариант для изготовления кабельных оболочек для электромобилей.
На фоне тенденции к использованию электротранспорта возрастает также значение огнестойких полиамидов и ПБТ в производстве штепсельных соединителей. Ассортимент LANXESS уже содержит несколько вариантов этих материалов, отличающихся чрезвычайной огнестойкостью благодаря имеющимся в их составе антипиренам на основе галогенов или без них. Одним из примеров таких материалов является полиамид-66 Durethan® AKV 30 FN00, обладающий высокой дугостойкостью, который содержит пакет антипиренов, не содержащих красный фосфор и галогены.
Высокотехнологичные шины для экономии топлива
Шины передают энергию двигателя на дорожное полотно, играя, таким образом, ключевую роль в определении расстояния, которое электрические автомобили могут пройти на заряженной батарее. В настоящее время при движении по городу около 30% расхода топлива автомобиля приходится на шины. На автострадах этот показатель может достигать 20%. По мнению специалистов LANXESS, сопротивление качению, то есть потерю энергии через шины, можно сократить примерно на 10 % просто за счет использования высокоэффективных марок каучуков для шин, имеющихся на рынке.
И это соотношение в дальнейшем может стать еще более существенным благодаря новым маркам неодимового полибутадиенового каучука (Nd-BR), отличающимся узким молекулярно-массовым распределением, и новым модифицированным маркам растворного бутадиен-стирольного каучука (SSBR). Эти марки каучука Nd-BR обладают особенно низкой температурой стеклования. Такое свойство обеспеччивает им большую гибкость при отрицательных температурах и более низкий показатель сопротивления качению при очень низких температурах, что способствует экономии топлива.
Другой важной мерой сбережения энергии каучука шин является количество «свободных концов» в каучуковой массе. Это концевые фрагменты молекул цепи каучука, которые, подобно оторванному амортизирующему тросу, не участвуют в передаче энергии в каучуке, но при этом участвуют в движении, расходуя энергию. Благодаря особо узкому молекулярно-массовому распределению, компаунды, изготовленные из новейших марок каучука Nd-BR имеют меньшее количество свободных концов в сравнении со многими другими традиционными марками каучука. В то же время, благодаря сложным физическим взаимосвязям, они обеспечивают равную эффективность и отличаются большей технологичностью, чем марки Nd-BR каучука предыдущих поколений. Они обеспечивают также возможность производства «более точных» изделий, так как, наряду с другими преимуществами, более узкое молекулярно-массовое распределение снижает вязкость материала, несмотря на сокращение содержания «пластифицирующих» компонентов каучука.
Напротив, вышеупомянутые модифицированные марки каучука SSBR, которые в настоящее время проходят испытания у известных производителей шин, отличаются своей способностью к энергосбережению благодаря совсем иному свойству. Они могут быть еще более эффективными в каучуковых матрицах, содержащих твердые частицы наполнителя, обеспечивая стабильность каучуков для выпуска шин. В результате новые марки каучука SSBR, выражась простыми словами, снижают трение между этими частицами, что в свою очередь способствует сокращению нежелательных энергопотерь.
Первичные лабораторные и практические испытания также показывают, что, в дополнение к низкому показателю сопротивления качению, изготовленные из вышеупомянутого каучука шины также способны демонстрировать превосходное сцепление с дорожным полотном в сочетании с хорошей износостойкостью. До настоящего времени было сложно достичь одновременной оптимизации всех трех свойств в одной шине.
Новые требования
Этилен-пропилен-диеновый каучук (EPDM) является основным примером коренного изменения предъявляемых к материалам требований в результате перехода от бензиновых двигателей к электрическим. Будучи неполярным материалом, EPDM до настоящего времени редко использовался для изготовления деталей, соприкасающихся с маслом и топливом, так как в случае такого контакта этот каучук сильно набухает. Этот недостаток теряет значение в электрических транспортных средствах, в которых, напротив, могут быть использованы превосходная теплостойкость этого каучука и его устойчивость к старению. Более того, в отличие от многих других «традиционных» каучуков, EPDM устойчив к действию озона, который практически неизбежен в присутствии электроприводов – даже без поверхностной защиты. Благодаря устойчивости к озону и особенно способности выдерживать постоянные температуры до 160 °C, гидрированный бутадиен-нитрильный каучук (HNBR), реализуемый LANXESS под торговой маркой Therban®, является еще одной интересной альтернативой для применения в электромобилях, в частности в производстве деталей, подверженных высоким динамическим нагрузкам.
