Състезателни автомобили на биологична основа
По-леки от стъклените влакна, по-евтини от въглеродните влакна и направени от възобновяеми суровини: растителните влакна като армировка за термореактивните елементи са устойчива алтернатива за каросериите на превозните средства, които са с 60 процента по-леки от стоманените, но същевременно здрави. Екип по автомобилен спорт тества биокомпозит от ленени влакна и смола на основата на растителни масла с така нареченото био-Scirocco на състезателната писта. Хип-хоп звездата Смудо сяда зад волана.
Спестяването на тегло е вълшебната дума в автомобилната индустрия. Независимо дали става въпрос за по-нисък разход и по този начин подобрени стойности на CO2 за двигатели с вътрешно горене или по-голям обхват за електрически превозни средства. В моторните състезания, където стотни от секундата имат значение, леките тела са правило от десетилетия. В миналото за това първоначално са се използвали леки метали. От няколко години вместо това се използват въглеродни влакна. Въпреки че имат високотехнологичен имидж, те са скъпи и обикновено се състоят от изкопаеми суровини.
Много по-евтини - но и по-тежки - са стъклените влакна. Естествените влакна са алтернатива. Те тежат по-малко от фибростъкло и струват част от въглеродните влакна. „Ето защо насърчаваме по-нататъшното развитие и тестване на пластмаси, подсилени с естествени влакна, в конструкцията на превозни средства“, обяснява д-р. Андреас Шют, управляващ директор на Агенцията за възобновяеми суровини (FNR), Gülzow-Prüzen. И там, където леката конструкция има своите корени: в състезанията. От името на Федералното министерство на храните и земеделието (BMEL), FNR подкрепя проекта Bioconcept-Car на състезателния екип Four Motors, който е специализиран в устойчивата мобилност. Виден шофьор на Bio-Scirocco 2.0 TDI е Смудо, фронтмен на групата „Die Fantastischen Vier”. С Four Motors, музикантът е един от зелените пионери в състезанията от 2003 г. насам. Той започва с Bio-Rocco в състезанията от шампионата за издръжливост VLN и в 24-часовото състезание ADAC на Nordschleife на Нюрбургринг.
„Проектът е проектиран по такъв начин, че знанията, придобити при екстремните условия на състезанията, да имат пряко значение за автомобилната индустрия“, обяснява Schütte. В допълнение към биополимерите за триизмерни компоненти, инженерите за първи път използват плоски, подсилени с естествени влакна дуромери за тялото. Отговаря за избора и разработването на материали за Bioconcept-Car е проф. Д-р. Ханс-Йозеф Ендрес от Института за биопластика и биокомпозити (IfBB) към университета в Хановер. За него особена атракция е да тества компонентите на биологична основа не само в лабораторията, но и в състезанията: „Температурни колебания, натоварвания под налягане, каменни стърготини, влага, вибрации, катастрофи - такива условия не могат да бъдат симулирани на сто процента в лабораторията“, обяснява Ендрес.
Биокомпозит, направен от лен и растително масло
Казано по-просто, частите на тялото се състоят от постелки от плат, които учените поставят в калъп и накисват в смола, която след това се втвърдява. След първите опити с конопен ленен плат, инженерите по материали от Хановер се решават на чист ленен плат. Ленените влакна са опън, налични, много фини, хомогенни, гъвкави и драпируеми, което означава, че се адаптират добре към формованите части. Това създава точни ръбове, които играят важна роля за точността на размерите и качеството на обработка на компонентите. „Също така експериментирахме с различни техники на тъкане, за да подобрим чертата на естествените влакнести тъкани и в същото време да постигнем оптимално базово тегло спрямо товароносимостта“, обяснява Endres.
Контролираното втвърдяване на смолата във фурната е важно за стабилността на композитите от естествени влакна. Химичната реакция трябва да бъде напълно завършена. В противен случай процесът ще бъде рестартиран по-късно, например чрез топлина от двигателя или слънчева радиация и частите на тялото ще се деформират. В зависимост от използвания компонент и смолата, втвърдяването във фурната отнема няколко часа.
Тъй като Bioconcept-Car стартира в VLN състезанията по време на фазата на проекта, екипът на Endres продължава стъпка по стъпка и първоначално разработи практична тъкан, изработена от растителни влакна. Учените го обработват с нефтохимична смола, чиито технически свойства като свиване или температура на втвърдяване са известни. Само в следваща стъпка те използват биогенна матрица в комбинация с естествените влакна. „По този начин ние свеждаме до минимум невъзможностите, причинени от компонентите, използвани за първи път, и можем да гарантираме, че компонентите определено ще издържат на напрежението от състезанията“, обяснява Ендрес. Различни растителни масла като ленено или слънчогледово масло могат да се използват като суровини за подходяща био-смола, за да се получат необходимите свойства като твърдост, вискозитет или бързо втвърдяване и които в комбинация с естествените влакна водят до желаните резултати.
„Като част от проекта FNR обаче, ние не само оптимизираме компонентите на материала сами, ние също първо използваме тестови панели, за да определим оптималното съотношение влакна-матрица, например, за да постигнем стабилността, целяща се в лабораторията с възможно най-ниското тегло, обяснява Endres. След това екипът подлага тестовите панели на тестове като изпитвания на опън, тестове за удар или поведение при удар, преди да използват материалите за производство на компоненти за състезания.
Успешна диета: 60 процента по-малко на кантара
Резултат от разработката: С задната врата, капака и вратите, изработени от армиран с естествени влакна дуромер, Bio-Scirocco тежи 67 кг по-малко от производствения модел. В сравнение със съответните компоненти, изработени от стомана, това съответства на спестяване на тегло от около 60 процента. Някои компоненти тежат почти 64 процента по-малко: стандартната врата тежи 38,5 кг, докато подсиленият с растителни влакна материал тежи 14 кг.
Поради по-ниското тегло, Smudo може да кара още по-бързо време на обиколка с Bio-Scirocco. „Ако смятате, че 100 кг по-малко тегло означава икономия на гориво от около половин литър на 100 км в сериен автомобил, значимостта на нашия проект за автомобилната индустрия става ясна“, обяснява Ендрес. Технически е възможно да се произвеждат масово подсилени с влакна термореактори. Следователно в края на проекта инженерите създават каталог, който изброява подробно компонентите, използваните материали и производствените процеси, както и препоръки за използването на биоматериалите.