Stale rosnące potrzeby w zakresie obniżania zużycia paliw, niższych emisji zanieczyszczeń i lepszego bilansu dwutlenku węgla (CO2) zachęcają do stosowania lekkich materiałów. Tworzywa sztuczne przekonują odbiorców swoim potencjałem wynikającym z niewielkiej wagi, jednak w zależności od zastosowania, muszą być też odporne na wysokie temperatury i ekstremalne warunki.
Dr Andreas Ostrowicki, dyrektor zarządzający firmy BGS Beta-Gamma-Service GmbH&Co. KG wyjaśnia, w wywiadzie udzielonym słowackiemu portalowi Plasticportal.eu, w jaki sposób dzięki sieciowaniu radiacyjnemu, standardowe tworzywa zyskują właściwości kwalifikujące je do odpowiednich zadań i jakie możliwości oferuje ta technologia w dziedzinie elektromobilności.
- Panie dyrektorze, co dzieje się w procesie sieciowania radiacyjnego?
- Procedura, sama w sobie, jest dość łatwa do opisania. Bogate w energię promienie beta lub gamma wywołują reakcje chemiczne w elementach z tworzyw sztucznych, co prowadzi do sieciowania cząsteczek - porównywalnego z wulkanizacją wyrobów gumowych. W wyniku tego procesu wielokrotnie zwiększa się zarówno wytrzymałość jak i odporność materiałów.
- Jakie są konkretne efekty sieciowania radiacyjnego?
- Promieniowanie optymalizuje mechaniczne, cieplne i chemiczne właściwości towarowych i technicznych tworzyw sztucznych w taki sposób, że osiągają one jakość tworzyw o najwyższych parametrach, a także zdolność ich zastąpienia. Dzieje się tak dlatego, że elementy z tworzywa sztucznego poddane sieciowaniu radiacyjnemu wykazują znacznie lepsze właściwości pod względem odporności na ciepło i ścieranie, większą stabilność i mniejsze pełzanie. Dodatkowo, zapewniają o wiele niższy poziom emisji hałasu i nie wymagają stosowania substancji smarujących.
Trwałość jest tak imponująca, że metale w wielu funkcjonalnych elementach można zastąpić komponentami z tworzyw, które zostały poddane sieciowaniu radiacyjnemu i formowaniu wtryskowemu. Podobnie, liczne elementy są obecnie zastępowane przez sieciowane radiacyjnie tworzywa sztuczne w komorach silnika, podzespołach doładowania powietrza, osłonach i elementach mocujących do zastosowań elektrycznych i elektronicznych, takich jak powłoki przewodów lub złącza wtykowe, tak samo jak elementy znajdujące się w obszarach wewnętrznych i zewnętrznych.
- Które tworzywa sztuczne są najbardziej odpowiednie do tej procedury?
- Najczęściej ulepszanymi tworzywami są: polietylen (PE) i jego kopolimery, poliamid (PA), poliestry takie jak PBT i polichlorek winylu (PVC). Elastomery termoplastyczne (TPE) i polipropyleny (PP) zyskują również coraz większe znaczenie. Ogólnie biorąc, sieciowane radiacyjnie mogą być wszystkie materiały, które mają w cząsteczce wystarczająco długie sekwencje etylenu, w których zachodzi reakcja. Ponieważ stale dokonuje się postęp w tej dziedzinie, należałoby to wyjaśnić na podstawie każdego przypadku z osobna.
- W jaki sposób możecie włączyć tę procedurę do produkcji seryjnej?
- W porównaniu z duroplastami, które często wymagają kosztownej przeróbki wtórnej lub z wysoce zaawansowanymi tworzywami sztucznymi, sieciowanie radiacyjne oferuje ogromne korzyści związane z przetwarzaniem materiałów przy ograniczonych kosztach. Dawka promieniowania jest podawana w ciągu kilku sekund i jest wysoce powtarzalna w procesie. Oryginalne procedury przetwarzania surowych składników pozostają takie same - procesowi promieniowania poddawany jest tylko produkt końcowy. W związku z tym nie trzeba zmieniać schematu produkcji. Sieciowanie radiacyjne jest ostatnim etapem po formowaniu i może zostać włączone do łańcucha produkcyjnego podczas transportu do użytkownika końcowego. Ważne jest, aby wszyscy uczestnicy projektu współpracowali od samego początku: od dostawców tworzyw sztucznych do producenta finalnego wyrobu.
- Trendy w kierunku elektromobilności zmieniają w zasadniczy sposób stosowane dotychczas komponenty i stawiają przed nimi nowe wyzwania. Jak ocenia Pan możliwości rozwoju w odniesieniu do sieciowania radiacyjnego?
- Rozwój w kierunku elektromobilności i jazdy autonomicznej otwiera zdecydowanie nowe możliwości dla tworzyw sztucznych. Mimo, że w komorze silnika nie będą już występować różne części z tworzyw sztucznych, to zostaną dodane inne nowe elementy, np. w akumulatorach i elementach mocujących, w postaci licznych złączy, różnych obudów oraz w silnikach elektrycznych.
Tworzywa sztuczne będą jednym z podstawowych materiałów w e-samochodzie przyszłości - i będą musiały spełniać znacznie bardziej złożone wymagania. Dostrzegamy liczne możliwości wniesienia wkładu w rozwój wiedzy związanej z naszą technologią. Niezależnie od tego, czy chodzi o zmniejszenie ciężaru i lekkość konstrukcji, czy też zagadnienia dotyczące silnych prądów elektrycznych lub baterii. Stosowane materiały są narażone na duże obciążenia termiczne i muszą być odporne na działanie elektrolitów. Duża sztywność, wysoki poziom wytrzymałości i zwiększona ciągliwość są nadal wymagane od elementów, które są poddawane wysokim naprężeniom mechanicznym. Ponadto nie może w nich zachodzić proces elektrokorozji. Sieciowanie radiacyjne może przynieść rozwiązania do wszystkich tych zastosowań obecnie i w przyszłości.
Akcelerator elektronów 3 MeV w siedzibie BGS w Wiehl. Foto ©Markus Steur, BGS
