MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
JAN BÍLÍK
BRNO 2013 1
Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
Využití plastů v automobilovém průmyslu Bakalářská práce
Vedoucí práce:
Vypracoval:
Ing. Jiří Votava, Ph.D.
Jan Bílík
Brno 2013 2
3
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma ,,Využití plastů v automobilovém průmyslu,, vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně.
dne ………………………………………. podpis bakaláře …………………………..
4
PODĚKOVÁNÍ Na tomto místě bych si dovolil poděkovat Ing. Jiřímu Votavovi, Ph.D. za vedení při tvorbě práce a jeho cenné poznatky a rady.
5
ABSTRAKT Téma této bakalářské práce je ,,Využití plastů v automobilovém průmyslu“. V první části práce je uvedeno základní rozdělení plastů, jejich vlastnosti a je zde nastíněna jejich historie. Dále je speciální část věnována konkrétním plastovým součástem v automobilu. Jsou uvedeny druhy použitých plastů a zmíněny jsou i možnosti jejich renovace. Nemalou část práce tvoří recyklace plastových součástí. Pozornost je zde věnována především způsobům samotné recyklace a jejich uplatnění v automobilovém průmyslu. Klíčová slova: plasty, automobil, recyklace
ABSTRACT
The topic of this thesis is ,, Use of plastics in the automotive industry. " The first part described the distribution of plastics, their properties and their history is outlined here. Further a special part is devoted to specific plastic parts in the car. There are the types of plastic used and mentioned the possibility of their renovation. A recycling of plastic components make up a considerable part of the thesis. Attention is paid to the ways of recycling itself and their application in the automotive industry.
Keywords: plastic, automobile, recycling
6
OBSAH
1
ÚVOD........................................................................................................................ 9
2
CÍL PRÁCE ............................................................................................................... 9
3
HISTORIE PLASTŮ V AUTOMOBILECH .......................................................... 10
4
ROZDĚLENÍ PLASTŮ ........................................................................................... 12 4.1
5
4.1.1
Amorfní ..................................................................................................... 13
4.1.2
Semikrystalické ......................................................................................... 13
4.2
Reaktoplasty ..................................................................................................... 13
4.3
Elastomery....................................................................................................... 14
VLASTNOSTI PLASTŮ ........................................................................................ 15 5.1
7
8
Tepelné vlastnosti............................................................................................. 15
5.1.1
Tepelná vodivost ....................................................................................... 15
5.1.2
Teplotní roztažnost ................................................................................... 16
5.1.3
Měrná tepelná kapacita ............................................................................. 17
5.2
6
Termoplasty...................................................................................................... 12
Mechanické vlastnosti ...................................................................................... 17
5.2.1
Modul pružnosti ........................................................................................ 17
5.2.2
Mez pevnosti ............................................................................................. 20
5.2.3
Tvrdost ...................................................................................................... 20
5.3
Elektrické vlastnosti ......................................................................................... 22
5.4
Optické vlastnosti ............................................................................................. 23
PLASTOVÉ SOUČÁSTI AUTOMOBILU ............................................................ 23 6.1
Interiér .............................................................................................................. 23
6.2
Zatížené díly ..................................................................................................... 24
6.3
Podvozek a motorový prostor .......................................................................... 26
RENOVACE PLASTOVÝCH SOUČÁSTÍ AUTOMOBILU ............................... 27 7.1
Svařování.......................................................................................................... 27
7.2
Lepení ............................................................................................................... 28
RECYKLACE PLASTOVÝCH SOUČÁSTÍ ......................................................... 29
7
8.1
Způsoby recyklace ........................................................................................... 29
8.1.1
Materiálová recyklace ............................................................................... 30
8.1.2
Chemická recyklace .................................................................................. 30
8.1.3
Surovinová recyklace ................................................................................ 31
8.1.4
Energetická recyklace ............................................................................... 32
8.2
Možnosti recyklace autovraků ......................................................................... 32
10
ZÁVĚR ................................................................................................................ 36
11
POUŽITÁ LITERATURA .................................................................................. 37
11
SEZNAM OBRÁZKŮ ......................................................................................... 39
8
1 ÚVOD Plasty se v dnešní době objevují v mnoha odvětvích, patří mezi ně i automobilový průmysl. Zde se používají zejména z důvodu ušetření hmotnosti, jednoduchosti výroby a zvýšení bezpečnosti. Mezi další výhody patří minimální nároky na údržbu, dlouhá životnost a vysoká odolnost vůči degradaci a chemikáliím. Díky těmto výhodám podíl plastů v automobilovém průmyslu stále stoupá. V dnešních automobilech se nachází asi 750 plastových dílů a součástí. Z různých druhů plastů jsou nejvíce používány materiály na bázi polypropylenu (35%), následují různé druhy polyamidů (14%), polyetylén (10%) a polymery ABS (7%) (Martynková, 2010). Z počátku nebyl výběr plastů nijak bohatý, proto i jejich zastoupení v materiálové skladbě automobilu bylo malé. K většímu rozvoji jejich použití došlo až v padesátých a šedesátých letech spolu se zavedením výroby nových termoplastických polymerů. V tomto období však plasty sloužili pouze jako forma náhrady klasických součástí, které se pro svoji technologicky náročnou zpracovatelnost a vysokou cenu nehodili pro velkosériovou výrobu. Velký vzestup spotřeby plastů v automobilovém průmyslu nastal v sedmdesátých letech. Ten byl způsoben neustále se zvyšujícími požadavky na bezpečnost a hospodárnost. V současné době jsou použity při konstrukci vozidel lehké plastické materiály, které nahrazují kovy (Martynková, 2010).
2 CÍL PRÁCE Cílem bakalářské práce na téma ,,Využití plastů v automobilovém průmyslu,, je přiblížit, kde všude se můžeme s plastovými součástmi na vozidlech setkat a z čeho jsou nejčastěji vyrobeny. Součástí této práce je i seznámení s mechanickými a tepelnými vlastnostmi jednotlivých materiálů. Pozornost je také věnována moderním trendům při výrobě automobilů, obnově poškozených dílů a recyklaci autovraků. Je zde nastíněn i směr, jakým by se mohlo toto odvětví nadále ubírat.
9
3
HISTORIE PLASTŮ V AUTOMOBILECH Plastové součásti, bez nichž si už dneska nedokážeme automobilový průmysl vůbec
představit, se začali používat záhy po svém objevení. S postupným vývojem této hmoty se jejich využití stále navyšovalo. Počátkem 70. let obsahoval průměrný evropský automobil střední třídy asi 6 % plastů, tedy asi 66 kg. Dnes mají zhruba pětinový podíl, což je zhruba 200 kg z celkové váhy vozidla (Vacek, 2011). Moderní plasty byly vynalezeny v roce 1862. Angličan Alexander Parkes tehdy modifikoval celulózu do tvárné hmoty a tím vznikl parkesit a průsvitný celuloid. Materiály byly však dosti hořlavé a jejich uplatnění v automobilu plném rozžhavených součástí nebylo nijak vysoké. Za velký krok je považován rok 1909 a s ním spojený vynález bakelitu. Zasloužil se o něj Leo Baekeland podle něhož dostal svůj název. S bakelitem se můžeme setkat na starých pojistných skříních, rozdělovačích, ale i volantech nebo řadících pákách (Vacek, 2011).
Obr. 1- Bakelitová hlavice řadící páky Tatry 87 (Vacek, 2011)
Za součastný hit a budoucnost může považovat takzvané bioplasty. Ty jsou na rozdíl od klasických plastů, které jsou vyráběny z ropných nebo uhelných derivátů, vyráběny z přírodního základu, který tvoří uměle produkované mikroorganismy nebo polymery odvozené z rostlinných proteinů. Tyto materiály se dají biologicky vyrobit ale i zlikvidovat. Málo se ví o tom, že průkopníkem mezi bioplasty byl již na začátku 20. stolení Henry Ford. Ten v roce 1915 použil ve svém modelu Ford T zapalovací cívku,
10
jejíž plášť byl vyroben z rostlinné bílkoviny vyztužené skleněným vláknem (Vacek, 2011). Nejrozšířenější předválečné plasty používané firmou Ford kombinovaly sojový protein (10 až 20 %) s vlákny konopí (70 %), jako pojivo byl použit fenolformaldehydový základ (Vacek, 2011). Další neodmyslitelnou součástí automobilu, ve kterých se objevují syntetické materiály, jsou pneumatiky. Na přelomu 19. a 20. století se při jejich výrobě používalo přírodní latexové mléko. Za první syntetickou gumu lze považovat methyl-isopren. Od poloviny 30. let se začaly prodávat v Německu první skutečné pneumatiky značky Buma. Díky nižší ceně a větší kvalitě však i nadále převládal přírodní latex. Během druhé světové války však došlo ke zhroucení trhu s latexem a svět se musel poohlédnout po jiné alternativě. Ta na sebe nenechala dlouho čekat a již v roce 1944 vyráběl koncern B.F. Goodrich dvakrát více syntetické gumy, než představovala světová produkce té přírodní (Vacek, 2011).
Obr. 2 - ,,sojové auto“ Henryho Forda z roku 1942 (Vacek, 2011)
Největší podíl plastů na konstrukci automobilu se nachází na jeho karoserii. Ve 20. letech se dražší karoserie vyráběli z kůže a ty levnější z fabrikoidu. Jednalo se vlastně o umělou kůži vzniklou spojením přírodních kousků pomocí pojiva. Ke změně a přelomu v konstrukci karoserií došlo ve 30. letech. Bylo to způsobeno vynálezem polyvinylchloridu (PVC) a polyetylenu. První se začal používat v čalounění a jako těsnící hmota, druhý se výborně osvědčil jako izolátor. Zásadní zlom však nastal až zavedením výroby umělého kaučuku před 2. světovou válkou. Dne 13. ledna 1942 si nechal patentovat Henry Ford první karoserii vyrobenou z plastů. Předvedl ji na 11
podvozku velkého kupé Ford V8. Karoserie tohoto vozu, známého pod názvem ,,sojové auto“, se skládala ze 14 panelů a vážila pouhých 113 kg. Díky tomu klesla celková váha automobilu oproti modelu s ocelovou karoserií o 30 % na 1403 kg. Díky vysokým nákladů způsobených změnou současné technologie však z výroby plastových fordů nakonec sešlo. Asi nejznámější vozidlem s plastovou karoserií je Trabant. Materiálem pro výrobu se stal termoset, zvaný duroplast. Ten vznikl spojením odpadní bavlny nevyužité v textilním průmyslu a jejím prolitím fenolovými pryskyřicemi. Vzniklá hmota se pák následně zapekla při 170 °C. Plastové karoserie však díky absenci deformačních zón nesplňovaly nároky na bezpečnost a u kvalitnějších a dražších modelů se použití nedočkaly (Vacek, 2011).
4
ROZDĚLENÍ PLASTŮ
4.1 Termoplasty Jedná se o polymery s lineárními řetězci. Ty jsou mezi sebou drženy mezimolekulárními silami, které jsou řádově slabší než chemické vazby uvnitř řetězců, a mohou se působením tepelné energie snadno rozrušit. Působením tepla se Brownovým pohybem rozkmitají nejdříve menší a později i větší úseky makromolekul. Energie tohoto kmitání působí proti soudržnosti makromolekulárních sil. Při částečném porušení soudržných sil mohou zkroucené řetězce měnit svůj tvar, polymer změkne a získá vlastnosti podobné kaučukům. Při dalším dodání tepelné energie se již rozruší mezimolekulární síly do takové míry, že jednotlivé řetězce se od sebe odpoutají, pohybují se již volně a hmota se stává viskózně tekutou. V tomto tvaru se dá tvářet. Podle struktury se dělí na amorfní a semikrystalické (Krebs, 2006). Mezi
nejpoužívanější
termoplasty
patří
např.
polyvinylchlorid
(PVC),
polyvinylacetát (PVAC), polystyren (PS), polyethylen (PE), polykarbonát (PC) a další (Dillinger, 2007).
12
Obr. 3 - Termoplasty (Dillinger, 2007)
4.1.1 Amorfní Velké uplatnění nacházejí při vstřikování. Zde se vyznačují nízkým smrštěním proti formě (pod 1 %), což je výhodou při výrobě rozměrově přesných dílů a součástí. Z celkového množství vyrobených amorfních termoplastů je určeno 20 % pro technologii vstřikování. V automobilovém průmyslu nacházejí využití díky vynikajícím mechanickým a optickým vlastnostem ve světelné technice (Dillinger, 2007). 4.1.2 Semikrystalické Mezi jejich významné znaky patří schopnost vytvářet z taveniny krystalickou strukturu. Obsah krystalického podílu může dosáhnou až 80 %. Výrobky nemůžou být z důvodu sférolitické struktury transparentní, jak je tomu u amorfních termoplastů. Jejich vlastnosti, zejména tuhost, pevnost a houževnatost, jsou závislé na obsahu krystalického podílu. Proto je výrazně ovlivňuje fáze ochlazování. Dominantní aplikační oblastí těchto polymerů jsou součásti více či méně mechanicky namáhány (Dillinger, 2007).
4.2 Reaktoplasty Jsou to polymery zesíťované, které mají řetězce příčně propojené chemickými vazbami, a vytvářejí tak prostorovou trojrozměrnou síť. Dodáváním tepelné energie dochází ke zvětšování pohyblivosti této sítě, ale jednotlivé řetězce se od sebe neoddělí (příčné chemické vazby jsou pevné) a hmotu tedy není možno roztavit. Zesíťování 13
nastává až při tváření pomocí tepla a tlaku, někdy pomocí katalyzátorů. Jakmile se zesíťování ukončí, není další tváření již možné. Nemohou být krystalické, protože příčné vazby neumožňují těsné uložení řetězců. Husté příčné zesíťování se nazývá vytvrzování. Díky pryskyřičnému vzhledu základní nevytvrzené složky se nazývají také jako pryskyřice (Krebs, 2006). Mezi
významné
reaktoplasty
patří
např.
fenolová
pryskřice
(PF),
malaminoformaldehydová pryskyřice (MF) nebo močovinoformaldehyodová pryskyřice (UF) (Dillinger, 2007).
Obr. 4 - Reaktoplasty (Dillinger, 2007)
4.3 Elastomery Elastomery, neboli kaučuky, jsou stavbou velice podobné reaktoplastům. Mají však velmi malý počet chemických vazeb. Z tohoto důvodu je celá makromolekulární síť velice pohyblivá a hmota je za normální teploty měkká a pružná. Zesíťování nastává při tzv. vulkanizaci, což je teplem nebo katalyzátory podporovaná reakce vulkanizačního činidla (např. síry nebo sirných sloučenin). Ta vede ke vzniku disulfidických můstků mezi makromolekulami kaučuku a k tvorbě řídké trojrozměrné polymerní sítě (Krebs, 2006). Mezi důležité elastomery patří např. termoplastický elastomer (TPE), kaučuky (syntetické, přírodní), butylkaučuk (IIR), polysulfidový kaučuk (SR) polyuretanový kaučuk (PUR) nebo silikonový kaučuk (Dillinger, 2007).
14
Obr. 5 - Elastomery (Dillinger, 2007)
5
VLASTNOSTI PLASTŮ
5.1 Tepelné vlastnosti U plastů nás z hlediska tepelných vlastností zajímají především jejich tepelná vodivost, tepelná roztažnost a měrná tepelná kapacita. 5.1.1 Tepelná vodivost Tepelná vodivost závisí na schopnosti látky přenášet tepelný pohyb mezi jednotlivými částicemi. To souvisí s velikostí sil, kterými jsou částice hmoty navzájem poutány. U plastů je tepelná vodivost podstatně menší než u kovů. Ve srovnání s ocelí, je to asi stokrát, proti mědi asi tisíckrát méně. Se změnou teploty se mírně mění a největších hodnot dosahuje v rozmezí -50 až + 50 °C. Některé příměsi, např. křemičitá moučka, skleněná vlákna, kovové prášky apod., tepelnou kapacitu zvětšují. Zpěnění nadouvadly a pórovitost ji naopak snižují. Jednotkou měrné tepelné vodivosti je W. m-1. K-1 a je dána dle ČSN 64 0526 (Krebs, 2006).
15
Tab. 1 - Měrná tepelná vodivost λ a měrná tepelná kapacita c p některých tuhých materiálů (Krebs, 2006) Materiál měď hliník ocel (uhlíková) ocel nerezová (18% Cr, 8%Ni) sklo polyetylén polystyrén PVC polymetylmetakrylát polyamidy fenolické tvrditelné hmoty lehčený polystyrén vzduch (suchý)
λ [W.m-1.K-1] 510 263 60 19,5 0,9 až 1,5 0,3 až 0,5 0,18 0,19 až 0,22 0,24 0,3 až 0,45 0,16 0,05 0,028
cp [kJ.kg-1.K-1] 0,38 0,89 0,45 0,46 0,79 2,30 1,33 0,96 1,46 až 1,67 1,67 až 2,08 1,09 až 1,25 -
5.1.2 Teplotní roztažnost Je příčinou rozměrových i objemových změn plastových částí způsobených změnou teploty. Součinitelem délkové roztažnosti je α, nejnižších hodnot dosahuje při hlubokých teplotách a zvyšuje se spolu s rostoucí teplotou. Průběh jejího růstu však souvisí také s druhem plastu. Plasty s vyšším modulem pružnosti mají nižší teplotní roztažnost. Plniva, jako je grafit, sirník molybdenčitý a zejména sekaná skleněná vlákna, teplotní roztažnost snižují. U neplněných plastů je podstatně vyšší než u kovů. Rozměrem je K-1a je udávána dle ČSN 64 0528 (Kolouch, 1981).
Obr. 6 - Schéma vzniku vnitřního pnutí v plastu následkem rozdílné teplotní roztažnosti plastu a kovu při ohřevu (Kolouch, 1981) (T – teplota, t – čas, +σ – tahové pnutí v plastu, -σ – tlakové pnutí v plastu) 16
5.1.3 Měrná tepelná kapacita Z důvodu menší hustoty je u plastů asi pětkrát větší než u kovů a roste se stoupající teplotou. Vyšší tepelnou kapacitu vykazují plasty v tekutém stavu oproti stavu tuhému. U krystalických polymerů se objevuje v oblasti teploty tání výrazné maximum, které je obdobou latentního tepla tání nízkomolekulárních látek. Jednotkou měrné tepelné kapacity je kJ . kg-1 . K-1 a udává se za stálého tlaku dle ČSN 64 0140 (Krebs, 2006).
5.2 Mechanické vlastnosti Mechanické vlastnosti polymerů závisí na jejich chemickém složení, tvaru a velikosti makromolekul, nadmolekulární struktry a makrostruktury. Kromě toho závisí i na teplotě (Krebs, 2006). Podle způsobu stanovení vlastnosti a podle účelu se mechanické vlastnosti dělí na: a) krátkodobé - vliv relaxačních dějů se zanedbává; stanovení trvá několik minut b) dlouhodobé - podle charakteru působící síly se dělí na statické (působí klidná síla) nebo dynamické (působí síla proměnlivá s časem) (Kolouch, 1981). 5.2.1 Modul pružnosti Moduly pružnosti se stanovují ze zkoušek v tahu, v ohybu nebo ve smyku. Tyto hodnoty jsou pro jednotlivé druhy plastů udávány v tabulkách. Z důvodu jejich zjišťování při krátkodobých zkouškách mají však pouze informativní nebo porovnávající charakter. Modul pružnosti v tahu E závisí na teplotě a lze ho významně ovlivnit složením plastu. Podmínky a způsob stanovení modulu pružnosti pro jednotlivé druhy zkoušek předepisuje ČSN 64 0614 (Krebs, 2006).
17
Obr. 7 - Závislost modulu pružnosti v tahu E některých termoplastů na teplotě (Krebs, 2006)
Kromě modulu pružnosti v tahu se u plastů také zjišťují moduly pružnosti v ohybu a tlaku. Pro tyto hodnoty je však potřeba znát, jakým způsobem byl modul pružnosti stanoven. Při výpočtu přibližných hodnot si proto vystačíme jen s modulem pružnosti v tahu (Krebs, 2006). Modul pružnosti stanovený v závisloti na době zatěžování se nazývá konstrukční modul pružnosti a značí se Ek. Ten platí pro určité podmínky zatížení, určené teplotou, velikostí napětí a dobou zatížení a platí jen pro jejich nejbližší okolí. Konstrukční modul se nejčastěji zjišťuje krípovou zkouškou v tahu a pak se označuje jako krípový modul pružnosti a značí se Ec. Vypočítá se ze sklonu izochronních křivek pro dané napětí, teplotu a čas nejlépe metodou akantového modulu. Aby nebylo nutné odvozovat vždy Ec z izochronních křivek, uvádějí se hodnoty E c pro různé plasty v diagramech, jak je zřejmé z obrázku 7 až 9 (Krebs, 2006).
18
Obr. 8 - Krípový modul pružnosti Ec lineárního rozvětveného PE pro σt=1 MPa (Krebs, 2006)
Obr. 9 - Krípový modul pružnosti Ec polypropylénu PE pro σt=1 MPa (Krebs, 2006)
19
Obr. 10 - Krípový modul pružnosti Ec terpolymeru ABS pro σt=10 MPa (Krebs, 2006)
5.2.2 Mez pevnosti Mez pevnosti lze stanovit ze zkoušky tahem (ČSN 64 0605), zkoušky tlakem (ČSN 64 0606) anebo ohybové zkoušky (ČSN 64 0607). Nejčastěji se zjišťuje mez pevnosti v tahu, což je podíl největší síly při zkoušce tahem F vztažené na počáteční průřez tělesa A0. Je to tedy nejvyšší napětí v tahu odpovídající největší síle naměřené v průběhu zkoušky. Tahovou zkouškou se zjišťují nejdůležitější vlastnosti plastů (Kolouch, 1981). Zvýšení teploty má za následek pokles pevnosti. Velikost změny pevnosti v závislosti na teplotě se odvíjí od druhu plastu a prostředí. Pokud jsou v okolní atmosféře přítomny různé chemické sloučeniny tak to může mít za následek nevratné změny ve struktuře pevnosti, které se projeví pronikavými změnami pevnosti. Podobně jako u jiných vlastností závisí na složení plastu. Přítomnost plniv, změkčovadel a vody u navlhlých plastů, mají na pevnost také značný vliv. U krystalických polymerů závisí hodnoty pevnosti navíc na stupni krystlinity (Krebs, 2006). 5.2.3 Tvrdost Tvrdostí se rozumí odpor, který klade povrch tělesa vnikání těles z jiného materiálu. Tvrdost plastů se měří různými způsoby, neboť neexistuje univerzální metoda, která by vyhovovala jak pro tvrdé reaktoplasty, tak i pro měkké elastomery. Nejčastěji se používá měření podle Brinella u tvrdých plastů, podle Shore D u středně tvrdých plastů a podle Shore A u měkkých plastů a elastomerů. Výsledky těchto měření nelze
20
navzájem přepočítat. V tabulce 2 je porovnávací přehled tvrdostí plastů podle Brinella (Kolouch, 1981). Tab. 2 - Tvrdost plastů při 23 °C a 50 % relativní vlhkosti vzduchu podle Brinella (průměr ocelové kuličky 5 mm, doba vtlačování 30 s) (měřeno podle DIN) (Kolouch, 1981) Zkratka plastu
Brinell
Zkratka plastu
Brinell
rPE lPE PP PB
20 40 – 50 50 – 70 30 – 40
PVC PVC měkčený
70 – 120 10 – 70
PS hPS SAN ABS ASA
150 – 160 100 – 130 160 – 170 50 – 90 80 – 100
POM POM + SV PC PC + SV PETB, PBTB PETP + SV, PBTP + SV PPO / PS PPO / PS + SV
130 – 160 160 – 180 90 – 110 130 – 150 100 – 140 140 – 230 90 – 100 120 – 140
PMMA PA 6 vlhký až suchý PA 6 + SV PA 66 vlhký až suchý PA 66 + SV PA 11, PA 12 PA 11 + SV, PA 12+SV
180 – 200 40 – 130 130 – 240 80 – 140 140 – 220 80 – 100 130 – 140
PTFE PVDF
30 100
CA, CP, CAB
40 – 100
PF + dřevitá moučka PF + minerální moučka PF vrstvený papír nebo tkanina UP skelný laminát PUR zesíťovaný
200 200 – 250 130 200 – 300 10 – 60
Tvrdost je pochopitelně ovlivňována i teplotou, u navlhlých plastů závisí na stupni navlhnutí a u semikrystalických plastů na obsahu krystalických podílů. Měření má význam u homogenních plastů, stává se však problematické u hmot obsahujících větší množství plniv. Jinak bylo zjištěno, že mezi tvrdostí plastů a jejich modulem pružnosti existuje určitý vztah (Krebs, 2006). Pro speciální účely, např. při studiu anizotropie krystalických polymerů, se používá mikrotvrdoměr. Metoda stanovení mikrotvrdosti je v podstatě Vickersova zkouška, kdy se do materiálů vtlačuje čtyřboký diamantový jehlan při velmi malých zatíženích, jen několika gramů. Po odlehčení se měří úhlopříčka vtisku pomocí mikroskopu (Krebs, 2006).
21
5.3 Elektrické vlastnosti Plasty jsou vesměs velmi dobrými elektrickými izolátory. Izolační vlastnosti se mohou zhoršit některými vodivými přísadami, např. grafitem, nebo u navlhlých plastů obsahem vody. Měřítkem izolačních vlastností je měrný vnitřní odpor. Udává se v ohmech a charakterizuje se jako izolační odpor vůči elektrickému proudu procházejícímu celým průřezem zkušebního tělíska. Vnitřní odpor plastů klesá s rostoucí teplotou (Kolouch, 1981). Dále rozeznáváme povrchový odpor, který je charakterizován jako odpor proti proudu tekoucímu pouze po povrchu zkušebního tělíska. Jednotkou jsou také ohmy a jeho hodnota je obvykle nižší, než u vnitřního odporu (Krebs, 2006). Obrácenou hodnotou izolačního vnitřního tření je elektrická vodivost neboli tzv. konduktivita. Ta nám vyjadřuje míru pohyblivosti iontů ve hmotě. Samotná vodivost plastů je především ovlivněna různými přísadami, jako jsou změkčovadla, některá plniva a hlavně pak voda (Krebs, 2006). S elektrickou vodivostí souvisí elektrická průrazová pevnost. Ta nám udává napětí, při němž dojde k elektrickému průrazu zkušební destičky. Průrazové napětí je redukováno tloušťkou destičky 1 mm. Elektrická pevnost klesá s rostoucí tloušťkou vzorku a stoupající teplotou (Kolouch, 1981). Plasty jakožto dobré izolanty jsou i výbornými dielektriky. Dielektrické vlastnosti, tj. permitivita a dielektrický ztrátový činitel, vyjadřují míru polarizovatelnosti dané hmoty. Permitivita, označována jako ε, udává, kolikrát větší je kapacita kondenzátoru s plastovým dielektrikem než kapacita téhož kondenzátoru se vzduchem jako dielektrikem. Ztrátový činitel je vyjádřen pomocí tg δ. Úhel δ je ztrátový úhel, o který se fáze posunutí mezi proudem a napětím v kondenzátoru s dielektrikem ze zkoušeného plastu odchyluje od π/2. Ztrátový činitel tg δ je mírou energie, která se při průchodu střídavého elektrického proudu plastovým dielektrikem ztrácí a přeměňuje se v teplo (Kolouch, 1981).
22
Obr. 11 - Elektrické vlastnosti některých plastů (Krebs, 2006)
5.4 Optické vlastnosti Optické vlastnosti jsou u plastů důležité především z hlediska estetičnosti a designu ovlivňujících jejich použití. Pokud plasty neobsahují pigmenty nebo plniva bývají většinou bezbarvé. Amorfní polymery jsou čiré, krystalické jsou více či méně mléčně zkalené, protože představují heterogenní systém. Podmínkou průhlednosti hmoty je, aby záření všech vlnových délek viditelného spektra procházelo hmotou beze změny. Jde-li o soustavu několika fází, zůstane průhlednost zachována buď tehdy, když mají všechny fáze stejný index lomu anebo když rozměr dispergovaných částic je menší než určitá kritická velikost. Není-li tato podmínka splněna, jeví se hmoty mléčně zkalené. To je případ krystalických polymerů, u nichž velikost sférolitů překračuje vlnovou délku viditelného záření a navíc mají krystalické oblasti vyšší index lomu než amorfní. Intenzita mléčného zabarvení závisí na stupni krystalinity. Podobný heterogenní systém existuje v houževnatém polystyrénu. Zde je tvořena nosná fáze standardním polystyrénem a v něm jsou rozptýleny částice kaučuku. Proto je i tento plast mléčně zbarvený, i když má amorfní strukturu (Krebs, 2006)
6
PLASTOVÉ SOUČÁSTI AUTOMOBILU
6.1 Interiér Interiéry součastných automobilů jsou dnes vyráběny prakticky výhradně z plastů. Používají se velkoplošné masové díly převážně z polypropylenu. Do této skupiny patří i přístrojová deska, která je téměř celá vyrobena z plastu. Její horní část musí odolávat 23
vysokým teplotám při odstavení automobilu na slunci. Obecně se udává teplota 120 °C. Zaleží ale na podmínkách, za jakých je měření prováděno a době, po kterou je plast teplotě vystaven. Praktické zkoušky dělají automobilky často na poušti (Vaculík, 2010).
Obr. 12 - Přístrojová deska vyrobená z polypropylenu (Vaculík, 2011)
Plasty použity v interiéru jsou neustále na očích a proto záleží na tom, jak vypadají. Jejich vzhled se může během života automobilu měnit. Tyto změny má na svědomí celá řada působících faktorů. Mezi ně se řadí hlavně UV záření, teplota, vlhkost nebo mechanické poškození. Stárnutí materiálu nelze úplně zastavit, ale lze zpomalit. Toho se dociluje zvolením odolného základu. Ten se pak pomocí přimíchání různých stabilizátorů, činidel a jiných aditiv přizpůsobí na danou aplikaci. Důležité jsou také barevné pigmenty, které musí vykazovat odolnost proti teplotám při výrobě, barevnou stálost a v neposlední řadě plnit také přání zákazníka. Tím je například stejná barevnost pod různými zdroji světla (Vaculík, 2010).
6.2 Zatížené díly Do této skupiny můžeme zařadit např. různé držáky, úchyty nebo klipsny. Jedná se tedy o drobné součástky, u kterých však musíme počítat s namáháním. Z tohoto důvodu je jejich vývoj mnohdy nákladnější než u zkrašlovacích dílů interiéru (Vaculík, 2010). Pro
tyto
díly
se
používají
různé
typy
polyamidů
jako
je
např.
polyhexametylenadipamid, označovaný v praxi jako typ 66, nebo polykaprolaktam, známý jako typ 6. Typ 66 se vyznačuje vysokou tuhostí, výbornými tepelnými vlastnostmi a výbornými tepelnými vlastnostmi. Pro typ 6 je charakteristická vysoká 24
houževnatost a pružnost. Oba uvedené typy jsou oblíbeným základem pro tzv. modifikované polyamidy se zvýšenou tuhostí a houževnatostí. Zvýšení mechanické tuhosti plastů se dosahuje jejich mícháním s vláknitým nebo destičkovým minerálním plnivem. Při výrobě některých funkčních dílů automobilu se často využívá polyamid vyztužený skleněnými vlákny. Pro vysoce namáhané díly se často kombinuje modifikační účinek částicového a vláknitého plniva a elastomerového modifikátoru houževnatosti (Martynková, 2010). Vývoj těchto plastových součástí jde neustále kupředu. Jako příklad můžeme uvést inovaci v oblasti klik dveří automobilu. Zde se v současnosti ve stále větší míře začíná používat technologie MuCell, která se vyznačuje mimořádnou lehkostí. Technologie mimobuněčného pěnového tvarování byla vyvinuta v USA na Technické univerzitě ve státě Massachusetts. Spočívá ve vstřikování dusíku, nebo jiných neaktivních plynů, do plastu v tekutém stavu - plast díky tomu získá strukturu, jež se podobá bublinkovým čokoládám. Primární výhodou této technologie je úspora materiálu a snížení hmotnosti výztuh klik, a to o osm až patnáct procent při zachování stejné pevnosti. Další výhodou je i podstatné zkrácení výroby a v neposlední řadě se upozorňuje také na šetrnější vliv k životnímu prostředí (Hradil, 2011).
Obr. 13 - Princip technologie mikrobuněčného vstřikování ,,Mucell“ (Hradil, 2011)
25
6.3 Podvozek a motorový prostor Zde vstupuje do hry značné namáhaní včetně tepleného. V této oblasti využití existuje obrovský prostor pro rozmach plastů, které svou aplikací značně snižují celkovou hmotnost automobilu a tím i spotřebu paliva a emisí CO 2. Všeobecně se dá říct, že když se sníží váha vozu o 100 kg, spotřeba klesne asi o 0,4 l/ 100 km (Vaculík, 2010). Jako příklad může posloužit zavěšení motoru, tzv. silentbloky - díly z Ultramidu společnosti BASF redukují hmotnost až o 40 %. Sací potrubí z tohoto materiálu váží 1,5 kg, hliníkový ekvivalent je jednou tak těžký. Problém není ani u dílů, které přicházejí do styku např. s horkým olejem. Z nylonu se tak vyrábějí víka ventilů, moduly olejových filtrů, olejová vana nebo olejové senzory. V konstrukci samotného motoru však i nadále suverénně vedou ocel, litina či hliník. Jen pro zajímavost první plastový motor navrhl v 80. letech minulého století Američan Matty Holtzberg. Ve vývoji mu pomáhala automobilka Ford, motor o objemu 2,3 litru vážil jen 70 kg místo běžných 190 kg a produkoval 318 koní při otáčkách 11 000 min-1. Tento motor se však v žádném vozidle nikdy netestoval (Vaculík, 2010). Tab. 3 - Nejčastěji používané druhy plastů v automobilovém průmyslu (Vaculík, 2010) Zkratka PP PUR PC PBT PVC ABS PET PPE PA PE PS
Chemický popis polypropylen polyuretan polykarbonát polybutylen-tereftalát polyvinylchlorid akrylonitril-butadien-styren polyetylén-tereftalát polyfenyleneter polyamid (nylon) polyetylén polystyren
26
7
RENOVACE PLASTOVÝCH SOUČÁSTÍ AUTOMOBILU
7.1 Svařování Některé součásti automobilu se oplatí opravit svařením. Jedná se o velice ekonomickou, ekologickou a rychlou opravu, kdy není potřeba kupovat celý nový díl. Různé díly pro některá vozidla se můžou rovněž stát nedostatkovým zbožím z důvodu stáří dané značky vozidla nebo zániku jeho výroby. Běžně se svařují jakékoliv autodíly, které jsou vyrobeny ze svařitelných plastů. Nejčastěji jsou to termoplasty a z nich vyrobené nárazníky, světla, chladiče, nádrže na PHM nebo interiérové díly (Loyda, 2011). Ke svařování poškozených částí automobilu se používá více druhů technologií. První z nich, a dalo by se říct že i nejpoužívanější, je svařování horkým plynem. Spoj se zde vytváří pomocí přídavného materiálu, který se přidává do svaru. Povrch svařovaných dílců i přídavný materiál se ohřívají pomocí pistole proudem horkého plynu, nejčastěji vzduchu, na teplotu, při které je plast schopen působením mírného tlaku vytvořit dostatečně pevný spoj. Kvalita svaru závisí na teplotě svařovaného plastu, na tlaku působícího na dílce a době jeho působení. Teplota ohřevu a přídavný materiál závisí na druhu daného plastu (Loyda, 2011).
Obr. 14 - Princip svařování horkým plynem s přídavným materiálem (Loyda, 2011) (1 – základní materiál, 2 – přídavný materiál, 3 – tryska svařovací pistole, 4 – horký vzduch) Další často používanou metodou pro opravu auto dílů je svařování ultrazvukem. Podstatou této metody je přenos ultrazvukových kmitů nástrojem zvaným sonotroda na jednu ze svařovaných součástí. Ultrazvukové kmity o frekvenci přibližně 20 kHz se šíří touto součástí až k místu styku obou spojovaných součástí. Zde se energie kmitů rychle mění v teplo, polymer se nataví a pod malým tlakem sonotrody (0,2 až 0,3 MPa) se obě
27
součásti svaří. Svařovací doba je kratší než 2 sekundy. Výhodou té technologie je její rychlost, poměrně malá spotřeba energie a možnost ručního nebo automatického svařovaní podle sériovosti výroby. Naopak nevýhodou je potřeba ultrazvukového svařovacího přístroje a nutnost přesné úpravy stykových ploch před svařováním (Kolouch, 1981).
Obr. 15 - Princip ultrazvukového svařování (Loyda, 2011)
7.2
Lepení Lepení plastů navzájem nebo jinými materiály se používá velmi často, poněvadž má
řadu výhod. Mezi ty patří možnost slepovat součásti z různých materiálů, jednoduchý postup při lepení, relativně velkou pevnost při malé hmotnosti, možnost slepovat také ohebné předměty, minimální lokální koncentrace napětí při správném provedení nebo nepropustnost spoje. Nevýhody lepení jsou nižší tepelná a někdy i chemická odolnost spoje proti základnímu materiálu, nízká odolnost proti odlupování, někdy i nižší pevnost. Lepení je použitelné pro plasty, které mají vzhledem ke své chemické povaze a polárnímu charakteru dostatečnou adhezi k lepidlům (Kolouch, 1981). Celková pevnost lepeného spoje je závislá především na dvou nejdůležitějších činitelích: adhezi a kohezi.
28
Adheze: (přilnavost). Vzájemné
přitahování
s molekulovou
strukturou
dvou
povrchů
lepidla.
Je
adhezními
výsledkem
silami. působení
Adheze
souvisí
fyzikálních
sil,
mezimolekulárních a chemických vazeb. Koheze: (někdy též vnitřní adheze) je tzv. soudržnost. Charakterizuje stav látky (lepidla), ve kterém drží její částice působením mezimolekulárních a valenčních sil pohromadě. Velikost koheze udává tzv. kohezní energie,což je velikost energie potřebné k odtržení jedné částečky od ostatních (Kolouch, 1981) Podmínkami pro vytvoření kvalitního lepeného spoje se všemi jeho kladnými vlastnostmi jsou především vhodná konstrukce spoje, vhodná kombinace materiál použité lepidlo a dodržení technologického postupu výroby lepeného spoje (Krebs, 2006). V technologické praxi se lepidla rozdělují podle několika hledisek. Nejobecnějším rozdělením je podle jejich základní složky. Ta může být buďto přírodní nebo syntetická. Přírodní se dělí nejčastěji na organická (živočišný nebo rostlinný původ), (škrob, živočišné klihy apod.) a anorganická (např. vodní sklo). Syntetická dále dělíme na lepidla na bázi reaktoplastů, termoplastická, elastomerová (kaučukovitá) a směsná. Druhým způsobem rozdělení je podle fyzikálního charakteru. Takto se dělí na pevná, polopevná a tekutá. Tekutá se dělí dále na roztoková, disperzní, pasty a pěny (Krebs, 2006).
8
RECYKLACE PLASTOVÝCH SOUČÁSTÍ
8.1 Způsoby recyklace Recyklace použitých součástí není tak jednoduchá. V plastu došlo za dobu jeho používání k mnoha změnám. Byl vystaven mnoha vnějším faktorům (teplo, světlo, mechanické zatížení), zestárl a změnily se také jeho vlastnosti. Mohlo také dojít ke kontaminaci součásti díky působení různých provozních kapalin nebo jiných nečistot. Při recyklaci použitého výrobku existují zpravidla čtyři druhy jeho recyklace. Materiálová recyklace, chemická recyklace, surovinová recyklace nebo energetická recyklace. 29
8.1.1 Materiálová recyklace Materiálová (fyzikální) recyklace slouží k co nejúčinnějšímu využití surovinového a energetického vkladu, který byl vložen do panenského polymerního materiálu. Tato metoda recyklace spočívá v mletí upotřebených výrobků na výslednou drť. V případě, že se jedná o značně kontaminované součásti je potřeba zařadit do zpracovatelského procesu i mytí, popřípadě plavení drtě. Poté následuje sušení a případná regranulace. Regulátory se spolu s drtí používají s ohledem na jejich znečištění na výrobu méně náročných výrobků. Lze také získaný recykláž přidat k panenskému plastu a následně zpracovat na nový kvalitní výrobek (Halousková, 1999). Tento způsob recyklace je pro termoplasty zvláště vhodný. Zahrnuje procesy od nejjednoduššího mletí upotřebených výrobků až po kompatibilizační postupy v tavenině, sloužící k přípravě vícesložkových materiálů ze směsi odpadních plastů. Obecně je materiálová recyklace založena na dodávce tepelné a mechanické energie a aditiv (stabilizátorů, barviv, případně plniv) sloužících k přetvoření odpadní suroviny na nový materiál, který se svými estetickými a mechanickými vlastnostmi blíží panenskému polymeru. Za ekonomickou bilanci recyklace považujeme takovou, která může v aplikační oblasti a požadované jakosti nahradit panenský plast. Na operace čištění, separace cizích látek a zdrojů kontaminace, mletí a přetavení se spotřebuje přibližně 15 % ekvivalentní energie panenského materiálu. Ekonomický efekt recyklace se však strmě snižuje s omezením praktického uplatnění recykláž v důsledku jeho nižší kvality. Kvalita recyklátu je silně závislá na charakteru vstupní suroviny (Halousková, 1999). 8.1.2 Chemická recyklace Jelikož není materiálová recyklace využitelná pro všechny druhy vstupní suroviny je zapotřebí znát i další možnosti recyklace. Některé polymery jsou ze své podstaty zvláště náchylné na degradaci při opakovaném zpracování, což komplikuje jednak samotné technologické provedení recyklace a jednak významně zhoršuje kvalitu recyklátu. Dalším faktorem komplikující využití materiálové recyklace je požadavek na poměrně vysokou čistotu vstupní suroviny. Tento problém nám řeší právě chemická recyklace. Ta je založena na chemickém rozkladu polymeru na produkty o podstatě nižší molární hmotnosti, nebo až na monomerní jednotky a dalším chemickém zpracování takto získané suroviny. Mezi výhody tedy můžeme zařadit poměrně nízké
30
nároky na vstupní čistotu odpadních plastů. Nevýhodou jsou naopak poměrně vysoké investiční nároky na technologické zařízení a praktická uskutečnitelnost jen v podmínkách chemického průmyslu ve spojení s již existujícími procesy (např. s polymerační jednotkou) (Vörös, 2010). 8.1.3 Surovinová recyklace Ze silně znečištěných směsí různorodých plastových složek není již možné získat recyklací hodnotnější materiál než vlastní surovinnou bázi. Principem surovinové recyklace jsou termicky destrukční procesy rozkládající polymerní složky vstupní suroviny na směs plynných a kapalných uhlovodíků. Výstupním produktem surovinové recyklace jsou tedy energeticky využitelný plyn a směs kapalných uhlovodíků využitelných jako topné oleje, nebo jako petrochemická surovina (Vörös, 2010). Surovinové zhodnocení odpadních plastů může být provedeno chemickým postupem hydrogenace (vysokotlaký katalytický proces) nebo pyrolýzy (nízkotlaký proces, vyšší teplota). Produktem hydrogenačních procesů jsou převážně kapalné uhlovodíky, pyrolýzní procesy vedou k plynným produktům a koksu. Firma Shell pak vyvinula originální postup přeměny plastového vstupu na syntézní plyn (směs oxidu uhelnatého a vodíku). Jako hlavní výhody tohoto procesu jsou uváděny nízké nároky na kvalitu plastového vstupu a širokou využitelnost syntézního plynu v chemickém průmyslu. Technologicky i ekonomicky jsou výhodné postupy založené na společném zpracování odpadních plastů s uhlím. Při tomto způsobu zpracování se využívá schopnosti uhlí předat vodík. Společné zpracování uhlí a odpadních plastů umožňuje využít následujících postupů: -
společná pyrolýza,
-
společné zkapalnění,
-
společné zplynění (Halousková, 1999).
Společná pyrolýza plastové odpadní suroviny s uhlím je z uvedených postupů nejméně náročná na technologické řešení a předpokládají se zde i nižší provozní náklady. Kromě plynných produktů, které jsou zužitkovány především při krytí energetických nároků procesu a poměrně nízkého podílu kapalných produktů, lze touto cestou získat především koks, který se vyznačuje zvláště velkým specifickým
31
povrchem. Takto vyrobený koks má velmi vysoké absorpční účinky a je zvláště vhodný pro čištění odpadních vod a vzduchu (Halousková, 1999). Za nejnadějnější je dnes považován způsob společného zkapalnění, i když je to investičně nejnákladnější technologie. Produkuje převahu nasycených uhlovodíků, v podstatě lehkou nasycenou ropu (Vörös, 2010). 8.1.4 Energetická recyklace Energetická recyklace představuje ekologicky akceptovanou metodu spalování plastového odpadu ve speciálních spalovnách s následným využitím získané energie. V porovnání s materiálovou a surovinovou recyklací je dosahováno nižší účinnosti ale i tak se používá jako vhodný způsob energetického zhodnocení pro velmi malé plastové obaly, pro velmi znečištěné plastové obaly a pro velmi těžko zpracovatelný plastový odpad, který v součastné době zbytečně zatěžuje skládky. V zemích, které mají s energetickým využitím odpadů mnoholeté zkušenosti (USA, Japonsko) se procesy spalování s následným využitím energie neustále zdokonalují, pracují v uzavřeném cyklu, a proto k úniku emisí do ovzduší prakticky nedochází (Vörös, 2010). Mezi výhody energetické recyklace patří: -
redukce hmotnosti odpadu až na 90%,
-
redukce škodlivých látek,
-
možnost dalšího využití anorganických podílů,
-
možnost zhodnocení kontaminovaného a silně znečištěného plastového odpadu,
-
možnost efektivního zhodnocení odpadů, který není možno využít pomocí materiálové nebo surovinové recyklace (Halousková, 1999).
8.2
Možnosti recyklace autovraků Automobil je považován za velkého znečišťovatele životního prostředí a to hlavně
ve formě vyřazených automobilů a autovraků. V dnešní době rychlým tempem narůstá počet nově vyrobených vozů. Stoupá však také množství vyřazených vozidel a tím se zvětšuje objem plastového odpadu, což se stává velkým problémem společnosti. Tento stav si vynutil vznik různých programů podporující recyklaci a další využívání plastových odpadů z autovraků. Tyto programy se však v ČR rozběhly až počátkem 90 let. V současnosti se podle statistik a dostupných informací ve světě recykluje v průměru až 75 % materiálů z aut. Jde však hlavně o kovy - ocel, litina a hliník. Asi 32
25 % materiálů se deponuje. Zde jsou zahrnuty hlavně plasty, gumy, sklo a další materiál. V Evropě je v souladu se směrnicemi snaha, snížit tento podíl po roce 2015 na 5 % z celkového objemu použitých plastů (Halousková, 2000).
Obr. 16 - Díly z recyklovaných plastových materiálů u automobilu Opel Insignia (Martynková, 2010)
Posledních 8 - 10 let se už při vývoji nových typů automobilů klade velký důraz na recyklovatelnost použitých plastových prvků. I proto si některé plasty s vynikajícími vlastnostmi, ale prakticky nerecyklovatelné neudržely svoje pozice a byly nahrazeny jinými. Tak jako při recyklaci odpadů z plastů všeobecně i tu platí, že můžeme recyklovat roztříděný, jednodruhový odpad a vytvářet z něho technicky náročné výrobky. Na druhé straně můžeme recyklovat směs plastového odpadu, přičemž výrobky z něho mají jen určité, úzce ohraničené použití. V případě směsi různých plastů hraje velmi
významnou
roli
i
vzájemná snášenlivost - kompatibilita, jako i
nesnášenlivost nebo nemísitelnost jednotlivých druhů plastů. Prakticky každá recyklace plastového odpadu je velmi citlivá na přítomnost různorodých, neplastových příměsí například kovů, gum apod. V tomto ohledu jsou díly používané v automobilech málokdy bez daných neplastových materiálů (Halousková, 2000). Jako u každého hodnocení možnosti recyklace plastového odpadu, tak i v případě recyklace plastového odpadu z autovraků je potřeba zhodnotit především tyto aspekty: -
kvantita a kvalita potencionálního množství plastového odpadu - t.j s jakými materiály a v jakém množství můžeme pro recyklaci počítat,
-
v jaké formě můžeme odpad získat, 33
-
jaká je ,,stabilita“ zdrojů odpadu,
-
jaké jsou možnosti využití a odbytů výrobků z recyklovaných materiálů,
-
jaké jsou možnosti investičního zabezpečení pro vybudování recyklační kapacity (Halousková, 2000).
Již první aspekt je pro další průběh recyklace velmi důležitý. V literatuře o běžně vyráběných automobilech se uvádí více jak sto výrobkových skupin a sortimentů, kde se používají plasty. Celkový počet jednotlivých ,,podskupin“ je pak ještě daleko větší. I zde však platí, že na jednotlivé stejné díly používají častokrát různí výrobci jiné materiály. Jako příklad může posloužit přístrojová deska, která se vyrábí z PC/ABS, PUR, TPE/PPPP, PC, ABS, PVC ale také z PA, PE, PPE, PS. Tato skutečnost si vyžaduje vysoké nároky na identifikaci použitého materiálu. Případný amatérský zásah do provedení auta tuto operaci jen stěžuje. Hmotnostní objem bude záviset na kapacitě recyklační linky a na přísunu materiálu (Kaláb, 2003). Určité díly s velkým podílem např. zalisovaných kovů bude problematické rozdělit, stejně tak i tenké káblíky a prvky s elektroinstalace. Přítomnost tenkých drátků však nemusí být na škodu např. při recyklaci směsí. Výhodou je, když se velké plastové díly demontují jako celek a tak se dostanou i k dalšímu zhodnocení např. nárazníky, kryty světlometů, palivové nádrže apod. U nárazníků je však určitým problémem nátěr, kterým je plast pokryt. Jejich odstraňování je už na hranici ekonomické efektivnosti. Z recyklovaných nárazníků se můžeme např. vyrobit kryt mřížek chladičů nebo kryty lamp. Poměrně náročná je i recyklace přístrojových desek, které nejsou z jednoho druhu materiálu a je potřeba jednotlivé materiály od sebe oddělit. Z hlediska dalšího využití je vhodné recyklovat chladící mřížky z ABS, které je možno i několikrát opakovaně z recyklátu vyrobit. Poměrně dobře se dají z autovraků zpracovat i nádržky na chladící kapalinu nebo zadní světla a směrovky. Nádržky jsou vyrobeny z PA 66 a tento recyklát směsi se může tak opětovně použít ke stejnému účelu. Kryty světel, i když jsou mnohdy vyrobeny z rozdílných materiálů - PMMA, PC - tyto jsou vzájemně dobře kompatibilní, je možno opakovaně samostatně recyklovat. Výrobky z výše uvedených recyklátů, případně dalších recyklovaných dílů, se v souladu s tendencemi o zavedení až 25 % podílu recyklátů na nových automobilech můžou použít v automobilech jako různé nosníky, řídící lišty, držáky, pouzdra, kryty apod. (Kaláb, 2003). Zde je velmi důležitá vzájemná vazba ,,recyklační závod - výroba plastových součástí - automobilka“. Další možností recyklace je recyklace směsí různých typů 34
odpadů. Zde je však vedle odstranění různorodých (kovových) materiálů vazba na externí recyklační kapacitu. Recyklace směsného odpadu si vyžaduje určitý podíl - 60 – 65 % PE. Využití těchto výrobků již však přesahuje možnost jejich uplatnění v automobilovém průmysle a je potřeba pro ně hledat jiné uplatnění. Jedná se zejména o různé deskové a profilové výrobky. Recyklace směsi plastového odpadu dává určité možnosti zhodnocení i odpadu z pneumatik (ve směsi s plasty). Zvláštní skupinu tvoří sedačky vyrobené z PUR - pěny, které je nutno recyklovat samostatně (Halousková, 2000).
35
10
ZÁVĚR Tato práce přibližuje historii používaní plastových dílů v automobilech a jejich
postupný vývoj v tomto odvětví. Od prvopočátků až po dnešní dobu ušel vývoj automobilů dlouho cestu a spolu sním i pestrost použitých materiálů. Dříve se řešila hlavně cena a funkčnost jednotlivých součástí. V dnešní době k nim přibyla třetí důležitá podmínka a to je otázka ekologie a jelikož počet vozidel stalé stoupá, bude tento problém stalé aktuálnější. Z tohoto důvodu zde nastiňuji ucelený přehled o tom, jaká situace je v současnosti v problematice recyklace autoplastů, resp. plastů obecně. Je zde pohled na využití jednotlivých plastových dílů z autovraků a aut vůbec. V práci je také popsán nejmodernější způsob likvidace odpadů, které již nelze recyklovat. Je jasné, že s neustále se zvyšujícím počtem vyráběných automobilů bude tento problém recyklace stále aktuálnější. Nyní mají vozidla hmotnost okolo 1100 kg. Do roku 2015 by běžné auto v Evropské unii mělo mít hmotnost 500 - 700 kg, spotřebu paliva kolem 3,7 litru na 100 km a bude recyklovatelné nejméně na 90 %. (Martynková, 2010). Dříve se řešila otázka recyklovatelnosti jen z hlediska jednotlivých dílů, dnes se již tento problém řeší systematicky během konstrukce. Každý návrh nového vozu má už dnes zohledněnou ekonomiku recyklace. Konstruktéři automobilů musí použít takové řešení, aby nekombinovali materiály,
které nejsou společně recyklovatelné.
Nejvhodnější z tohoto hlediska jsou ocel, guma a sklo, horší jsou termosety. Trend do budoucna naznačuje, že by měl výrobce dostat licenci na výrobu automobilů od státu (včetně určitého cenového zvýhodnění) pouze tehdy, pokud jeho výrobek bude plně recyklovatelný.
36
11
POUŽITÁ LITERATURA
KREBS J., 2006: Teorie zpracování nekovových materiálů. Technická univerzita v Liberci, Liberec, 250 s. ISBN 80-7372-133-3 KOLOUCH J., 1981: Strojní součásti z plastů. Státní nakladatelství technické literatury, Praha, 258 s. HALOUSKOVÁ O., 1999: Plastové odpady: recyklace, zneškodnění: sborník semináře 24.-25.11.1999 Juniorcentrum Seč. Vydavatelství VŠCH, Praha, 88 s. ISBN 80-7080361-4 HALOUSKOVÁ O., 2000: Recyklace jako součást životního cyklu automobilů: sborník semináře 13.-14.12.2000, Juniorcentrum Seč. Vydavatelství VŠCH, Praha 88.s ISBN 80-7080-410-6 MARTYNKOVÁ G. S., 2010: Nové technické materiály: Kurz zajišťuje Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava. Akademické nakladatelství CERM, Brno, 99 s. ISBN 978-80-7204-714-7 DILLINGER J., 2007: Moderní strojírenství pro školu i praxi. Europa - Sobotáles, Praha, 608 s. ISBN 978-80-86706-19-1 LOYDA M., 2011: Svařování termoplastů. UNO Praha, Praha, 530 s. ISBN 978-80904949-0-9 DUCHÁČEK V., 2011: Polymery: výroba, vlastnosti, zpracování, použití. Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Praha, 276 s. ISBN 978-80-7080-788-0 VACULÍK M., 2010: Plasty v automobilech. Časopis Svět motorů, 29/2010, 5-8 s.
37
VACEK Z., 2011: Historie použití plastů v automobilech: Z dehtu i konopí [online]. Veteránauto.cz [cit. 2012-12-05]. Dostupné na:
HRADIL I., 2011: Plasty Mucell snižují hmotnost automobilů [online]. Hybrid.cz [cit. 2012-12-12]. Dostupné na:
KRULIŠ Z., 2011: Možnosti recyklace plastů [online]. Odpady.ihned [cit. 2012-02-25]. Dostupné na: VÖRÖS F., 2010: Důležitým oborem průmyslu je vedle výrovy i recyklace plastů [online]. Odpady.ihned [cit. 2012-04-12]. Dostupné na: < http://odpady.ihned.cz/c140049740-dulezitym-oborem-prumyslu-je-vedle-vyroby-i-recyklace-plastu> KALÁB V., 2003: Systém recyklace autovraků má stát miliardu [online]. Hospodářské noviny [cit. 2012-04-15]. Dostupné na: < http://hn.ihned.cz/c1-13026340-systemrecyklace-autovraku-ma-stat-miliardu>
38
11
SEZNAM OBRÁZKŮ
Obr. 1- Bakelitová hlavice řadící páky Tatry 87 ........................................................... 10 Obr. 2 - ,,sojové auto“ Henryho Forda z roku 1942 ..................................................... 11 Obr. 3 - Termoplasty ...................................................................................................... 13 Obr. 4 - Reaktoplasty ..................................................................................................... 14 Obr. 5 - Elastomery ........................................................................................................ 15 Obr. 6 - Schéma vzniku vnitřního pnutí v plastu následkem rozdílné teplotní roztažnosti plastu a kovu při ohřevu ................................................................................................ 16 Obr. 7 - Závislost modulu pružnosti v tahu E některých termoplastů na teplotě .......... 18 Obr. 8 - Krípový modul pružnosti Ec lineárního rozvětveného PE pro σt=1 MPa ....... 19 Obr. 9 - Krípový modul pružnosti Ec polypropylénu PE pro σt=1 MPa ........................ 19 Obr. 10 - Krípový modul pružnosti Ec terpolymeru ABS pro σt=10 MPa ..................... 20 Obr. 11 - Elektrické vlastnosti některých plastů ............................................................ 23 Obr. 12 - Přístrojová deska vyrobená z polypropylenu ................................................. 24 Obr. 13 - Princip technologie mikrobuněčného vstřikování ,,Mucell“ .......................... 25 Obr. 14 - Princip svařování horkým plynem s přídavným materiálem .......................... 27 Obr. 15 - Princip ultrazvukového svařování .................................................................. 28 Obr. 16 - Díly z recyklovaných plastových materiálů u automobilu Opel Insignia ....... 33
39
