Tworzywa sztuczne w konstrukcji samochodów i samolotów

Jako materiał konstrukcyjny tworzywa sztuczne zyskały uznanie również w kolejnictwie. W przeciwieństwie do pojazdów tradycyjnych wagony, jednostki napędowe i autobusy, w których wykorzystano elementy z tworzyw sztucznych, są nawet o 30 proc. lżejsze. Pozwala to zaoszczędzić energię, obniżyć koszty zakupu urządzeń i ich eksploatacji, przy jednoczesnym zmniejszeniu stopnia ich zużycia. Mniejszy ciężar zmniejsza naprężenia materiałów i sprawia, że koleje i autobusy stają się szybsze i mniej hałaśliwe.

Na tym jednak nie koniec tworzywowego przełomu związanego z konstruowaniem środków transportu. Także takie gałęzie przemysłu jak lotnictwo, kosmonautyka oraz żegluga potrzebują tworzyw, aby możliwe było oszczędzanie energii na wodzie i w przestworzach.

Tę potrzebę widać już na pierwszy rzut oka, gdy tylko skieruje się wzrok do wnętrza samolotu.

Każdy gram, który można zredukować przy tworzeniu drzwi, okien, siedzeń, obudowy wewnętrznej i wyposażenia odgrywa istotną rolę na drodze uczynienia samolotu lżejszym i możliwie najszybszym. Dla potwierdzenia tej tezy warto pokazać przykład samolotu pasażerskiego Airbus.

W jego najnowszych modelach jedna czwarta struktury samolotu wykorzystuje najnowocześniejsze materiały kompozytowe. Tworzywa wzmacniane włóknami węglowymi są wykorzystywane w 22 proc. ramy samolotu, wliczając w to najważniejszy obszar łączący skrzydła z kadłubem. Tak duży udział tworzyw w konstrukcji samolotu powoduje, że maszyna przy pełnym obciążeniu ma zasięg 14800 km, a na dystansie 100 km zużywa jedynie 3,3 l kerozyny na pasażera. Stosując tak znakomite rozwiązania konstrukcyjne Airbus wytycza nowy standard, zarówno w dziedzinie budowy samolotów jak też pod względem komfortu pasażerów.

Jak tłumaczą specjaliści osiągi uzyskiwane przez Airbus są jeszcze dalekie od granic możliwości. W przyszłości wielkogabarytowe samoloty zawierać będą blisko 40 proc. materiałów kompozytowych - wykonane z nich kadłuby i płaty nośne pozwolą uzyskać jeszcze większą wytrzymałość i aerodynamikę.

Według europejskiego dokumentu strategicznego „Vision 2020“ opublikowanego przez Niemieckie Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki (DLR) zakłada się, że te lżejsze samoloty będą emitować o połowę mniej dwutlenku węgla i 80 proc. mniej tlenku azotu.

Przedstawiając korelację pomiędzy cechami tworzyw sztucznych, a potrzebami branży lotniczej, warto zaznaczyć, że wiele tworzyw pozwala uzyskać do 20 proc. mniejszy ciężar wyrobów w porównaniu z konkurencyjnymi materiałami przeznaczonymi dla przemysłu lotniczego. Według danych Międzynarodowego Stowarzyszenia Transportu Lotniczego każdy kilogram odjęty z masy samolotu pasażerskiego klasy wąskokadłubowej oznacza roczną oszczędność paliwa na poziomie 372 dolarów, przy czym okres eksploatacji takiego samolotu zwykle szacuje się na 20 lat.

Tworzywa termoplastyczne są wielce pożądanym materiałem we wnętrzach samolotów ze względu na mały ciężar i znakomitą formowalność. Najlepsze tworzywa ze względu na łatwość ich wytłaczania, jak i formowania wtryskowego stwarzają nowe możliwości przy wyrobie wnętrza samolotów, okładziny alejek i foteli, paneli przełączników.

Przewidywania związane z przyszłością wskazują na jeszcze większe użycie tworzyw i kolejne ich zastosowania.

Oto bowiem w tradycyjnym wzornictwie metal i tworzywo na ogół traktowane były jako materiały przeciwstawne – użycie jednego wykluczało zastosowanie drugiego. Jednak przyszłość należy do tak zwanej technologii hybrydowej, wykorzystującej zalety obu tych materiałów zespolonych w jednym elemencie. Dzięki temu wzrasta powinna stabilność i wytrzymałość części, a integracja dodatkowych funkcji powinna być łatwiejsza i nie wymagać wiele miejsca. W ten sposób ciężar produktu końcowego można obniżyć o blisko 40 proc. w stosunku do konstrukcji metalowej.

W tekście wykorzystano m.in. materiały Fundacji PlasticsEurope Polska.