Несмотря на все усилия технологов, стеклопластик так и не стал материалом, массово применяемым для создания автомобильных кузовов. Почему не подверженному коррозии недорогому композиту не нашлось широкого применения в машиностроении? Попробуем разобраться.
Пожалуй, единственным выпущенным в большом количестве (более 3 млн. экземпляров) серийным авто, в конструкции которого присутствовало множество стеклопластиковых деталей, оказался «Трабант». Модель производилась с 1957 по 1991 год в Германской Демократической Республике. Однако кузов машины изготавливался из армированных стекловолокном полимеров не целиком. На металлический несущий каркас навешивались отформованные из композита панели.
С точки зрения людей непосвящённых, ситуация выглядит странно. Ведь всем известно, что стеклопластик имеет минимум два очевидных достоинства. Он:
1. Доступен по цене.
2. Не подвержен коррозии.
Казалось бы, бери и пользуйся. Ан нет. За прошедшие годы разные автопроизводители уделяли внимание материалу, технологию производства которого разработали ещё в середине 30-х годов XX века. Но со временем, словно наигравшийся с куклой ребёнок, утрачивали к нему интерес. Виной тому были незаметные на первый взгляд, но серьёзные недостатки. Вот о них, об этих самых недостатках, мы и поговорим подробнее.
Распространённое заблуждение
Утверждение, будто стеклопластиковые кузовные детали легче, чем изготовленные из стального листа, не соответствует действительности. Удельный вид композита, безусловно, ниже. Но ниже и прочность. Соответственно, чтобы произвести деталь с необходимыми прочностными характеристиками, приходится увеличивать толщину композита, что не позволяет получить ожидаемый выигрыш в весе. Это наглядно демонстрирует история с Pontiac Fiero.
Модель спортивного автомобиля, выпускавшаяся одним из подразделений General Motors с 1983 по 1988 год, комплектовалась кузовом из стеклопластика.
По заверениям маркетологов, использование полимеров позволило существенно снизить вес машины. По предоставленной производителем информации, снаряжённая масса среднемоторного купе с мотором 2,5 литра мощностью 94 л. с. составляла 1136 кг, что было несколько меньше, чем у моделей-конкурентов. Однако в 1986 году эксперты из ACF (Автомобильного клуба Франции) провели независимую экспертизу, разобрав машину и взвесив все узлы и агрегаты по отдельности. В результате выяснилось, что снижение веса достигнуто за счёт изменений, внесённых в конструкцию других деталей, а сам кузов весит почти на 200 кг больше, чем у автомобилей с аналогичными характеристиками.
Через пару лет после вскрывшегося обмана Pontiac Fiero потихоньку, без лишней шумихи, был снят с производства. Но специалистам, работающим в сфере кузовостроения, стало ясно, что получить выигрыш в весе используя армированные стекловолокном эпоксидные или полиэфирные смолы, невозможно. Куда более перспективными в этом отношении выглядят углепластиковые композиты. Но это дорогостоящие материалы. Машины с кузовами из карбона не по карману большинству покупателей.
Фактор времени
Темпы производства оказывают непосредственное влияние на стоимость готовой продукции. Изготовление детали из листовой стали не занимает много времени. Один удар штампа, и всё готово.
Увы, но со стеклопластиком так не получается даже в том случае, если методика производства рассчитана на применение так называемых препрегов – композитных заготовок-полуфабрикатов. В 1988 году концерн FIAT представил на суд широкой публики модель Tipo, считавшуюся прорывной. Задняя дверь машины полностью изготавливалась по технологии препрег из стеклопластика.
Это стало большим шагом на пути применение композитов в кузовостроении. Однако развить успех не удалось. Всё равно, даже при введении активирующих добавок и нагреве до высокой температуры, время полимеризации материала исчислялось десятками минут. По нормам серийного производства это много. Компенсировать этот недостаток отчасти удаётся, одновременно выпекая сразу несколько кузовных панелей.
Проблема совместимости
Ещё одну особенность стеклопластика маркетологи стараются не афишировать. Зато она хорошо известна автомобильным конструкторам. Дело в том, что под воздействием механических нагрузок в местах контакта композита с металлическими деталями (например, крепёжными изделиями) появляются микроскопические трещины. Со временем эти трещины увеличиваются, и в один не очень прекрасный момент происходит стремительное разрушение материала. Чем это может закончиться, несложно представить.
Множество солидных научных центров потратили немало времени и средств на проведение исследований, но оптимального решения проблемы так и не было найдено. Лучше всего зарекомендовала себя методика равномерного распределения нагрузки по поверхности с помощью установки большого количества так называемых электрозаклёпок. Что представляет собой электрозаклёпка, можно увидеть на рисунке №1.
Однако применение данной методики существенно повышает трудоёмкость изготовления изделия и не гарантирует полной защиты от появления трещин. Поэтому стеклопластик, как правило, используют для изготовления малонагруженных деталей и вспомогательных изделий, вроде показанного на рисунке №2 бокса для перевозки багажа.
Это выгодно в тех случаях, когда речь идёт о производстве конструктивно простой и мелкосерийной продукции.
Аспекты безопасности
Не лучшим образомзарекомендовал себя стеклопластик и с точки зрения требований пассивной безопасности. При попадании машины в аварию он ведёт себя иначе, чем металл, который сминается, поглощая часть энергии удара. Обладая хорошей ударопрочностью, армированные стекловолокном полимеры не изменяют форму и сопротивляются до последнего, но когда нагрузка превышает допустимую, мгновенно разрушаются. Энергия удара при этом почти полностью сохраняется.
Любопытно, что в начале 80-х голов XX века концерн «Фольксваген» проводил исследования, создавая модели кузовов, у которых:
- Оперение – крылья, бампера, двери, крышки багажников – изготавливались из листового металла.
- Несущий каркас, защищающий водителя и пассажиров от повреждений, формовался из стеклопластика.
В этот период немецкая компания выполняла для СССР ряд работ по созданию ВАЗ-2108. В рамках подписанного договора НАМИ обратился к немецким коллегам с просьбой поделиться результатами этих исследований. Но получил кукиш на постном масле. Руководство «Фольксваген» никак не отреагировало на поступивший запрос.
Курьёзная ситуация
Кто-нибудь из вас слышал об автомобильной промышленности Израиля? Нет? Между тем она, эта промышленность, есть, и однажды, в 1960 году, явила миру такое чудо, как «Сусита» – небольшой автомобильчик с изготавливавшимися из фибергласа кузовами типа двухдверный седан, универсал и пикап. С этой техникой связана любопытная история. Дело в том, что выпущенные в количестве более 100 тысяч штук «Суситы» оказались на грани исчезновения. О причине этого мне поведал один коллега, некоторое время проживавший в Земле Обетованной.
Представьте себе стеклопластиковые панели, постоянно обдуваемые ветром, в котором содержаться частицы заносимого из пустыни песка. Под воздействием природного пескоструйного аппарата фиберглас постепенно ветшает, разрушается, а на его краях появляется свисающая вниз бахрома. И вот эта самая бахрома пришлась по вкусу верблюдам. Завидев «Суситу», корабли пустыни не могли удержаться и начинали поедать многострадальное авто.
Необычное зрелище настолько привлекало заезжих туристов, что те, купив машину в складчину, отвозили её к ближайшему оазису и, в прямом смысле слова, оставляли на съедение. Пока верблюды закусывали, туристы фотографировали… Со временем «Сусит» почти не осталось.
Заключение
Словом, какой бы привлекательной, на первый взгляд, не выглядела технология производства деталей автомобильных кузовов из стеклопластика, использовать получивший широкое распространение композитный материал следует с большой оглядкой. Где-то он хорош, а где-то оказывается абсолютно бесполезен. Моторные лодки из него получаются неплохие. А вот автомобили – не всегда.
