عملية الطلاء الكهربائي لـ ABS و PP و PA و PC وغيرها من أنواع البلاستيك المستخدمة في صناعة السيارات

بحسب إحصاءات الجمعية الصينية لمصنعي السيارات، سيبلغ إنتاج ومبيعات السيارات في الصين عام 2022 ما مجموعه 27.021 مليون وحدة و26.864 مليون وحدة على التوالي (محتلةً بذلك المرتبة الأولى عالميًا للعام الرابع عشر على التوالي)، بزيادة سنوية قدرها 3.4% و2.1% على التوالي. يستمر قطاع السيارات في النمو والتطور، مساهمًا بشكل ملحوظ في تعزيز النمو الاقتصادي، ولكنه في الوقت نفسه يُفاقم مشكلات الطاقة والبيئة. وتشير الأبحاث إلى أن تخفيف وزن المركبات يُمكن أن يُقلل بشكل فعال من استهلاك الوقود وانبعاثات المركبات. فمقابل كل انخفاض بنسبة 10% في وزن المركبة، يُمكن خفض استهلاك الوقود بنسبة تتراوح بين 6% و8%، وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة تتراوح بين 5% و6%.

يمكن تقسيم تقنيات تخفيف وزن السيارات إلى ثلاثة جوانب: التصميم الهيكلي الأمثل، واستخدام المواد خفيفة الوزن، وتقنيات التصنيع المتقدمة. ويُعدّ استخدام المواد خفيفة الوزن الطريقة الأسرع والأكثر فعالية لتحقيق ذلك. تتميز المواد البلاستيكية بخصائص جيدة، مثل خفة الوزن، وانخفاض التكلفة، وسهولة التشكيل. وعلى وجه الخصوص، تُضفي تقنية الطلاء الكهربائي على البلاستيك مظهرًا معدنيًا لامعًا، مما يُحسّن بشكل فعّال خصائصه الجمالية، ومقاومته للتآكل، وقوته الميكانيكية، وغيرها من الخصائص، ما يجعله خيارًا شائعًا في صناعة السيارات. وتُعدّ المواد غير المعدنية الأكثر استخدامًا في عمليات تخفيف الوزن، وهناك توجه متزايد نحو استبدال الفولاذ بالبلاستيك.

تتناول هذه المقالة الوضع العام للبلاستيك المستخدم في صناعة السيارات، وتلخص استخدامات العديد من أنواع البلاستيك مثل: عضلات المعدهتُستخدم مواد البولي بروبيلين (PP) والبولي أميد (PA) والبولي كربونات (PC) على نطاق واسع في صناعة السيارات، ويشرح هذا المقال عمليات الطلاء الكهربائي الخاصة بها. كما يوفر مرجعًا لمزيد من البحث.

1. لمحة عامة عن استخدام البلاستيك في صناعة السيارات

البلاستيك مادة بوليمرية تتكون أساسًا من راتنجات عضوية صناعية، ويمكن تشكيلها تحت ظروف التسخين والضغط. وبفضل خصائصه الممتازة، مثل خفة الوزن، وانخفاض التكلفة، وسهولة التصنيع، وإمكانية معالجة سطحه بطرق متنوعة، يُستخدم على نطاق واسع في صناعة أجزاء السيارات الداخلية والخارجية، والهياكل، والأجزاء الوظيفية. ومع التطور المستمر لتكنولوجيا السيارات خفيفة الوزن، ازداد استخدام البلاستيك في صناعة السيارات بشكل ملحوظ.

من بين أنواع البلاستيك المستخدمة في صناعة السيارات، تُعدّ أنواع البلاستيك العامة منخفضة السعر نسبيًا، وتشكل أكثر من 50% من السوق، تليها أنواع البلاستيك الهندسية التي تشكل حوالي 15%. أما أنواع البلاستيك المتخصصة فهي أغلى ثمنًا، واستخدامها محدود نسبيًا. ووفقًا للإحصاءات البحثية، تشمل أنواع البلاستيك المستخدمة في صناعة السيارات، والتي تُعدّ في طليعة الأنواع المناسبة للطلاء الكهربائي، ABS وPP وPA وPC وغيرها.

2. استخدام مادة ABS في صناعة السيارات وطلاءها الكهربائي

1. تطبيق نظام منع انغلاق المكابح (ABS) في السيارات

مادة ABS هي بلاستيك هندسي حراري ذو استخدامات واسعة النطاق. ونظرًا لعيوب بلاستيك ABS مثل ضعف مقاومته للعوامل الجوية، وتغير لونه، وقابليته للاشتعال، فإنه غالبًا ما يُخلط مع بوليمرات أخرى عند استخدامه في صناعة السيارات لتحضير منتجات معدلة أكثر وفرة، مثل: ABS/PC، وABS/PA، وABS/PVC، وسبائك البلاستيك، وما إلى ذلك. عضلات المعده خط بثق الصفيحة

يمكن لسبائك ABS/PC تحسين مقاومة ABS للحرارة وقوة الشد، وتقليل لزوجة انصهار PC، وتحسين أداء المعالجة، وتقليل حساسية الإجهاد الداخلي للمنتج وقوة الصدم لسمك المنتج. تُستخدم هذه السبائك بشكل أساسي في الديكورات الداخلية والخارجية للسيارات، ومصابيح السيارات، وغيرها من الأجزاء التي تتطلب قوة عالية ومقاومة عالية للحرارة.

تتميز سبيكة ABS/PA بمقاومة التشوه، وسيولة جيدة، وخصائص غير لامعة فريدة، ويمكن استخدامها في أجزاء مثل المصدات ولوحات العدادات وألواح الأعمدة الزخرفية.

لا تتميز سبيكة ABS/PVC بمقاومتها للحرارة والصدمات فحسب، بل تتمتع أيضاً بخصائص مثبطة للهب، وخاصية الإطفاء الذاتي، ومقاومة المواد الكيميائية. وتُستخدم بشكل أساسي في لوحات عدادات السيارات، وألواح أجهزة القياس، وغيرها من الأجزاء التي تتطلب مقاومة للهب.

2. عملية الطلاء الكهربائي لمادة ABS

يتطلب طلاء بلاستيك ABS بالكهرباء تماسكًا جيدًا بين الطلاء المعدني والركيزة، ويجب ضبط محتوى البيوتادين بين 18% و23%. تتضمن عملية طلاء بلاستيك ABS بالكهرباء ثلاث مراحل: المعالجة المسبقة، والطلاء الكيميائي، والطلاء الكهربائي. تتمثل الخطوات الرئيسية في تخفيف الإجهاد، ثم إزالة الزيت، ثم التخشين، ثم اختزال الكروم سداسي التكافؤ، ثم تنشيط القصدير بالبلاديوم، ثم إزالة هيدروكسيد القصدير، ثم طلاء النيكل (أو النحاس) غير الكهربائي، ثم المعالجة المسبقة، وأخيرًا الطلاء الكهربائي. وتُعد معالجة السطح قبل الطلاء المرحلة الأكثر أهمية. لطالما كانت معالجة السطح المسبقة، وتبسيط العملية، واستبدال محاليل الطلاء بمحاليل صديقة للبيئة، من المواضيع البحثية الهامة.

3. استخدام البولي بروبيلين في صناعة السيارات وطلاءه الكهربائي

1. استخدام البولي بروبيلين في السيارات

البولي بروبيلين هو بلاستيك حراري خفيف الوزن متعدد الأغراض، عديم الرائحة وغير سام وعديم اللون وشفاف، يتميز بمقاومة كيميائية جيدة ومقاومة للحرارة وعزل كهربائي وخصائص ميكانيكية عالية القوة. ويمكن أن تؤدي إضافة عوامل التقوية وعوامل التصلب وغيرها إلى المواد الخام إلى تغيير مكونات البوليمر والبنية الجزيئية الكبيرة أو التكوين البلوري للبولي بروبيلين لتحسين أدائه العام.

بإضافة نسبة معينة من الألياف الزجاجية إلى البولي بروبيلين، يُمكن الحصول على بولي بروبيلين مُقوّى بالألياف الزجاجية يتميز بصلابة ومقاومة حرارية أعلى، ويُستخدم غالبًا في الأجزاء الهيكلية للسيارات والأجزاء التي تعمل في درجات حرارة عالية، مثل: أنبوب سحب الهواء في حجرة المحرك، وغطاء فلتر الهواء، ومروحة الرادياتير، وغيرها. كما يُمكن تحسين صلابة البولي بروبيلين ومقاومته للحرارة بإضافة كمية مناسبة من مسحوق التلك وكربونات الكالسيوم. ويُستخدم هذا البولي بروبيلين المُعدّل عادةً في إطارات مصدات السيارات، ولوحات العدادات، والمشتتات، والأعمدة، وغيرها. ويمكن استخدام البولي أوليفين المُقوّى (POE) أو عوامل التقوية مثل مطاط الإيثيلين بروبيلين ديين (EPDM) في بعض الأجزاء الهيكلية التي تتطلب صلابة عالية في السيارات الفاخرة.

2. عملية الطلاء الكهربائي للبولي بروبيلين

من منظور عملية الطلاء الكهربائي، يمكن تقسيم البولي بروبيلين إلى نوع عادي، ونوع الطلاء الكهربائي، ونوع موصل.

تتميز عملية الطلاء الكهربائي العادية للبولي بروبيلين بدقة أبعاد ضعيفة وصعوبة في عملية التخشين. يجب نقعه في مذيب عضوي قبل عملية الحفر والتخشين. المذيب العضوي الأكثر شيوعًا هو الزيلين. بعد التخشين، يمكن معالجته وفقًا لعمليات التحسيس والتنشيط وغيرها من العمليات والإجراءات الخاصة ببلاستيك ABS.

يُصنع البولي بروبيلين المستخدم في الطلاء الكهربائي بإضافة نسبة معينة من مواد مالئة مثل أكسيد الزنك وثاني أكسيد التيتانيوم إلى بلاستيك البولي بروبيلين. يمكن إذابة هذه المواد المالئة أثناء عملية التخريش الكيميائي وتخشين السطح لتشكيل سطح خشن لتحسين قوة تماسك الطلاء. بالنسبة للبولي بروبيلين المطلي كهربائياً، يمكن أيضاً تنفيذه وفقاً لعملية الطلاء الكهربائي لبلاستيك ABS، باستثناء أنه يجب رفع درجة حرارة المحلول إلى 70-80 درجة مئوية أثناء التخريش الكيميائي.

يُصنع البولي بروبيلين الموصل بإضافة مسحوق الجرافيت بنسبة كتلية تبلغ حوالي 30% إلى البولي بروبيلين. يتميز هذا النوع بموصلية كهربائية جيدة، ويمكن طلاؤه كهربائيًا وفقًا لعمليات تصنيع الأجزاء المعدنية. لطالما كان تطوير البولي بروبيلين المُناسب للطلاء الكهربائي وتحسين عمليات التخشين من المواضيع المهمة في أبحاث عملية طلاء البولي بروبيلين كهربائيًا.

4. استخدامات البولي أميد في صناعة السيارات والطلاء الكهربائي

1. استخدام البولي أميد في السيارات

يتميز بلاستيك PA بخصائص ميكانيكية جيدة، ومقاومة للحرارة، ومقاومة للتآكل، ومقاومة للمواد الكيميائية، والتشحيم الذاتي، ومعامل احتكاك منخفض، ومقاومة معينة للهب، وسهولة المعالجة، وهو مناسب للحشو بالألياف الزجاجية وغيرها من مواد الحشو لتحسين التعديل.

يمكن استخدام البولي أميد المقوى بالألياف الزجاجية في الأجزاء البلاستيكية وأجزاء المحرك في حجرة المحرك؛ سبيكة البولي أميد/أكريلونيتريل بوتادين ستايرين عالية المقاومة للحرارة، تستخدم في مرايا الرؤية الخلفية للسيارات، وأغطية خزانات الوقود، والمصدات، وما إلى ذلك؛ تتميز سبيكة البولي أميد/بولي فينيل إيثر بمقاومة ممتازة للحرارة، وقوة، ومقاومة للاشتعال، وموصلية، وخصائص أخرى، ويمكن استخدامها في صناديق الكهرباء المركزية للسيارات، والمصدات، والحواجز الكبيرة، وألواح الحماية، وما إلى ذلك.

2. عملية الطلاء الكهربائي PA

يجب فحص إجهاد قطع العمل المصنوعة من البولي أميد العادي قبل الطلاء الكهربائي. وتتمثل الطريقة في غمر قطعة العمل في الهيبتان العادي. إذا ظهرت تشققات خلال 5 إلى 15 ثانية، فيجب إزالة الإجهاد. يمكن وضع قطع العمل المُجهدة في ماء بارد وتسخينها حتى الغليان. تُترك لمدة 3 ساعات ثم تُبرد ببطء بالماء لإزالة الإجهاد الداخلي. عملية المعالجة المسبقة قبل الطلاء الكهربائي للبولي أميد مماثلة تقريبًا لتلك الخاصة ببلاستيك ABS، باستثناء عملية التخشين. لا يزال تطوير مواد الطلاء الكهربائي وحماية البيئة وتحسين العملية من المواضيع المهمة في البحث.

5. استخدامات الحواسيب الشخصية في صناعة السيارات والطلاء الكهربائي

1. استخدام الحاسوب الشخصي في السيارات

البولي كربونات (PC) بوليمر جزيئي عالي يحتوي على مجموعات كربونات في سلسلته الجزيئية. يتميز بخصائص مثل قوة تحمل عالية للصدمات، ومقاومة جيدة للإجهاد، وثبات أبعاد جيد، وشفافية، وقابلية جيدة للتلوين الحر. مع ذلك، ونظرًا لضعف مقاومته للخدش والتآكل، يُستخدم غالبًا في صورة سبائك بلاستيكية لتزيين السيارات من الداخل والخارج. على سبيل المثال، تتميز سبائك PC/PET وPC/PBT بمقاومة عالية للحرارة والصدمات كالبولي كربونات، بالإضافة إلى مقاومة التآكل وخصائص المعالجة كالبوليستر. وهي مناسبة لصناعة مكونات هيكل السيارة، والواقيات الجانبية، وإطارات أبواب السيارات، والمصدات الأمامية والخلفية.

2. عملية الطلاء الكهربائي للبولي كربونات

تتضمن عملية المعالجة المسبقة للطلاء بالبولي كربونات فحص الإجهاد الداخلي، وتخفيف الإجهاد، ومعالجة الانتفاخ، والحفر الكيميائي، وتخشين السطح. يتم فحص الإجهاد بغمر قطعة العمل في محلول مائي يحتوي على 70% من الأسيتون وتركها في درجة حرارة الغرفة لمدة دقيقة واحدة لمراقبة ظهور الشقوق. أما طريقة تخفيف الإجهاد فتتم برفع درجة الحرارة تدريجيًا إلى 110-130 درجة مئوية في الفرن، والحفاظ على دفئها لمدة 2-6 ساعات ثم تبريدها ببطء. ويتم معالجة الانتفاخ بغمر قطعة العمل في مذيبات مثل الميثانول والإيثانول والفينول والإيثر حتى يصبح سطحها أبيضًا قليلًا. ويمكن استخدام محلول التخشين الكيميائي لحمض الكبريتيك عالي التركيز في عملية التخشين الكيميائي، ولكن يجب أن تكون درجة الحرارة أعلى. كما يمكن إجراؤها في سوائل تخشين مثل هيدروكسيد الصوديوم ونترات الصوديوم ونتريت الصوديوم. ويُعد تحضير مواد السبائك وتحسين عمليات المعالجة المسبقة للسطح من المواضيع المهمة في أبحاث الطلاء الكهربائي بالبولي كربونات.

6. أنواع أخرى من البلاستيك للاستخدام في صناعة السيارات وطلاءها الكهربائي

بالإضافة إلى أنواع البلاستيك الأربعة المذكورة أعلاه والمستخدمة على نطاق واسع في صناعة السيارات، فإن أنواعًا أخرى مثل البولي إيثيلين، والبولي إيثيلين تيريفثالات، والبولي أوكسي ميثيلين، والبولي بروبيلين أوكسيد، والبولي فينيل كلوريد، وغيرها، تُستخدم أيضًا على نطاق واسع في صناعة السيارات. يتميز البولي إيثيلين بعزل جيد وثبات كيميائي، كما أنه سهل المعالجة. وغالبًا ما يُستخدم في الألواح الداخلية للسيارات، وصناديق الأمتعة، وخزانات الوقود، والأغلفة، والمصدات، وما إلى ذلك.

يتميز البولي إيثيلين تيريفثالات (PET) بمقاومة جيدة للزحف والإجهاد والاحتكاك، بالإضافة إلى ثبات أبعاده. ويُستخدم البولي إيثيلين تيريفثالات المُعدَّل غالبًا في إطارات مرايا الرجوع للخلف في السيارات، ومكبرات الصوت، وإطارات فتحات السقف، والأسقف، وغيرها. أما البولي أوكسي ميثيلين (POM) فيتميز بقوة أعلى من بلاستيك ABS، ويُعرف باسم "الفولاذ الفائق" أو "فولاذ السباقات". كما يتميز بخصائص ميكانيكية جيدة، وعزل حراري ممتاز، ومقاومة للمذيبات، وسهولة في التشكيل. ويمكن استخدام البولي أوكسي ميثيلين المُعدَّل في صمامات الطاقة والمفاصل العالمية في السيارات، بالإضافة إلى المحامل، والمقابض، ورافعات النوافذ، وغيرها.

مادة PPO غير سامة، شفافة، ذات كثافة نسبية منخفضة، وتتمتع بقوة ميكانيكية ممتازة، ومقاومة للزحف، ومقاومة للحرارة، وثبات أبعاد عالٍ. تُستخدم سبائك PPO/PS وPPO/PA وPPO/PBT وغيرها بكثرة في أغطية محاور العجلات، وهياكل مصابيح السيارات، وصناديق الفيوزات، والحواجز الكبيرة، ووسادات امتصاص الصدمات، وغيرها. أما مادة PVC، فتتميز بخصائص كهربائية جيدة، ومقاومة للأحماض والقلويات، وثبات كيميائي ممتاز. ويمكن استخدامها في أنظمة منع التصادم في السيارات، وأقمشة الألواح الداخلية للأبواب، وأسطح لوحات العدادات، والأختام، وغيرها.

يكمن الاختلاف الرئيسي في عملية الطلاء الكهربائي للبلاستيك المذكور أعلاه في المعالجة المسبقة وعملية التخشين. طالما أن عملية التخشين مناسبة لتكوين سطح خشن مثالي، يمكن إجراء عمليات التحسيس والتنشيط والطلاء الكيميائي والطلاء الكهربائي بسلاسة على السطح. ولن نكرر ذلك هنا.

البلاستيك المقوى بالألياف هو مادة مركبة تُصنع بإضافة مواد ليفية وأقمشة إلى البلاستيك أو الراتنجات. وقد أصبح اتجاهًا هامًا لتطوير مواد السيارات خفيفة الوزن. يتميز البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية (GFRP)، المعروف أيضًا باسم الألياف الزجاجية، بقوة نوعية عالية، ومقاومة للتآكل، وخصائص عزل كهربائي جيدة، وسهولة التلوين. ويُستخدم غالبًا في الأجزاء الهيكلية لهياكل السيارات، مثل الرفارف والأسقف والمصدات، وغيرها.

يتميز البلاستيك المقوى بألياف الكربون بقوة عالية، ومرونة جيدة، ومقاومة للإجهاد والتآكل، ويُستخدم غالبًا في هياكل السيارات الفاخرة، والشاسيه، والعجلات، وغيرها. أما البلاستيك المقوى بالألياف الطبيعية، فيُصنع من ألياف نباتية طبيعية مثل الجوت والسيزال كمواد تقوية. يتميز هذا النوع من البلاستيك بأداء ممتاز، كما أنه صديق للبيئة. ويمكن استخدامه في الألواح الداخلية للأبواب، وبطانات السقف، ومساند المقاعد، ولوحات العدادات، وغيرها. ويعتمد البلاستيك المقوى بالألياف على البلاستيك والراتنجات. ولا يزال التركيز في أبحاث عملية الطلاء الكهربائي على تحضير مواد مناسبة للطلاء الكهربائي وتحسين عملية الطلاء نفسها.

7. الخاتمة والتوقعات

مع التطور المستمر لتكنولوجيا السيارات خفيفة الوزن، أصبح البلاستيك أكثر المواد غير المعدنية خفيفة الوزن استخداماً. ولا يقتصر دور تقنية الطلاء الكهربائي على منح الأجزاء البلاستيكية مظهراً وملمساً معدنياً، مما يحسن من جماليات وراحة قطع غيار السيارات، بل يحسّن أيضاً من خصائصها الميكانيكية واستقرارها الكيميائي، مما يثري استخدام البلاستيك في صناعة السيارات.

يُسهم الطلاء الكهربائي للبلاستيك في صناعة السيارات في استبدال المواد المعدنية وتسريع عملية تخفيف وزن السيارات. وتُستخدم أنواع البلاستيك المُعدّلة والمُدعّمة بالألياف بشكل متزايد في السيارات نظرًا لخصائصها الممتازة. وسيُصبح تحضير مواد مناسبة للطلاء الكهربائي وتحسين عمليات الطلاء الكهربائي عنصرين أساسيين في تطوير تقنية طلاء الأسطح البلاستيكية بالمعادن.