Бігові гоночні машини
Легше, ніж скловолокно, дешевше, ніж вуглецеве волокно, і виготовляється з відновлюваної сировини: рослинні волокна як арматура для термореактивних матеріалів є стійкою альтернативою кузовам автомобілів, які на 60 відсотків легші за сталеві, але міцні. Команда автоспорту випробовує на гоночній трасі біокомпозит, виготовлений з лляних волокон та смоли на основі рослинних олій, з так званим bio-Scirocco. Зірка хіп-хопу Смудо сідає за кермо.
Заощадження ваги - це магічне слово в автомобільній галузі. Незалежно від того, йдеться про меншу витрату і, отже, покращення значень CO2 для двигунів внутрішнього згоряння або більших діапазонів для електромобілів. У автомобільних перегонах, де соті частки секунди мають значення, легкі тіла були правилом протягом десятиліть. Раніше для цього спочатку використовували легкі метали. Вже кілька років замість них використовують вуглецеві волокна, хоча вони мають високотехнологічний імідж, вони дорогі і зазвичай складаються з викопної сировини.
Значно дешевшими, але також важчими є скляні волокна. Натуральні волокна є альтернативою. Вони важать менше скловолокна і коштують частку вуглецевого волокна. "Ось чому ми сприяємо подальшому розробленню та випробуванню армованих пластмасами природних волокон у конструкції автомобілів", - пояснює д-р. Андреас Шютте, керуючий директор Агентства по відновлюваній сировині (FNR), Гюльцов-Прюзен. І там, де полегшена конструкція сягає своїм корінням: у перегонах. За дорученням Федерального міністерства продовольства та сільського господарства (BMEL) FNR підтримує проект Bioconcept-Car гоночної команди Four Motors, який спеціалізується на стійкій мобільності. Видатним водієм Bio-Scirocco 2.0 TDI є Смудо, фронтмен групи "Die Fantastischen Vier". З Four Motors музикант був одним із зелених піонерів гонок з 2003 року. Він починає з Біо-Рокко в гонках чемпіонату на витривалість VLN та в 24-годинній гонці ADAC на Нордшлайфе Нюрбургрінга.
"Проект розроблений таким чином, що знання, отримані в екстремальних умовах перегонів, мають безпосереднє значення для автомобільної промисловості", - пояснює Шютте. На додаток до біополімерів для тривимірних компонентів, інженери вперше використовують плоскі, зміцнені природним волокном дуромери для кузова. Відповідальним за вибір та розробку матеріалів для Bioconcept-Car є проф. Ганс-Йозеф Ендрес з Інституту біопластики та біокомпозитів (IfBB) при Університеті Ганновера. Для нього особливою привабливістю є випробування компонентів на біологічній основі не тільки в лабораторії, але і в перегонах: “Коливання температури, навантаження під тиском, кам’яна стружка, волога, вібрації, аварії - такі умови не можуть бути змодельовані на сто відсотків у лабораторії”, - пояснює Ендрес.
Біокомпозит, виготовлений з льону та рослинного масла
Простіше кажучи, частини тіла складаються з тканинних килимків, які вчені кладуть у форму і просочують смолою, яка потім твердне. Після перших спроб використання конопляної лляної тканини інженери з Ганновера вирішили вибрати чисту льняну тканину. Волокна льону є розтяжними, доступними, дуже дрібними, однорідними, гнучкими та драпируемими, що означає, що вони добре пристосовуються до литих деталей. Це створює точні кромки, які відіграють важливу роль у точності розмірів та якості обробки компонентів. "Ми також експериментували з різними техніками ткацтва, щоб покращити волосистість тканин з натуральних волокон і одночасно досягти оптимальної базової ваги щодо вантажопідйомності", - пояснює Ендрес.
Контрольоване затвердіння смоли в печі має важливе значення для стабільності композитів з натуральних волокон. Хімічна реакція повинна бути повністю завершена. В іншому випадку процес буде відновлено пізніше, наприклад, від тепла від двигуна або сонячного випромінювання, а частини тіла деформуються. Залежно від використовуваного компонента та смоли, затвердіння в духовці займає кілька годин.
Оскільки Bioconcept-Car запускається в гонках VLN на етапі проекту, команда Endres крокує за кроком і спочатку розробила практичну тканину, виготовлену з рослинних волокон. Вчені обробляють його нафтохімічною смолою, технічні властивості якої, як усадка або температура затвердіння, відомі. Тільки на наступному етапі вони використовують біогенну матрицю в поєднанні з природними волокнами. "Таким чином ми зводимо до мінімуму незрівнянне значення, спричинене компонентами, що використовуються вперше, і можемо гарантувати, що компоненти точно витримають напруженість змагань", - пояснює Ендрес. Різні рослинні олії, такі як лляне насіння або соняшникова олія, можуть бути використані як сировина для відповідної біо-смоли, щоб отримати необхідні властивості, такі як твердість, в'язкість або швидке затвердіння, і які в поєднанні з природними волокнами призводять до бажаних результатів.
"Однак, як частина проекту FNR, ми не тільки самі оптимізуємо компоненти матеріалу, ми також спочатку використовуємо тестові панелі для визначення оптимального співвідношення волоконно-матричного матеріалу, наприклад, для досягнення стабільності, призначеної в лабораторії, з якомога меншою вагою", - пояснює Ендрес. Потім команда піддає випробувальні панелі таким випробуванням, як випробування на розтяг, випробування на удар або поведінку при аварії, перш ніж вони використовують матеріали для виготовлення компонентів для гонок.
Успішна дієта: на 60 відсотків менше на вагах
Результат роботи з розробки: завдяки задній дверці багажника, кришці та дверцятам з армованого натуральним волокном дуромеру Bio-Scirocco важить на 67 кг менше, ніж серійна модель. Порівняно з відповідними деталями, виготовленими зі сталі, це відповідає економії ваги близько 60 відсотків. Деякі компоненти важать майже на 64 відсотки менше: стандартні двері важили 38,5 кг, тоді як армований рослинним волокном матеріал важив 14 кг.
Завдяки меншій вазі, Smudo може їздити ще швидше за час кола з Bio-Scirocco. "Якщо врахувати, що на 100 кг менше ваги означає економію пального приблизно на півлітра на 100 км у серійному транспортному засобі, стає зрозумілим актуальність нашого проекту для автомобільної галузі", - пояснює Ендрес. Технічно можливо масово виготовляти термореактивні матеріали, армовані природним волокном. Наприкінці проекту інженери створюють каталог, де детально перелічуються компоненти, використовувані матеріали та виробничі процеси, а також рекомендації щодо використання біоматеріалів.