ABS, PP, PA, PC ve otomotivde yaygın olarak kullanılan diğer plastiklerin elektrokaplama işlemi

Çin Otomobil Üreticileri Birliği'nin istatistiklerine göre, ülkemizin 2022 yılındaki otomobil üretimi ve satışı sırasıyla 27.021 milyon adet ve 26.864 milyon adet olarak gerçekleşti (14 yıldır üst üste dünyada birinci sırada yer alıyor), bu da bir önceki yıla göre %3.4 ve %2.1'lik bir artış anlamına geliyor. Otomobil endüstrisi büyümeye ve gelişmeye devam ederek ekonomik büyümeye önemli katkılar sağlarken, enerji ve çevre sorunlarını da giderek daha ciddi hale getiriyor. Araştırmalar, araç ağırlığının azaltılmasının yakıt tüketimini ve araç emisyonlarını etkili bir şekilde azaltabileceğini gösteriyor. Araç ağırlığındaki her %10'luk azalma için yakıt tüketimi %6 ila %8, CO2 emisyonları ise %5 ila %6 oranında azaltılabiliyor.

Otomobil hafifletme teknolojisi üç açıdan ele alınabilir: optimize edilmiş yapısal tasarım, hafif malzeme uygulaması ve gelişmiş üretim teknolojisi. Bunlar arasında, otomobil ağırlığını azaltmanın en doğrudan yolu hafif malzemelerin uygulanmasıdır. Plastikler, hafiflik, düşük maliyet ve kolay kalıplama gibi iyi özelliklere sahiptir. Özellikle elektrokaplama teknolojisinin uygulanması, plastiklere metalik bir görünüm ve parlaklık kazandırarak, plastiklerin dekoratif, korozyon önleyici, mekanik dayanım ve diğer özelliklerini etkili bir şekilde iyileştirir ve plastikleri otomobiller için popüler bir seçim haline getirir. Hafifletme işleminde en çok kullanılan malzemeler metal olmayan malzemelerdir ve "çeliğin plastikle değiştirilmesi" eğilimi vardır.

Bu makale, otomotiv plastiklerinin genel durumunu tanıtmakta ve aşağıdakiler gibi çeşitli plastiklerin uygulamalarını özetlemektedir: ABSOtomobillerde yaygın olarak kullanılan PP, PA ve PC malzemelerini ve bunların elektrokaplama işlemlerini açıklamaktadır. Daha fazla araştırma için kaynak sağlamaktadır.

1. Otomobillerde plastiklerin kullanımına genel bakış

Plastik, esas olarak organik sentetik reçineden oluşan ve ısıtma ve basınç koşulları altında kalıplanabilen bir polimer malzemedir. Hafifliği, düşük maliyeti, kolay işlenmesi ve çeşitli yüzey işlemleri gibi mükemmel özellikleri nedeniyle otomotiv iç ve dış parçalarında, yapısal parçalarında ve fonksiyonel parçalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Otomobil hafifletme teknolojisinin sürekli gelişmesiyle birlikte, otomobillerde plastik kullanımı da önemli ölçüde artmıştır.

Otomotiv plastikleri arasında, genel amaçlı plastikler nispeten düşük fiyatlıdır ve %50'den fazlasını oluştururken, yaklaşık %15'lik payla mühendislik plastikleri takip etmektedir. Özel amaçlı plastikler daha pahalıdır ve kullanımları nispeten azdır. Araştırma istatistiklerine göre, elektrokaplama için uygun olan ve ön plana çıkan otomotiv plastik çeşitleri arasında ABS, PP, PA, PC vb. yer almaktadır.

2. ABS'nin otomotivde kullanımı ve elektrokaplaması

1. Otomobillerde ABS Uygulaması

ABS, geniş kullanım alanına sahip termoplastik bir mühendislik plastiğidir. ABS plastiğin zayıf hava koşullarına dayanıklılık, renk solması ve yanıcılık gibi dezavantajları olduğundan, otomobillerde kullanıldığında daha bol miktarda modifiye ürün elde etmek için genellikle diğer polimerlerle karıştırılır; örneğin: ABS/PC, ABS/PA, ABS/PVC plastik alaşımları vb. ABS sac ekstrüzyon hattı

ABS/PC alaşımı, ABS'nin ısı direncini ve çekme mukavemetini artırabilir, PC erime viskozitesini düşürebilir, işleme performansını iyileştirebilir ve ürünün iç gerilimine ve darbe dayanımına olan duyarlılığını ürün kalınlığına göre azaltabilir. Başlıca kullanım alanları arasında otomotiv iç ve dış dekorasyonu, araç farları ve yüksek mukavemet ve yüksek ısı direnci gerektiren diğer parçalar yer almaktadır.

ABS/PA alaşımı, deformasyona karşı direnç, iyi akışkanlık ve benzersiz mat özelliklere sahiptir ve tamponlar, gösterge panelleri ve direk dekoratif panelleri gibi parçalarda kullanılabilir.

ABS/PVC alaşımı sadece ısıya ve darbelere dayanıklı olmakla kalmaz, aynı zamanda alev geciktirici, kendiliğinden sönme özelliğine ve kimyasal dirence de sahiptir. Başlıca otomobil gösterge panellerinde, gösterge paneli kaplamalarında ve alev geciktiricilik gerektiren diğer parçalarda kullanılır.

2. ABS elektrokaplama işlemi

Elektrokaplama kalitesindeki ABS plastik, metal kaplama ile alt tabaka arasında iyi bir yapışma gerektirir ve bütadien içeriği %18 ila %23 arasında kontrol edilmelidir. ABS plastik elektrokaplama işlemi üç aşamadan oluşur: ön işlem, kimyasal kaplama ve elektrokaplama. Genel ana işlem akışı şu şekildedir: gerilim giderme → yağ giderme → pürüzlendirme → altı değerlikli krom indirgeme → paladyum kalay aktivasyonu → kalay hidroksit giderme → elektrolizsiz nikel (veya bakır) kaplama → ön kaplama → elektrokaplama. Bunların arasında kaplamadan önce yapılan yüzey işlemi en kritik olanıdır. Yüzey ön işlemi, işlem basitleştirme, çevre dostu kaplama çözeltisi ikamesi vb. konular her zaman araştırma alanında önemli konular olmuştur.

3. PP'nin otomotivde kullanımı ve elektrokaplaması

1. Otomobillerde PP Uygulamaları

PP, iyi kimyasal direnç, ısı direnci, elektriksel yalıtım ve yüksek mukavemetli mekanik özelliklere sahip, kokusuz, toksik olmayan, renksiz ve yarı saydam, hafif, genel amaçlı bir termoplastik plastiktir. Hammaddelere takviye edici maddeler, sertleştirici maddeler vb. eklenmesi, polipropilenin polimer bileşenlerini ve makromoleküler yapısını veya kristal yapısını değiştirerek genel performansını iyileştirebilir.

PP'ye belirli bir oranda cam elyafı eklenirse, daha yüksek sertliğe ve ısı direncine sahip cam elyaf takviyeli PP elde edilebilir; bu da genellikle otomobil yapısal parçalarında ve motor bölmesinin emme borusu, hava filtresi muhafazası, radyatör fanı vb. gibi yüksek çalışma sıcaklıklarına sahip parçalarda kullanılır. PP'ye uygun miktarda talk tozu ve kalsiyum karbonat eklenmesi de PP'nin sertliğini ve ısı direncini artırabilir. Bu modifiye edilmiş PP, genellikle otomobil tampon çerçevelerinde, gösterge panellerinde, deflektörlerde, kolonlarda vb. kullanılır; POE veya etilen propilen dien kauçuk (EPDM) gibi sertleştirici maddeler eklenmesi, üst düzey otomobillerde yüksek tokluk gereksinimlerine sahip bazı yapısal parçalarda kullanılabilir.

2. PP elektrokaplama işlemi

Elektrokaplama işlemi açısından bakıldığında, PP (polipropilen) sıradan tip, elektrokaplama tipi ve iletken tip olmak üzere üç kategoriye ayrılabilir.

Sıradan PP elektrokaplama, düşük boyutsal hassasiyete ve zahmetli pürüzlendirmeye sahiptir. Aşındırma ve pürüzlendirmeden önce organik bir çözücü ile şişirilmesi gerekir. Yaygın olarak kullanılan organik çözücü ksilendir. Pürüzlendirmeden sonra, ABS plastiğin duyarlılık, aktivasyon ve diğer işlem ve prosedürlerine göre işlenebilir;

Elektrokaplama kalitesindeki PP, polipropilen plastiğe belirli oranda ZnO ve TiO2 gibi dolgu maddeleri eklenerek üretilir. Bu dolgu maddeleri, kimyasal aşındırma ve pürüzlendirme işlemi sırasında çözünerek pürüzlü bir yüzey oluşturur ve kaplamanın yapışma mukavemetini artırır. Elektrokaplama PP için, ABS plastiğin elektrokaplama işlemine benzer şekilde işlem yapılabilir, ancak kimyasal aşındırma sırasında çözelti sıcaklığının 70~80℃'ye yükseltilmesi gerekir.

İletken PP, polipropilene yaklaşık %30 kütle oranında grafit tozu eklenerek elde edilir. İyi elektriksel iletkenliğe sahiptir ve metal parça işlemine göre elektrokaplama yapılabilir. Elektrokaplama kalitesinde PP geliştirilmesi ve pürüzlendirme işlemlerinin iyileştirilmesi, PP elektrokaplama işlemi araştırmalarında her zaman önemli konular olmuştur.

4. PA'nın otomotivde kullanımı ve elektrokaplaması

1. Otomobillerde PA Uygulaması

PA plastiği, iyi mekanik özelliklere, ısı direncine, aşınma direncine, kimyasal dirence ve kendi kendini yağlama özelliğine, düşük sürtünme katsayısına, belirli bir alev geciktirici özelliğe, kolay işlenebilirliğe sahiptir ve cam elyafı ve diğer dolgu maddeleriyle doldurulmaya uygundur.

Cam elyaf takviyeli PA, motor bölmesindeki plastik parçalar ve motor parçaları için kullanılabilir; yüksek ısıya dayanıklı PA/ABS alaşımı, otomobil dikiz aynalarında, yakıt deposu kapaklarında, çamurluklarda vb. kullanılır; PA/PPE alaşımı mükemmel ısı direnci, mukavemet, alev geciktiricilik, iletkenlik ve diğer özelliklere sahiptir ve otomobil merkezi elektrik kutularında, çamurluklarda, büyük bölmelerde, koruma panellerinde vb. kullanılabilir.

2. PA elektrokaplama işlemi

Elektrokaplama öncesinde sıradan PA iş parçalarının gerilimi kontrol edilmelidir. Yöntem, iş parçasını n-heptan içine daldırmaktır. 5 ila 15 saniye içinde çatlaklar oluşursa, gerilimin giderilmesi gerekir. Gerilimli iş parçaları soğuk suya konulabilir ve kaynama noktasına kadar ısıtılabilir. 3 saat bekletildikten sonra iç gerilimi gidermek için suyla yavaşça soğutulur. PA elektrokaplama öncesi ön işlem süreci, pürüzlendirme işlemi hariç, ABS plastik ile kabaca aynıdır. Elektrokaplama malzemelerinin geliştirilmesi, çevre koruma ve süreç iyileştirmesi hala araştırma alanında önemli konular arasındadır.

5. PC otomotiv kullanımı ve elektrokaplaması

1. Otomobillerde PC Uygulamaları

PC, moleküler zincirinde karbonat grupları içeren yüksek moleküler ağırlıklı bir polimerdir. Yüksek darbe dayanımı, iyi yorulma direnci, iyi boyutsal kararlılık, şeffaflık ve iyi boyanabilirlik özelliklerine sahiptir. Bununla birlikte, çizilme ve aşınma direncinin düşük olması nedeniyle, genellikle otomobillerin iç ve dış dekorasyonunda plastik alaşımlar şeklinde kullanılır. Örneğin, PC/PET ve PC/PBT alaşımları, PC'nin yüksek ısı ve darbe dayanımına ve polyesterin aşınma direnci ve işleme özelliklerine sahiptir. Otomobil gövde parçaları, yan koruyucular, otomobil kapı çerçeveleri ve düşük sıcaklık darbe özelliklerine sahip yüksek tamponlar yapımında uygundur.

2. PC elektrokaplama işlemi

PC ön işlem süreci, iç gerilim kontrolü, gerilim giderme, şişirme işlemi, kimyasal aşındırma ve pürüzlendirmeyi içerir. Gerilim kontrolü, iş parçasını kütlece %70 aseton içeren sulu bir çözeltiye daldırıp oda sıcaklığında 1 dakika bekleterek çatlak oluşup oluşmadığını gözlemlemektir. Gerilim giderme yöntemi, fırında sıcaklığı yavaşça 110~130℃'ye yükseltmek, 2~6 saat sıcak tutmak ve ardından yavaşça soğutmaktır; Şişirme işlemi, iş parçasını metanol, etanol, fenol ve eter gibi çözücülere daldırarak yüzey hafifçe beyazlaşana kadar bekletmektir; Kimyasal aşındırma ile pürüzlendirme, ABS yüksek sülfürik asit kimyasal pürüzlendirme çözeltisi kullanılarak yapılabilir, ancak sıcaklık daha yüksek olmalıdır. Ayrıca sodyum hidroksit, sodyum nitrat ve sodyum nitrit gibi pürüzlendirme sıvılarında da gerçekleştirilebilir. Alaşım malzemelerinin hazırlanması ve yüzey ön işlem süreçlerinin iyileştirilmesi, PC elektrokaplama araştırmalarında güncel konular arasındadır.

6. Otomotiv kullanımına yönelik diğer plastikler ve bunların elektrokaplaması

Yukarıda belirtilen dört yaygın olarak kullanılan otomotiv plastiğine ek olarak, PE, PET, POM, PPO, PVC vb. de otomotiv endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. PE iyi yalıtım ve kimyasal kararlılığa sahiptir ve işlenmesi kolaydır. Genellikle otomobil iç panellerinde, bagaj kutularında, yakıt depolarında, kaplamalarda, çamurluklarda vb. kullanılır;

PET, iyi sürünme direnci, yorulma direnci, sürtünme direnci ve boyutsal kararlılığa sahiptir. Modifiye PET genellikle otomobil geri görüş aynası çerçevelerinde, ses hoparlörlerinde, açılır tavan çerçevelerinde, tavanlarda vb. kullanılır; POM, ABS plastikten daha yüksek mukavemete sahiptir ve "süper çelik" veya "yarış çeliği" olarak bilinir. İyi mekanik özelliklere, yalıtıma, çözücü direncine ve işlenebilirliğe sahiptir. Modifiye POM, otomotiv güç valflerinde ve üniversal mafsallarda, rulmanlarda, kollarda, cam kaldırma mekanizmalarında vb. kullanılabilir.

PPO toksik olmayan, şeffaf, düşük bağıl yoğunluğa sahip ve mükemmel mekanik dayanım, sürünme direnci, ısı direnci ve boyutsal kararlılığa sahiptir. PPO/PS, PPO/PA, PPO/PBT ve diğer alaşımlar genellikle otomobil jant kapaklarında, araç far muhafazalarında, sigorta kutularında, büyük bölmelerde, tampon pedlerinde vb. kullanılır; PVC ise iyi elektriksel özelliklere, asit ve alkali direncine ve iyi kimyasal kararlılığa sahiptir. Otomobil çarpışma önleme sistemlerinde, kapı iç panel kumaşlarında, gösterge paneli yüzeylerinde ve contalarında vb. kullanılabilir.

Yukarıdaki plastiklerin elektrokaplama işlemindeki temel fark, ön işlem ve pürüzlendirme işlemidir. Pürüzlendirme işlemi, en iyi pürüzlü yüzeyi oluşturacak şekilde uygun olduğu sürece, yüzey üzerinde hassasiyet kazandırma, aktivasyon, kimyasal kaplama ve elektrokaplama işlemleri sorunsuz bir şekilde gerçekleştirilebilir. Bu nedenle burada tekrar edilmeyecektir.

Elyaf takviyeli plastikler, plastiklere veya reçinelere lifli malzemeler ve kumaşlar eklenerek yapılan kompozit malzemelerdir. Hafif otomotiv malzemeleri için önemli bir gelişim yönü haline gelmişlerdir. Cam elyaf takviyeli plastik (GFRP), diğer adıyla fiberglas, yüksek özgül mukavemet, korozyon direnci, iyi elektrik yalıtım özellikleri ve kolay renklendirme avantajlarına sahiptir. Genellikle otomobil gövde yapısal parçalarında, çamurluklarda, tavanlarda, tamponlarda vb. kullanılır.

Karbon fiber takviyeli plastikler, yüksek mukavemet, iyi esneklik, yorulma direnci ve aşınma direnci özelliklerine sahiptir ve çoğunlukla üst düzey otomobillerin gövdesinde, şasisinde, tekerleklerinde vb. kullanılır. Doğal elyaf plastikler, takviye malzemesi olarak jüt ve sisal gibi doğal bitki liflerini kullanır. Sadece mükemmel performansa sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda çevre dostudurlar. Kapı iç panellerinde, tavan döşemelerinde, koltuk arkalıklarında, gösterge panellerinde vb. kullanılabilirler. Elyaf takviyeli plastikler, plastik ve reçine esaslıdır. Elektrokaplama işlemine ilişkin araştırmaların odak noktası hala elektrokaplama kalitesinde malzemelerin hazırlanması ve elektrokaplama işleminin iyileştirilmesidir.

7. Sonuç ve genel bakış

Otomobil hafifletme teknolojisinin sürekli gelişmesiyle birlikte, plastik en yaygın kullanılan hafif metal olmayan malzeme haline gelmiştir. Elektrokaplama teknolojisinin geniş uygulaması, plastik parçalara metalik bir görünüm ve doku kazandırarak otomobil parçalarının estetiğini ve konforunu artırmakla kalmayıp, aynı zamanda plastik parçaların mekanik özelliklerini ve kimyasal stabilitesini de iyileştirerek, plastiklerin otomobil uygulamalarındaki kullanımını zenginleştirmektedir.

Otomobillerde plastik elektrokaplama, metal malzemelerin yerini almayı teşvik eder ve otomobil hafifletme sürecini hızlandırır. Mükemmel özelliklerinden dolayı, modifiye edilmiş karışım plastikler ve fiber takviyeli plastikler otomobillerde giderek daha fazla kullanılmaktadır. Elektrokaplama kalitesinde malzemelerin hazırlanması ve elektrokaplama süreçlerinin iyileştirilmesi, plastik yüzey metalizasyon teknolojisinin geliştirilmesinin anahtarı olacaktır.