Hmotnost je tím, co z velké části určuje míru dopadu vozu na životní prostředí. Podle evropské asociace zpracovatelů plastů Plastics Europe se sníží uhlíková stopa, kterou auto zanechá za dobu své provozní životnosti, o 20 kilogramů oxidu uhličitého, pokud dojde ke snížení jeho hmotnosti o pouhý jeden kilogram. Zde se uplatňuje jedna ze základních výhod plastových dílů − váží až o polovinu méně než podobné komponenty z jiných materiálů, a tak snižují spotřebu paliva o 25 až 35 procent. "Snížení hmotnosti může také v mnoha případech vést ke snížení pracnosti výroby a díky tomu i ceny," říká Jaromír Kejval, vedoucí vývojové zkušebny Altran CZ, která se zabývá vývojem dílů a sestav pro automobilový průmysl. Jedním z klíčových pojmů ve světě aut je tedy "lightweight" − úspora hmotnosti. Pod tento pojem ovšem nespadá pouze nahrazování kovu plastem. "Jde také o inteligentní design, který pracuje jen s takovým množstvím materiálu, aby byla zaručena správná a bezpečná funkce výrobku," upozorňuje Milan Kopeček, vedoucí obchodního týmu pro automobilový průmysl ve společnosti BASF. Ta je největším světovým dodavatelem chemických výrobků pro automobilový průmysl.

Jedním z hlavních požadavků automobilek pro vývoj nových komponentů je, aby byly co nejlehčí, v čemž pomáhá právě nahrazování kovů plasty. Jak ovlivňují hmotnost vozidla, se mohli lidé přesvědčit už na plastové karoserii, kterou si nechal roku 1942 patentovat americký podnikatel Henry Ford. Vážila 113 kilogramů a hmotnost automobilu se díky ní snížila o 30 procent. Bušením kladiva do kapoty vozu přitom Ford demonstroval odolnost plastového materiálu.

Historie použití plastů v automobilech

◼ Prvním průmyslově vyráběným plastem byl fenolformaldehydový polykondenzát, se kterým přišel Leo Hendrik Baekeland v roce 1907. Původně sloužil jako izolátor do elektroinstalací. O deset let později využila tento materiál značka Rolls-Royce, tehdy už pod názvem bakelit. V roce 1915 začal Henry Ford vyrábět z rostlinné bílkoviny vyztužené skleněnými vlákny pouzdra zapalovacích cívek. Postupně docházelo k vývoji dalších plastů, vznikaly termoplasty PVC a PE na bázi ropy a derivátů uhlí.
◼ V roce 1942 představil Ford patent na karoserii z plastů. Tu měl i Trabant 601, vyvinutý po druhé světové válce v NDR, jehož výroba skončila až v dubnu 1991. Výrazný nárůst v používání plastů začal v 70. letech 20. století, kdy se zvyšovaly požadavky na bezpečnost automobilů. Plasty tvořily šest procent váhy automobilu, dnes je to kolem 18 procent a tento poměr neustále roste. Použití plastů ovlivňují zvyšující se požadavky na ekologii, recyklovatelnost materiálů a používání přírodních materiálů pro výrobu plastových komponentů. Největší zastoupení má v automobilech stále ocel, přestože už existují technologie, které umí vyrobit celé auto jen z plastu.

Využití se rozšiřuje

Plasty k automobilům patří nejen kvůli své nízké hmotnosti, ale také vysoké odolnosti, tvárnosti, pevnosti, dobrému tlumení hluku i kvůli tomu, že prostě nerezaví. Najdeme je v autě téměř všude. Jsou součástí většiny interiérů, setkáme se s nimi na přístrojové desce, náraznících, dveřních prazích, pneumatikách. Možnosti jejich použití se přitom stále rozšiřují. Zlepšují se také jejich vlastnosti, odolávají stále vyšším teplotám a zlepšuje se míra jejich recyklovatelnosti. Zaznamenaly dost velký posun a nárůst možností uplatnění od doby, kdy byly použity v prvních automobilech. "Dříve se plasty používaly především pro panely a kryty, ale jejich technologické a materiálové možnosti, jako stabilita a homogenita, byly omezené. Vývojem se ovšem posunuly i na většinu interiérových a vysoce náročných designových dílů," potvrzuje Kejval z Altranu. "Jejich použití už ale ve velké míře přesahuje i do pevnostních, funkčních a strukturálních dílů. Zasahuje celé vozidlo od podvozkových dílů přes motorový prostor a interiér až po exteriérové plastové prvky, jako například kryt nárazníku a obložení sloupků. Aktuálně jsou vyvíjeny také celoplastové boční dveře nebo zadní víka," doplňuje.

Moderní plasty v automobilech se vyznačují rostoucí teplotní odolností, díky které se jejich využití stále více posouvá směrem k motoru. "Výhodou je také jejich korozní necitlivost a odolnost vůči běžným korozním látkám, které degradují kovy, jako jsou sůl, korozní plyn či agresivní chemikálie," říká Kejval. "Plasty dále umožňují vyrobitelnost tvarově komplikovaných dílů a umožňují nahradit vícedílné sestavy vstřikovanými plastovými díly," dodává.

U plastů také došlo k velkému zlepšení mechanických vlastností materiálů, jako jsou pevnost, tuhost a životnost, a to především plněním dílů skelnými, minerálními a karbonovými vlákny. "Díky tomu jsou tyto díly schopny zvládat i zvýšené mechanické zatěžování, a tak mohou plnit roli náhrady konvenčních inženýrských konstrukčních materiálů, jako jsou ocel, hliníkové slitiny či odlitky," vysvětluje Jaromír Kejval. Příkladem mohou být sání motoru, kryty motorů, celý front-end modul (část, kde jsou umístěny chladiče), přístrojová deska, kompletní obložení a drobné plastové díly v elektronice. Kejval ale zároveň upozorňuje, že vstřikování plastů plněných skelnými vlákny je náročné na výrobu a údržbu forem a nástrojů, u kterých navíc dochází k opotřebení mechanickým obrušováním. Podle něj se nároky na použití plastů zvýšily výrazně především v oblastech stability a mechanické odolnosti. "Kromě pevnosti se vylepšují i další vlastnosti, jako tepelná odolnost, odolnost vůči UV záření nebo lakovatelnost," doplňuje.

Dříve se plasty používaly především pro panely a kryty. Vývojem se ovšem posunuly i na většinu interiérových a vysoce náročných designových dílů.
Dříve se plasty používaly především pro panely a kryty. Vývojem se ovšem posunuly i na většinu interiérových a vysoce náročných designových dílů.
Foto: Shutterstock

Airbagy i bezpečnostní senzory

Plasty hrají svou roli v mnoha bezpečnostních prvcích. Pod plastovým krytem nárazníku najdeme polypropylenové pěny, které slouží k ochraně chodců, a plast je samozřejmě také součástí řady airbagových modulů. "Najdeme je v mnoha senzorech a konektorech, které se starají o správné zaznamenání nárazového děje, jeho zpracování a akční zásah, jako jsou airbag, aktivní kapota či předpínače bezpečnostních pásů," vysvětluje Jaromír Kejval. Všechny tyto komponenty mají podstatný vliv na bezpečnost cestujících v autě i chodců. Například předpínače pásů fungují na podobném principu jako airbagy a během dopravní nehody přitáhnou bezpečnostní pás tak, že zabrání pohybu řidiče a spolujezdců vpřed. Zároveň omezují tlak, který by pás na tělo kladl. O bezpečnost chodců se zase stará aktivní kapota, která se v případě dopravní nehody zdvihne pomocí pyrotechnických rozbušek dřív, než na ni dopadne tělo chodce. Tím se zvětší prostor pro deformaci, pohltí se větší množství nárazové energie a sníží se riziko nárazu hlavy chodce na tvrdé díly, které jsou pod kapotou. Výčet bezpečnostních prvků by mohl pokračovat dál, třeba airbagem pro chodce, kterým se jako první na světě pyšnilo Volvo V40 a který je umístěn pod přední kapotou. V okamžiku, kdy se auto střetne s chodcem, airbag nadzvedne kapotu nahoru, čímž se změkčí dopad těla na tvrdé části v okolí předního skla. "Z plastu jsou také takzvaná podrážedla, která se nacházejí na spodní hraně předního krytu nárazníku," upozorňuje Kejval. Právě toto zařízení je prvkem, který není veřejnosti tolik znám, přitom je jeho role v bezpečnosti chodců velká. Jak je z názvu patrné, tento plastový díl má za cíl v případě nehody podrazit chodci nohy takovým způsobem, aby se jeho tělo dostalo co nejrychleji na kapotu, která má tlumicí účinek.

Důležitou roli plastů v bezpečnosti potvrzuje i Milan Kopeček. "Spousta bezpečnostních prvků v automobilech dnes potřebuje pro své správné fungování plastové komponenty vyrobené z materiálů, které odpovídají specifickým požadavkům. Jedná se například o pouzdra na airbagy, u kterých se vyžaduje pevnost, o kryty senzorů a řídicích jednotek, které by měly být odolné proti hydrolýze, komponenty pro bezpečnostní pásy, u kterých je nutná rozměrová přesnost, či nejrůznější konektory, u kterých se vyžaduje samozhášivost nebo nízký obsah iontových a halogenových sloučenin," vysvětluje. Samozhášivé plastové materiály nové generace jsou navíc důležité pro rozvoj elektromobilů, u kterých přispívají k zajištění větší bezpečnosti při případném požáru.

Přestože moderní plasty mají mnoho pozitiv, stále jsou s jejich používáním spojeny určité problémy. "U některých kompozitů, sendvičových a hybridních konstrukcí může být obtížná recyklovatelnost, protože se při jejich výrobě používá společně více typů plastů, lepidel, pěn a vláken," říká Jaromír Kejval. "U těch nejpoužívanějších plastů je problémem stále nízká teplotní odolnost, navíc i přes použití retardérů hoření se jedná o spalitelný a hořlavý materiál. Plasty jsou také citlivé na sluneční záření, které degraduje jejich vizuální a mechanické parametry," dodává.

Ohled na přírodu

Zatímco výhoda plastů spočívá v jejich vlivu na snižování hmotnosti automobilu, hlavní nevýhodu stále představuje environmentální hledisko. Proto se automobilky při vývoji jednotlivých dílů zaměřují na snižování dopadů použitých materiálů na životní prostředí. "Velkým tématem v automobilovém průmyslu je recyklace a použití recyklátu jako přídavku do čistého nového plastu nebo plné zpětné použití v některých méně náročných oblastech," potvrzuje Jaromír Kejval z Altranu.

Dříve se plasty používaly především pro panely a kryty. Vývojem se ovšem posunuly i na většinu interiérových a vysoce náročných designových dílů.
Dříve se plasty používaly především pro panely a kryty. Vývojem se ovšem posunuly i na většinu interiérových a vysoce náročných designových dílů.
Foto: Shutterstock

Na recyklační metodě, při níž se za pomoci termochemických procesů získávají ze směsných odpadních plastů suroviny, které mohou být znovu použity pro výrobu plastového granulátu a následně plastových komponent, je založený i projekt s názvem ChemCycling, který představila společnost BASF. "Pilotní projekty se zákazníky z různých oborů ukazují, že produkty vyrobené z chemicky recyklovaných surovin vykazují stejně vysokou kvalitu a výkon jako produkty vyrobené z primárních materiálů," zmiňuje Kopeček. Na základě této metody vyvinul přední světový výrobce automobilů Jaguar Land Rover ve spolupráci s firmou BASF prototyp plastového předního nosiče nárazníků pro své první elektrické SUV. Jaguar se podobnými projekty snaží plnit svůj závazek k zavádění nových technologií, které pomohou omezit množství odpadu. Podobné závazky mají i další automobilky a velkým tématem je také využívání bioplastů při výrobě jednotlivých komponentů.

Ekologicky šetrná auta přitom nejsou pouze trendem dnešní doby. Ta první se objevila už na začátku 20. století a stál za nimi průkopník automobilového průmyslu Henry Ford. Nešlo mu ani tak o ekologii, jako o snahu snížit náklady a nahradit tehdy problematicky dostupnou ocel. Ze syntetického materiálu, který kombinoval sójový protein s vlákny z konopí a jako základ používal fenolformaldehyd, se v jeho dobách vyráběly volanty, části výplní dveří a přístrojové desky. Na začátku 40. let minulého století Ford světu představil první plastové auto, jehož kapota byla vyrobena ze sójových bobů. K sériové výrobě tohoto "sójového auta" vinou právě probíhající války a vysokých nákladů nikdy nedošlo, sója ale hraje roli i při produkci dnešních automobilů. Například společnost Goodyear, jeden z největších výrobců pneumatik na světě, při výrobě svých pneumatik používá stoprocentní sójový olej. Kromě toho, že představuje náhradu ropných produktů, zlepšuje také výkon pneumatik.

Auta z kávy

Vedle sóji můžeme v dnešních autech najít materiály částečně vyrobené z konopí, bambusových či kokosových vláken, ale třeba také z kávy. Například zmíněná společnost Ford do svých aut používá plastové komponenty, jejichž součástí jsou slupky kávových zrn. Tento materiál má podle Martina Linharta, ředitele vnější komunikace Fordu, lepší tepelné vlastnosti, než mají aktuálně používané materiály. Kávové díly, se kterými se můžeme setkat například u těles světlometů, jsou navíc o 20 procent lehčí a při jejich lisování se spotřebuje až o 25 procent méně energie. Zajímavé je také to, odkud Ford kávový materiál získává. Odpad z pražených kávových zrn mu poskytuje fastfoodový řetězec McDonald's. Ten se tímto krokem snaží splnit svůj závazek najít cesty na zpracování biologického odpadu vznikajícího z jeho činnosti. Díky tomu najde odpad ze statisíců litrů kávy své uplatnění v moderních automobilech.

"Kávová auta" ale nejsou jedinou zajímavou inovací Fordu. Automobilka například dlouhodobě zvyšuje počet automobilových dílů vyráběných z recyklovaných materiálů. Koberečky ve Fordu EcoSport se například vyrábějí z použitých PET lahví. Na první pohled zvláštních inovací je plný automobilový svět. Volkswagen bude používat na čalounění umělou kůži obsahující odpad z lisování jablečných džusů, nová elektrická Mazda MX-30 má zase interiérové materiály vyrobené z obnovitelných zdrojů, a to z recyklovaného plastu, textilu a korkového dřeva. Společnost Continental pak vyvíjí novou možnost získávání kaučuku. Jednou ze surovin mají být obyčejné pampelišky.

Článek byl publikován v komerční příloze HN Moderní plasty.

Související