Mașini de curse bazate pe bio
Mai ușoare decât fibrele de sticlă, mai ieftine decât fibrele de carbon și fabricate din materii prime regenerabile: fibrele vegetale ca armare pentru termoreglabile sunt o alternativă durabilă pentru caroseriile vehiculelor, care sunt cu 60% mai ușoare decât oțelul, dar robuste. O echipă de motorsport testează un bio-compozit din fibre de in și rășină pe bază de uleiuri vegetale cu așa-numitul Bio-Scirocco pe pista de curse. Steaua hip-hop Smudo stă la volan.
Economisirea în greutate este cuvântul magic în industria vehiculelor. Indiferent dacă este vorba despre un consum mai mic și, astfel, valori de CO2 îmbunătățite pentru motoarele cu ardere internă sau game mai mari pentru vehiculele electrice. În cursele cu motor, unde sute de secunde, corpurile ușoare au fost regula de zeci de ani. În trecut, metalele ușoare erau folosite inițial pentru aceasta. De câțiva ani încoace, fibrele de carbon sunt utilizate în schimb, deși au o imagine de înaltă tehnologie, sunt scumpe și constau de obicei din materii prime fosile.
Semnificativ mai ieftine - dar și mai grele - sunt fibrele de sticlă. Fibrele naturale sunt o alternativă. Cântăresc mai puțin decât fibra de sticlă și costă o fracțiune din fibra de carbon. „De aceea promovăm dezvoltarea și testarea ulterioară a materialelor plastice armate cu fibre naturale în construcția vehiculelor”, explică Dr. Andreas Schütte, director general al Agenției pentru materii prime regenerabile (FNR), Gülzow-Prüzen. Și acolo unde construcția ușoară își are rădăcinile: în curse. În numele Ministerului Federal al Alimentației și Agriculturii (BMEL), FNR sprijină proiectul Bioconcept-Car al echipei de curse Four Motors, specializată în mobilitate durabilă. Un pilot important al Bio-Scirocco 2.0 TDI este Smudo, omul principal al trupei „Die Fantastischen Vier”. Cu Four Motors, muzicianul este unul dintre pionierii ecologici ai cursei din 2003. Începe cu Bio-Rocco în cursele campionatului de rezistență VLN și în cursa ADAC 24h pe Nordschleife din Nürburgring.
„Proiectul este conceput în așa fel încât cunoștințele acumulate în condiții extreme de curse să aibă relevanță directă pentru industria auto”, explică Schütte. În plus față de biopolimeri pentru componente tridimensionale, inginerii folosesc pentru prima dată duromere plate, armate cu fibre naturale, pentru corp. Responsabil pentru selectarea și dezvoltarea materialelor pentru Bioconcept-Car este prof. Dr. Hans-Josef Endres de la Institutul pentru Bioplastice și Biocompozite (IfBB) de la Universitatea din Hanovra. Pentru el, o atracție deosebită este să testeze componentele bio-bazate nu numai în laborator, ci și în cursele: „Fluctuații de temperatură, sarcini de presiune, așchii de piatră, umiditate, vibrații, accidente - astfel de condiții nu pot fi simulate sută la sută în laborator”, explică Endres.
Bio-compozit din in și ulei vegetal
Mai simplu spus, părțile corpului sunt formate din covoare de țesătură pe care oamenii de știință le așează într-o matriță și se înmoaie cu rășină, care apoi se întărește. După primele încercări cu o țesătură de in de cânepă, inginerii de materiale de la Hanovra au decis o țesătură de in pură. Fibrele de in sunt întinse, disponibile, foarte fine, omogene, flexibile și drapabile, ceea ce înseamnă că se adaptează bine la piesele turnate. Acest lucru creează muchii exacte care joacă un rol important în acuratețea dimensională și calitatea procesării componentelor. „De asemenea, am experimentat diverse tehnici de țesut pentru a îmbunătăți capabilitățile țesăturilor din fibre naturale și, în același timp, pentru a obține o greutate de bază optimă în raport cu capacitatea de încărcare”, explică Endres.
Polimerizarea controlată a rășinii în cuptor este importantă pentru stabilitatea compozitelor din fibre naturale. Reacția chimică trebuie finalizată complet. În caz contrar, procesul ar fi repornit mai târziu, de exemplu prin căldura de la motor sau radiația solară, iar părțile corpului s-ar deforma. În funcție de componenta și rășina utilizată, întărirea în cuptor durează câteva ore.
De când Bioconcept-Car începe în cursele VLN în faza de proiect, echipa Endres continuă pas cu pas și a dezvoltat inițial o țesătură practică din fibre vegetale. Oamenii de știință o prelucrează cu o rășină petrochimică ale cărei proprietăți tehnice, cum ar fi comportamentul de contracție sau temperatura de întărire, sunt cunoscute. Numai într-o etapă suplimentară utilizează o matrice biogenă în combinație cu fibrele naturale. „În acest fel, minimizăm imponderabilele cauzate de componentele utilizate pentru prima dată și putem garanta că componentele vor rezista cu siguranță la solicitările cursei”, explică Endres. Diverse uleiuri vegetale, cum ar fi semințe de in sau ulei de floarea-soarelui, pot fi utilizate ca materii prime pentru o bio-rășină adecvată pentru a obține proprietățile necesare, cum ar fi duritatea, vâscozitatea sau întărirea rapidă și care, în combinație cu fibrele naturale, duc la rezultatele dorite.
„Cu toate acestea, ca parte a proiectului FNR, nu numai că optimizăm singuri componentele materialului, ci mai întâi folosim panouri de testare pentru a determina raportul optim fibra-matrice, de exemplu, pentru a atinge stabilitatea vizată în laborator cu cea mai mică greutate posibilă”, explică Endres. Echipa supune apoi panourile de testare la teste precum testarea la tracțiune, testarea impactului sau comportamentul la impact înainte de a utiliza materialele pentru a fabrica componente pentru curse.
Dieta de succes: cu 60 la sută mai puțin la scară
Rezultatul lucrării de dezvoltare: Cu hayonul, capota și ușile din duromer armat cu fibre naturale, Bio-Scirocco cântărește cu 67 kg mai puțin decât modelul de producție. În comparație cu componentele corespunzătoare din oțel, aceasta corespunde unei economii de greutate de aproximativ 60%. Unele componente cântăresc cu aproape 64% mai puțin: ușa standard cântărea 38,5 kg, în timp ce materialul întărit cu fibre vegetale cântărea 14 kg.
Datorită greutății mai mici, Smudo poate conduce timpuri de tură și mai rapide cu Bio-Scirocco. „Dacă considerați că o greutate cu 100 kg mai mică înseamnă o economie de combustibil de aproximativ jumătate de litru la 100 km într-un vehicul de serie, relevanța proiectului nostru pentru industria auto devine clară”, explică Endres. Din punct de vedere tehnic, este posibil să se producă în masă termorezistențe armate cu fibre naturale. La finalul proiectului, inginerii creează un catalog care listează componentele, materialele utilizate și procesele de producție în detaliu, precum și recomandări pentru utilizarea biomaterialelor.