Evoluce ARPRO pomáhá návrhářům snižovat hmotnost vozidel

Tato snaha stojí za vývojem lehkých materiálů pro strukturální aplikace ve vozidlech.

Materiál ARPRO je mimo jiné vhodný i na konstrukci palivové nádrže.

Velmi významnou vlastností materiálu ARPRO je jeho snadná recyklovanost:

Patrně nejdůležitější inovací v této oblasti byl vývoj expandovaného polypropylenu (EPP).

Tento materiál byl poprvé vyvinut na konci osmdesátých let, tj. více než dvě desetiletí náleží k evropskému vozovému parku. Na rozdíl od předchozích materiálů, jejichž absorpce energie byla diskutabilní, nabízí expandovaný polypropylen dvě důležité vlastnosti, díky nimž se rychle stal „referenčním“ materiálem pro ochranu před nárazem v nízké rychlosti. Jednak je díky konstrukci z uzavřených pěnových buněk izotropický a nabízí stejné vlastnosti bez ohledu na směr nárazu. To je v naprostém kontrastu se vstřikovanými produkty a výrobky z polyuretanu, jejichž charakteristiky jsou tradičně přizpůsobeny pouze určitému scénáři nárazu. Další výhodou je, že jej lze vícekrát deformovat, ale vždy se navrátí do původního tvaru, takže je ideální pro nárazy v nízké rychlosti. Díky uvedeným kvalitám nejen splňuje, ale v mnoha případech i přesahuje náročné zákonné a průmyslové nároky, jako je pasivní bezpečnost stanovená testy EURO NCAP.

V devadesátých letech byly poprvé vyvinuty speciální druhy, například porézní produkty a varianty s praktickým povrchovým odporem, a materiál byl vyráběn ve více barvách.

Návrháři automobilů se rychle chopili příležitostí, které kompletní sortiment materiálů nabízel, a dnes tyto materiály najdete ve všech vozidlech. Používají se v pasivních bezpečnostních produktech, jako jsou dveře, boční absorbéry nárazu, hlavové opěrky, sedadlová jádra, ochranné prvky sedadel a kolen, až po úložné prostory. Mimořádný poměr pevnosti k hmotnosti umožňuje využít materiál pro uložení nářadí, ve vložkách a podlahách zavazadlových prostorů i dalších panelech. Lze snadno vytvořit například vložku do zavazadlového prostoru, která je dostatečně prostorná, aby vyplnila požadovaný prostor a nepohybovala se při přepravě, ale která příliš nepřidá na hmotnosti a přispěje ke strukturálním vlastnostem zavazadlového systému – například pomůže absorbovat energii při zadním nárazu. Pokud se pokusíme dosáhnout stejného cíle se vstřikovanými produkty, bude to vyžadovat nejen více nákladného zpracování, ale také výrazné navýšení hmotnosti a mnohem menší příspěvek ke strukturálním vlastnostem. Moderní sortiment expandovaného polypropylenu je vhodný pro každou aplikaci, kde nehraje prvořadou roli estetika a neexistuje riziko dlouhého vystavení UV záření.

Části lisované z expandovaného polypropylenu také nacházejí častého uplatnění v ochranných prvcích při přepravě křehkých komponent mezi továrnami a montážními závody.

Minimalizují tak procentní podíl nevratného poškození při přepravě a nabízejí rychlou návratnost investic. Není nikterak vzácné, že lehké ochranné kontejnery přetrvají po celý výrobní cyklus vozidla. Alternativou jsou dřevěné palety, které jsou sice levné, avšak hůře tvarovatelné, případně kov, který nabízí dobrou fyzickou ochranu, ale může způsobit poškození, když přenese extrémní síly vyvolané vibracemi nebo nárazem.

V některých aplikacích, například v sedadlech, lze oproti alternativním systémům dosáhnout celkového snížení hmotnosti až o 35 procent. Navíc je k dispozici vysoká návrhářská flexibilita, která umožňuje využít společné části a doplnit další materiály, pokud to bude potřeba. Náklady na zpracování jsou výrazně nižší než v případě tvarování vstřikováním. Lehké výrobky navíc umožňují přetvořit negativní vlastnosti bez investic do dalšího zpracování. Možnost vytvářet díly, které do sebe zapadají, nabízí větší návrhářskou svobodu a širší kompatibilitu s dalšími materiály. Zářným příkladem je řada BMW 5, kde použití materiálu ARPRO poskytlo řešení zadního sedadla, které snížilo investice do zpracování, zkrátilo dodací dobu a výrazně snížilo hmotnost komponent.

Lepší tvárnost, která poskytuje větší svobodu při navrhování, byla od uvedení produktu před dvěma dekádami jednou z hlavních vývojových úspěchů v této materiálové oblasti.

Poslední vývoj materiálů a lepší možnosti zpracování posunuly hranice realizovatelných prostorových tvarů a umožnily vytvářet menší a tenčí výrobky. Zákazníci mají na výběr z široké škály variant s různou hustotou, které umožňují dosáhnout správného složení s nejnižší spotřebou páry a nejrychlejší výrobou. Například sluneční clony, které musejí projít testy nárazu hlavy, protože jsou považovány za důležitý bezpečnostní prvek, lze snadněji tvarovat. Díky inovacím jsou totiž k dispozici základní materiály s menší velikostí zrna, což dovoluje vytvářet tenčí části za stejnou dobu a s minimálními nerovnostmi ve finálním povrchu.

Poslední vývoj dále přinesl výrobky, které produkují méně odpadu a vyžadují méně ztrátového času při přípravě nástrojů a procesů na počátku výroby. Rychle se také zlepšují estetické kvality. Nejnovější výrobky nabízejí řadu povrchů, jejichž vzhled nepřipomíná použitou „zrnitou“ surovinu, a přicházejí s příjemnou homogenní povrchovou strukturou. To sehraje důležitou roli při snižování hmotnosti a počtu komponent, v neposlední řadě v sekundárně viditelných oblastech, ve kterých omezená expozice UV záření nevyžaduje žádné krytí.

Vývoj elektrických vozidel poskytuje dobrou příležitost, protože vyžaduje co nejlepší snížení hmotnosti, aby baterie vydržela co nejdéle.

Za tímto účelem byla v roce 2010 uvedena nová vícevrstvá technologie „inrekor“, která obsahuje jádro z materiálu ARPRO obklopené vrstvenými povrchy a nabízí mimořádný poměr pevnosti k hmotnosti. Pevnost a tahová pružnost předurčují inrekor pro šasi, které má tradičně jeden z největších podílů na hmotnosti vozidla. Poprvé tak lze nabídnout nízkou hmotnost, která pomůže učinit z elektrických vozidel praktickou dopravní alternativu.

Má-li být materiál ARPRO používán v lehkých strukturálních prvcích

– je nezbytné přesvědčit návrháře, výrobce a odběratele automobilů, že poskytuje dostatečnou pevnost, stálost a bezpečnost. Pevnost v ohybu a tuhost inrekoru se exponenciálně zvyšují s tloušťkou jádra a utišují tak jakékoli obavy v této oblasti. Možnost integrace „inteligentních“ funkcí – těsnění, izolace, vedení vzduchu a vestavěných montážních bodů – zaručuje, že lze s minimem investic získat skutečně lehké a nenákladné řešení. Montáž hotového výrobku je také snadná, protože jej lze na rozdíl od voštinových produktů nýtovat, lepit, bodově pájet nebo připevnit podle konkrétních aplikačních požadavků.

Izotropická povaha jádra ARPRO v inrekoru rychle rozptýlí energii nárazu z každého směru. Průmysl o kvalitách materiálu nepochybuje a vyrábí celou řadu vysoce inovativních elektrických vozidel s inrekorovým šasi.

V typickém čtyřsedadlovém vozidle

– lze například hmotnost šasi snížit o 300 až 160 kg, což je velká výhoda, pokud si uvědomíme, že snížením hmotnosti o 1 kg prodloužíme dojezd o 3 až 4 km. Odhaduje se, že benzínová a naftová vozidla v celém světě díky této technologii ušetří 10 miliard litrů paliva za rok!

Univerzálnost vícevrstvé technologie a vývoj adhezních postupů a produktů

– umožňuje nanést na jádro povrchové vrstvy z mnoha materiálů v závislosti na aplikačních a estetických požadavcích. Změny v návrhu lze snadno přijmout s vynaložením minimálních zpracovatelských či kapitálových nákladů, protože místo CNC obrábění hotových vícevrstvých panelů jsou jádra obvykle řezána vodou a povrchové vrstvy laserem – což je bonus, pokud záleží na rychlosti – na oba materiály lze nicméně aplikovat běžné tlakové nebo lisovací postupy. Jedním z posledních příkladů je vytvoření speciální palivové nádrže pro Aston Martin Racing, kde plášť z inrekoru zajišťuje pevné spojení s bezpečnostním rámem vozidla a splňuje požadavky FIA na 10mm tloušťku pláště. Rychlost, s jakou lze díly vyrobit zcela od nuly, prokázalo nové inrekorové šasi pro repliku vozidla Speedster 356, které zabralo třináct týdnů od prvního návrhu CAD po skutečné použití ve vozidle.

Univerzálnost lehkých materiálů je ještě důležitější, vezmeme-li v úvahu rozdíly v hmotnosti šasi různých modelových řad, kde lze jádra s různou hustotou přesně specifikovat, aby měla správné vlastnosti pro individuální hmotnost modelů konkrétní řady.

Univerzálnost, podobně jako nízká hmotnost moderních lehkých produktů a vícevrstvých technologií, jako je expandovaný polypropylen ARPRO a inrekor, zaručuje další snižování hmotnosti napříč více aplikacemi po mnoho dalších let.

Autor: Bert Suffis, ředitel JSP pro prodej a vývoj aplikací – Evropa, Afrika a Blízký výhod

JSP a ARPRO® :

Společnost JSP zaujímá přední světové postavení ve výrobě a vývoji materiálu ARPRO® a jeho četných aplikací. ARPRO®, nepostradatelný produkt automobilového, obalového a spotřebního průmyslu, představuje zdroj pevnosti, trvalé odolnosti a snížení hmotnosti, čímž přispívá k energetickým úsporám. Specialisté globálního dodavatele JSP pomáhají zákazníkům zvyšovat profitabilitu na základě inovativního využití materiálu ARPRO®. Společnost je kótována na Tokijské burze cenných papírů.

Více na: www.arpro.com