Materiały termoplastyczne wysoce wzmocnione włóknami szklanymi zajmują obecnie stałe miejsce w lekkiej budowie konstrukcyjnych części motoryzacyjnych. Przykłady można mnożyć, ale jednym z nich niech będzie poliamid 6 produkowany przez koncern Lanxess (Durethan DP BKV 60 H2.0 EF) wzmocniony w 60% krótkimi włóknami szklanymi. Jest on wykorzystywany do produkcji takich komponentów, jak przednie elementy karoserii samochodowych i oprawy świateł do zderzaków ciężarówek. Dzięki temu możliwe jest ich wykonywanie całkowicie z tworzywa sztucznego bez stosowania metalowych wzmocnień.

45% oszczędności na wadze
Potencjał technologii hybrydowej (łączącej 2 materiały konstrukcyjne) w przypadku lekkich rozwiązań może zostać dodatkowo zwiększony, jeśli blachy zastąpi się innym materiałem o wysokiej wytrzymałości, a mniejszej masie własnej. I tak, w laminacie zatopione mogą być wstawki wykonane z tworzyw sztucznych (Tepex dynalite), które są lżejsze od aluminium (gęstość 1,4-1,8 kg/dm³). Przy tej gęstości materiały kompozytowe stają się konkurencyjną alternatywą w stosunku do metalu pod względem wytrzymałości w odniesieniu do masy. Jednym z przykładów zastosowania seryjnego w technologii hybrydowej jest siedzisko (Ilustracja 1)Opla Astry OPC (produkcji Reinert Kunststofftechnik GmbH & Co. KG). Jest ono lżejsze o blisko 800 gramów, a więc o 45% od poprzedniej wersjii absorbuje więcej energii w przypadku zderzenia niż w porównywalnych projektach wykonanych np. z tworzyw sztucznych wzmocnionych długimi włóknami szklanymi. Może się także poszczycić obniżoną wysokością siedzenia, idealną dla samochodów sportowych. Siedzisko jest produkowane przy użyciu formowania in-mold, polegającego na podgrzaniu prefabrykowanego kompozytowego dodatku i umieszczeniu go w formie wtryskowej, która nadaje mu właściwy kształt i w której natychmiast zostaje usztywniony żebrami wykonanymi z poliamidu 6 wzmocnionego krótkimi włóknami szklanymi za pomocą formowania wtryskowego.

Prototyp nośnika deski rozdzielczej
Kompozytowa technologia hybrydowa ma także potencjał w zakresie stosowania we wnętrzach pojazdów. Dla przykładu można podać tutaj element nośny deski rozdzielczej w nowym Audi A6. Komponent zawiera wzmacniacz i opcjonalnie tuner telewizyjny. Jest niemal o połowę lżejszy od porównywalnych komponentów stalowych, charakteryzuje się prostszym montażem i może być wytwarzany w wielkoskalowym procesie produkcyjnym. Punkty łączenia z karoserią i przyłączenia do dodatkowo montowanych części są poddawane bardzo wysokim obciążeniom mechanicznym, zatem wzmacnia się je dodatkowo wstawkami z innego materiału. Przepływ sił pomiędzy punktami przeniesienia siły w dużym stopniu odbywa się za pośrednictwem ciągłych włókien materiału kompozytowego, co znacznie zwiększa wydajność mechaniczną wspornika.
Długie włókna wzmacniające znacznie zwiększają wytrzymałość kompozytów formowanych kompresyjnie. Procesy te stają się coraz ważniejsze w lekkich konstrukcjach samochodowych, gdyż mogą być stosowane w opłacalnej produkcji dużych, a zarazem lekkich komponentów z odpowiednio dobranej mieszanki materiału w cyklach krótkookresowych. Dotyczy to również małych i średnich ilości jednostkowych dzięki niskim kosztom formowania. Powłoki Tepex na bazie polipropylenu lub poliamidu mogą być wykorzystywane w formowaniu kompresyjnym jako nakładki dla wzmocnienia konkretnych obszarów elementów, które są narażone na szczególnie wysokie obciążenia. Mogą być łączone z różnymi materiałami do formowania kompresyjnego lub materiałami formierskimi, np. materiałami termoplastycznymi wzmacnianymi długimi skierowanymi włóknami szklanymi (DLFT), matowymi systemami termoplastycznymi wzmocnionymi szkłem (GMT) i lekkimi wzmacnianymi materiałami termoplastycznymi (LWRT). Powstałe w efekcie warstwowe konstrukcje mogą kilkukrotnie zwiększyć sztywność, wytrzymałość i energochłonność części formowanej kompresyjnie. Ten „efekt wzmocnienia” już został sprawdzony w zastosowaniach seryjnych, w tym dla osłon przedziału silnika z DLFT i dla paneli pod karoserię z DLFT dla pojazdów sprzedawanych w państwach o nawierzchni słabej jakości.

Wzorowane na naturze
Termoplastyczne warstwowe kompozyty o rdzeniu plastrowym stanowią obiecujące nowe podejście w lekkiej konstrukcji. Dzięki prostopadłości płaszczyzn sztywności w materiale z rdzeniem ulowym otrzymuje się bardzo wysoką sztywność oraz niską wagę. Aby móc osiągnąć najlepszy stosunek wytrzymałości do masy elementu stosuje się różne rodzaje tworzyw sztucznych. W tym przypadku planuje się połączenie materiału Tepex w charakterze zewnętrznej osłony z nowymi poliamidowymi rdzeniami plastrowymi.

Harri Dittmar z Bond-Laminates GmbH oraz Martin Klocke i dr Martin Wanders z LANXESS Deutschland GmbH
fot. Porsche