MAKALE

Yayın Tarihi: 1 Eyl 2014 | Atakan Akay

0

DAHA HAFİF DAHA ÇEVRECİ ARABALAR ÇAĞI

Otomobil endüstrisi, tüketici taleplerine cevap verebilmek adına hem bilimsel alanda hem de teknoloji ve tasarım alanlarında kendini sürekli geliştirmeye açık tutmak zorunda olan bir endüstri. Bu tarz bir ilerlemeyi sağlayabilmek için de otomotiv üreticilerinin Ar-Ge yatırımlarını arttırması, günümüzde özellikle malzeme ve mühendislik alanında ilerleme kaydetmesi gerekli. 142 milyar dolarlık hafif araçlar sektörü düşünüldüğünde, üreticilerin gerçekleştirdiği Ar-Ge yatırımlarını küçümsememek gerektiği de ortaya çıkıyor. Özellikle araç üretiminde edindiği yeri her geçen gün daha da genişleten plastik malzemelerin daha hafif ve daha çevreci araçların üretimine nasıl ve ne derece katkı yaptığı, nasıl bir öneme sahip olduğu ve ne gibi araştırmalara konu olduğu da sadece otomobil sektörü için değil, tehlike sinyalleri veren çevremiz için de hayli önemli bir konu olarak karşımıza çıkıyor.

Bir otomobil satın almaya karar verdiğimizde, özellikle ülkemiz şartları düşünüldüğünde bir hayli para verdiğimiz bir aracın bizi memnun edecek özellikleri olması beklenmekte. Bu beklentiler ve özellikler tüketici çeşitliliğine ya da fiyat aralığına bağlı olarak değişkenlik gösterse bile, fiyat, performans, güvenlik seviyesi, tasarım ve yakıt tüketimi olarak kategorilendirilebilirler. Tam da bu noktada, bütün bu beklentiler dizisi birbirinden bağımsız olarak ele alınmak yerine bir bütün olarak incelenmelidir. Zira performansı etkileyen faktörler aynı zamanda yakıt tüketimini de etkileyecek, tasarımı etkileyen faktörler, aynı zamanda aracın ağırlığını, dinamiğini, toplam maliyetini ve sizin satın aldığınız fiyatı ve yine yakıt tüketimini etkileyecektir. İşte birbiriyle bu kadar bağlantılı olan parametreleri direkt olarak etkileyen en önemli unsurlardan biri de günümüzde bir aracın ağırlık olarak önemli bir yüzdesini oluşturan plastik parçalardır. Plastik parçalar, aracın kimi zaman kritik, kimi zaman ise tasarımına yönelik noktalarında yer alırlar ve yaklaşık olarak toplam ağırlığın %10-15’lik yüzdesini oluştururlar [1]. Aynı zamanda bu parçaların her birinin kendi özelliği bütünün genel resmini doğrudan etkiler. İşte tam da bu nedenle, hayatımızın hemen hemen her alanında yer alan plastiğe, bir de otomobilin içinden bakmakta fayda var.

Plastik Parçaların Tüketici Beklentilerine Etkileri

Hiç kimse bir araç satın alırken bu aracın ağır, yüksek yakıt tüketimine sahip, çabuk hızlanamayan, zamanla çürüyen, güneşte solan özelliklere sahip olmasını ve bir de buna ek olarak pahalı olmasını istemez haliyle. Beklentilerin üst limiti, satın alınacak fiyat ile doğru orantılı olsa da, nihayetinde günümüzde her aracın sahip olması ve her tüketicinin istediği standartlar bellidir. Peki bu beklentileri, plastik parçalar nasıl etkiliyor? İlk olarak kullanılan plastikten, bu plastik parçaların nasıl üretildiğinden, ya da hangi bilimsel parametrelerin işin içine dahil olduğundan bahsetmeden önce büyük resmin kafamızda oluşması adına bir araçtaki plastik parçaların nerelerde yer aldığına bakmak gerekli belki de.

Şekil 1. Binek bir araçta yer alan plastik parçalar [2]

Şekil 1. Binek bir araçta yer alan plastik parçalar [2]

Temsili bir araca ait şekilde de görebileceğimiz üzere, kapı panellerinden tutun da, motor alt korumalık, spoiler (rüzgarlık), bagaj tavan çıtası, ön göğüs olarak adlandırılan direksiyonun ve ön hava yastığınızın bulunduğu konsol, camı açtığınız ve kolunuzu dayadığınız yan kolluklar, çamurluk diye tabir edilen davlumbazlar, bardaklığın, kolçağın, el freninin, vitesin ve usb girişlerinizin olduğu bölgenin yerleştirildiği orta konsol, tampon korumalar, kapı çıtaları, jant kapakları, ızgaralar, farlar, benzin depo ve kapakları gibi onlarca iç ve dış parça araçta kendisini plastik malzemelere emanet etmiş durumda. Bu parçalardan rüzgarlık veya kapı çıtaları gibi parçalar tamamen araç tasarımı ve estetiği için yapılan parçalar olsa da, ön göğüs veya tampon parçaları çarpışma anında hayati önem taşıyan bölgelerden birisi olabiliyor, ya da aracınızın kapı panelleri gibi büyük parçaları plastikten yapılırken aynı zamanda motorunuzun ağırlığını taşıyacak ve o bölgedeki sıcaklığa dayanacak bir motor koruma parçası da plastik bir malzemeden üretilebiliyor.

Burada biraz detaya inip bir aracı parçalıyoruz belki ama bunun önemi kullanılan plastiklerin çok farklı şartlar altında kullanıldıklarını vurgulamak aslında. Plastik bir parça, yerine göre görsel bir konumdan uzakta olmasına rağmen yüksek ısı dayanımı özelliği ortaya koyarken, başka bir parça arabamızın estetiği için çok önemli bir faktör olarak karşımıza çıkıyor. Bu farklı şartlarda farklı özellikler göstermesi beklenen malzemelerin hepsinin genel adının plastik olduğunu biliyoruz. Ancak plastiği oluşturan hammaddemizin adı ise polimer malzeme. Farklı plastikler elde etmek için üretim sırasında polimer malzeme cinsimizi yani hammadde cinsimizi değiştiriyoruz. Plastik malzemeler görüntü olarak birbirlerine benzer gözükse de, nihayetinde hepsi farklı kimyasal yapılara sahip, bazıları amorf bazıları ise yarı-kristalin yapılara sahip malzemeler. Tüm bu polimer çeşitliliğine ilave olarak, aynı zamanda plastik parçaları ürettiğimiz polimer hammaddelerine farklı katkı malzemeleri eklenerek özellikleri de geliştirilebiliyor. Yani ısı dayanımının daha yüksek olması, mekanik özelliğinin daha iyi olması gibi özellikleri geliştirilebiliyor bu sayede.

Plastik Parçalar Nasıl Üretilir

Plastik parçaların üretimi, tüm dünyada başlı başına üzerinde kafa patlatılan, hem akademik hem de saha çalışmaları gerçekleştirilen bir mühendislik alanıdır. Sadece otomobil parçaları için değil, beyaz eşya ya da havacılık gibi diğer büyük endüstrilerde de önemi her geçen gün artan plastik parçaların üretiminde enjeksiyon teknolojisi adı verilen yöntem büyük ve kilit bir önem taşımaktadır. Enjeksiyon teknolojisi basitçe iki aşamadan oluşur. İlk olarak, granül şeklindeki polimer hammadde erime veya yumuşama sıcaklığına ısıtılır ve bir vida yardımı ile iyice karıştırılır. İkinci aşama olarak ise, daha önceden parça için özel olarak üretilmiş olan kalıba enjekte edilir ve kalıpta plastik soğutularak istenilen parçanın şeklini alır. Keşke her şey bu kadar kolay olsaydı. Ancak her mühendislik alanında olduğu gibi enjeksiyon teknolojisinde de her biri sonucu direkt olarak etkileyen onlarca farklı parametre mevcuttur. Bu parametreler makine sıcaklıklarından tutun da, hammaddenin nem oranına, kalıbın şekline, kalıp sıcaklığına, enjeksiyon hızına, enjeksiyon zamanına, plastiğin soğuma süresine kadar çok geniş bir çerçevede ele alınır. Ayrıca bu parametreler her farklı parçanın üretiminde kendine has değişkenlikler gösterirler, kolay kolay kendini tekrar etmezler.

Plastik parçaların üretilme amaçlarından ve neden tercih edildiklerinden detaylı olarak yazının devamında bahsedeceğiz ancak günümüzde çevresel olarak yokuş aşağı ilerlememizden dolayı araç üreticilerinden beklenen standartlar öyle bir hal aldı ki, araç üreticilerinin ihtiyaçları neredeyse klasik enjeksiyon tekniği ile üretilen plastikler ile karşılanamaz seviyeye ulaştı. İhtiyaçlardaki bu değişiklikler enjeksiyon teknolojisinde ve malzeme biliminde yeni gelişmelere ve araştırmalara yatırım yapılmasına kapı açmakta. Klasik enjeksiyon teknolojisi ile üretilen plastik parçalar günümüzde geçerliliğini hala koruyor ancak araçlarda istenen hafiflik ve buna bağlı olarak CO2 emisyonundaki düşüş mesela Mucell gibi yeni enjeksiyon teknolojilerini ortaya çıkarmış durumda. Mucell enjeksiyon plastik parça üretiminde, üretilen parçaların mekanik özellikleri aynı kalırken, iç yapısında meydana getirilen değişiklik nedeniyle (köpüklü yapı) %25’e kadar ağırlık düşüşüne imkan tanıyor. Gelişmekte olan yeni plastik üretim teknikleri apayrı bir yazı olacağından, bu yazının temel amacından sapmamak adına, ilgilisine klasik enjeksiyonun teorik olarak nasıl gerçekleştiğini anlatan videoyu sunarak, biz burada bu konuyu sonlandırabiliriz:

Otomobil endüstrisinde yakıt tüketimini mümkün olduğunca en aza indirmek günümüzün koşullarında araç üreticileri için en önemli hedeflerden birisi haline geldi. Bunda tüketicinin yakıt tüketiminde hesaplı olan araçları tercih etmesi faktörü her ne kadar etkili olsa da aynı zamanda uluslararası standartlar ile belirlenen CO2 emisyon değerlerinin de her geçen gün daha düşük değerleri içeren yasal düzenlemeleri yürürlüğe sokması önemli bir etken. Tüketici gözünden bakarsak eğer, özellikle orta seviye araç kullanıcıları, belli bir performans beklentisinde olsalar bile, daha çok araçlarının yakıt tüketimlerinin ve CO2 emisyonlarının düşük olmasını kendi bütçeleri için istiyorlar. Küresel ısınmanın gezegenimiz üzerinde yarattığı baskıyı düşündüğümüzde ise düşük yakıt tüketimi ve CO2 salınımları, çevre ve enerji açısından oldukça önemli. Fakat tam da bu noktada, yakıt tüketimini düşük seviyede tutabilmek demek, her ne kadar motor spesifikasyonları ile elbette bağlantılı olsa da aynı zamanda aracın ağrılığı ile de direkt olarak bağlantı. Otomobil üreticileri ne kadar hafif bir araç üretirlerse o kadar yakıttan tasarruf sağlayabileceklerini biliyorlar. Bu söylediklerimizi rakama dökmek gerekirse karşımıza şöyle bir hesap çıkıyor; bir araçta gerçekleştireceğiniz 1 kg’lık bir hafifleme, size yakıt tüketiminde 100 km’de 0.004 litrelik, CO2 tüketiminde ise kilometre başına 0.1gr’lık bir iyileşme sağlanması olarak geri dönüyor. Yani 190 bin kilometre yol yapan bir araçta bu sayılar karşımıza 1900 kg CO2 salınımı azalması ve 760 litre daha az benzin tüketimi demek oluyor [3]! Hem çevresel hem de maliyet açısından çok ciddi rakamlar bunlar. Kafamızda hemen o zaman bu plastik madem çok iyi, bütün aracı plastikten yapsınlar sorusu oluşuyor değil mi? Bu konuda da çalışmalar mevcut. Araçların metalden imal edilen gövdelerinin tamamen plastiğe dönüştürülmüş araçları da yakın zamanda görebileceğiz gibi duruyor. Ancak aynı zamanda bu araçların kaza yapma riski yüksek ve bu kazalarda yolcuların zarar görmemesi adına her aracın uluslararası olarak belirlenmiş olan güvenlik testlerini geçebilmesi ve belirli standartları karşılaması gerekli. Bu testler hepinizin bir dergide veya televizyonda denk gelmiş olabileceği çarpışma testleri de olabilir, araç sinyalinin belirli açılardan görülebilmesi testi de olabilir ya da farklı iklim koşullarında kullanılacak olan araç parçalarının bu iklimlerde öngörülen maksimum ve minimum sıcaklıklardaki yaşlandırma testleri de olabilir. İşte bu nedenle, bir arabayı tamamen plastikten, daha doğrusu tamamen tek bir malzemeden yapmak şu an için deneme aşamasında diyebiliriz. Ancak bu denemelerin çok kısa bir sürede nasıl sonuç vereceğini de yakın bir zamanda göreceğiz gibi duruyor.

Her malzeme farklı koşullarda başka malzemeler ile karşılaştırıldığında daha üstün veya daha kötü performans gösterebilir. Metal malzemeler önden çarpma testlerinde çok daha dayanıklı araçlara imkan sağlarken, plastik parçalar ancak destek parçaları olabilir. Ancak ön göğüs parçasını tamamen metalden yapmaya karar verirseniz, arabanızın inanılmaz bir şekilde ağırlaşmasına ek olarak kaza anında ön panelden patlamasını beklediğiniz hava yastığı metal malzemeden dolayı patlamayı başaramayacak veya patladığı takdirde yolcuya faydadan ziyade zarar getirecektir. Tüm bunlar bir araya getirildiğinde, plastik parçaların metalin yerini alabilmesi anlıyoruz ki belirli koşullar altında mümkün kılınabiliyor. Plastik teknolojisi de bu gereksinimleri karşılamayı başarabildikçe araçlardaki plastik parça sayısı artıyor. Aşağıda araçlara uygulanan birkaç güvenlik testi örneği paylaşalım.

Yukarıdaki iki çarpma testi örneğinde görülebileceği üzere, bir aracın önden çarpışması neticesinde tampon, ön göğüs, motor bölümündeki parçalar ve hatta kapı panelleri oldukça önemli etkenler olarak ortaya çıkıyor. Araçların ön kısmında bulunan metal malzemelerin etkisi zaten ortada olsa da burada kullanılan plastik malzemelerin mekanik dayanımlarının oldukça yüksek olması ve ihtiyaçlara cevap verebilmesi yaşamsal önem taşıyor. Yazının en başında plastik malzemelerin de çeşit çeşit olduğunu söylemiştik. İşte araçları birbirinden kılan farklı etmenlerin temelinde de araçlarda kullanılan plastik hammaddelerin ve katkı malzemelerinin çeşitleri öne çıkıyor.

Son yıllarda araçlardaki güvenlik önlemleri arttırılırken güvenlik testleri de geliştiriliyor. Misal en son Amerika’da gerçekleştirilen çarpma testinden geçmeyi sadece tek bir araç başarabildi. Bu durum, özellikle çoğu araç üreticisi firmayı ya tekrardan bazı bölgelere metal eklemeye itecek ya da daha dayanaklı plastik malzemeler üretilmesi için yatırımların arttırılmasına destek olmalarını sağlayacak. Bir yanda da yasal düzenlemeler neticesinde araç üreticilerinden 2015 yılında araçların üretildiği parçaların %85’inin geri dönüştürülebilir olması isteniyor. Sonuç olarak hem ağırlık azaltmasını hem de geri dönüştürülebilir malzeme kullanımını beraber değerlendirdiğimizde ikinci seçenek araç üreticileri için çok daha cazip oluyor.

Plastik Parçaların Avantajları

Çarpışma testlerinden örnekler verip, gözünüzü korkutup, arabanın hepsini metalden yapsınlar demenizi sağlamak gibi bir amacım yok. Tam tersine plastik malzemelerin üretimindeki düşük enerji sarfiyatı, gelecekte bitki ve bakteriler gibi tamamen doğal kaynaklardan üretiminin gerçekleştirilebileceği ve araçların CO2 salınımını düşüreceği gerçekleri, plastik malzemelerin önemini bir kez daha ortaya koyuyor.

Plastik parçaların ağırlık olarak metal parçalara göre avantaj sağladığından yazının başında da bahsetmiştik. Hatta bu avantajı rakamsal verilere döküp, nasıl korkunç yakıt tasarrufları sağladığımızı da yazmıştık. Aynı zamanda plastik parçalar metal parçaların aksine esneklik sağlayabildiğinden dolayı, bazı araçların ön bölgelerinde kısmi olarak plastik kullanılırken, aynı mantıkla tampon korumalarında da plastik kullanılıyor. Mesela tampon bölgesinde kullanılan plastik çarpışma anında araçtan kopacak standartlarda oluşturuluyor ki, iç tarafa ilerleyip yolcuya zarar vermesin. Aynı zamanda ön tarafta kullanılan plastik malzemeler, eski tamponlarda kullanılan metaller kadar hatta daha da iyi olarak çarpışma anında ortaya çıkan enerjiyi emebiliyorlar. Bu da çarpışmanın araç üzerinde yarattığı etkiyi en basit tabir ile hafifletiyor. Bu etki rakamsal olarak metale göre 4 kat daha fazla (100kJ/kg’a 25 kJ/kg) [1]. Ayrıca videolarda gördüğümüz ön çarpışmalarına ek olarak gerçekleştirilen yan çarpma testlerinde araçların kapı panellerinde bulunan plastik malzemeler yine aynı görevi görerek sizin hayatınızı kurtarmada etkin bir rol oynuyorlar.

Plastik parçalar, üretimleri sırasında ilave edilen katkılar sayesinde güneş ışınlarına karşı dayanıklı olabiliyorlar. Yani aracınızın dışında veya içinde yer alan herhangi bir plastik parça (kapı çıtası gibi, jant kapakları gibi) hiçbir zaman güneşte solup renklerini kaybetmiyorlar. Plastik parçalar metal parçalara göre kimyasal olarak daha dirençli malzemelerdir. Belirli katkı malzemeleri ile bu direnç çok daha yüksek seviyelere çıkarılabilir. Bu nedenle de özellikle nemli bölgelerde araçların çürümesi şeklinde anılan halk dilindeki tabir, aslında metalin nem neticesinde oksitlenmesidir. Plastik parçalar korozyon direncinin yüksek olması neticesinde bu tarz bir çürümeye maruz kalmazlar. Bunu gözümüzde eski arabaların genellikle çürümüş şekilde karşımıza çıkması, ancak günümüzdeki arabalarda bu çürümeye pek rastlamamız olarak gözümüzde canlandırabiliriz [4].

Plastik parçaların yüksek geri dönüştürülebilir (recycle) olması, çevresel olarak da büyük bir avantaj. Buradaki geri dönüşüme sahip olmaktan bahsettiğimiz olgu, hatalı olarak üretilen bir parçanın çöpe gitmemesi tekrardan hammadde haline getirilerek kullanılabilmesi olarak düşünülebilir. Araçlarda elde edilen hafiflik neticesinde düşük yakıt tüketimi de hem çevresel hem bütçesel olarak avantaj getiriyor. Araçların ortalama %15’inin plastikten oluştuğunu düşünürsek, plastiklerin sağlayacağı ağırlık avantajını da daha kolay göz önünde bulundurabiliriz aslında. Özellikle dünyanın en pahalı benzinini kullanan bir ülkede yakıt tüketiminde avantaj sağlanmasının ne demek olduğu çok daha iyi anlaşılabilir diye umuyorum. Yine rakamlarla konuşacak olursak, EPA’nın verilerine göre 2012 yılındaki araçların ortalama beygir gücü 222. Bu rakam 2000’de 181, 1990’da 135’ti. Yani beygir gücü olarak karşımıza yükselen bir ivme geliyor. Diğer taraftan 2012 yılına ait ortalama yakıt tüketimi 23.8 (MPG). Bu rakam 2000’de 19.8’di ve 1990’da 21.2’di. Beygir gücü ve yakıt tüketiminin normal şartlarda paralel bir şekilde artması gerektiğini düşündüğümüzde, beygir gücünün ortalaması 90 yılına göre %65 artarken yakıt tüketiminin ortalaması sadece %12 artış göstermiş. Bu motor özellikleri ile her ne kadar bağlantılı olsa da, bir yandan da araçların hafifletilmesi ile de direkt olarak bağlantılı. Bu hafiflemeye bu sefer de metal tarafından bakarsak, kullanılan metal oranı 1990’da %70 iken, 2012 yılında %59 olarak karşımıza çıkıyor [1].

Araç üreticilerinin parça montajı sırasında herhangi bir sıkıntı çıkmaması durumunda plastik malzemeler araçlarda çok daha iyi bir yalıtım sağlayacaktır. Bu da hem araç performansında hem de enerji verimliliği konusunda bize büyük avantajlar sağlayacaktır. Plastik parçalar özellikle araç estetiğinde oldukça önemli bir yere sahipler. Kolay bir şekilde renklendirilebilirler, parlak bir görünüme sahip olabilirler, kaplamalar neticesinde metalik bir görünüme sahip de olabilirler. Özellikle plastiklerin metalik olarak görünmesi konusunda Avrupa’da gerçekten çok başarılı çalışmalar mevcut. Metal ve plastik parça yanyana durduğunda görsel olarak hangisinin metal hangisinin plastik olduğunu anlamak günden güne zorlaşıyor. Anlamak için tek yol elinize almanız ve ağır olanın metal olduğunu farketmeniz!

Plastik parçalar yüksek ısıl dayanım gösterebilen parçalardır. Özellikle motor bölümünde kullanılan plastik parçaların bu yüksek ısıl dayanımı, bu bölgelerde hafifleme sağlarken aynı zamanda dayanıklılığı da beraberinde getirmektedir.

Bütün bu özellikleri toparlarsak eğer, bugün bir araç üretirken plastik kullanılmasaydı, bu yaklaşık olarak 300-400 kg daha ağır araçların üretilmesi demek olacaktı. Avrupa bazında yapılan araştırmalarda bu senede 12 milyon ton yakıt tüketiminden, 30.000 milyar ton CO2 salınımından tasarruf demek oluyor. Tüm bunların yanı sıra her sene karşımıza çıkan yepyeni dizaynların ve renklerin oluşabilmesindeki plastik katkılarını da düşünürsek, otomobil sektöründe plastik malzemeler olmazsa olmaz olarak yerini almış durumda.

Yarın kendi aracınıza ya da herhangi bir araca bindiğinizde, bugün bahsettiğimiz plastik parçaları keşfedip, onlara farklı bir gözle bakın. emin olun, gelecek nesillere biraz daha yaşanılabilir bir dünya bırakma savaşımızın gizli kahramanlarına bakıyorsunuz.

Kaynaklar:[1] – http://www.plastics-car.com/lightvehiclereport
[2] – http://molds.cc/images/car.jpg
[3] – http://www.plasticsconverters.eu/uploads/webpresentation%20Communication.pdf
[4] – http://www.thomasnet.com/white-papers/abstract/101490/uv-properties-of-plastics-transmission-resistance.html

Etiketler: , , ,


Yazar

Malzeme Bilimi ve Mühendisliği bölümünden mezun olan Akay, Nanoteknoloji masterı sonrası, şu an polimer malzemeler üzerine doktorasını devam ettirmekte ve aynı zamanda proses geliştirme mühendisi olarak da görev yapmaktadır. Franz Kafka, George Orwell ve Orta Dünya vazgeçilmezleridir.






Yorum yapın (Facebook, Twitter gibi hesaplarınız geçerlidir.)

Back to Top ↑
  • Patreon’dayız

  • Bizi Takip Edin

  • iTunes Bağlantısı

  • Reklam Alanı

  • Destekçiler

  • E-POSTA LİSTESİ

    Yeni bir yayınımız yayımlandığında e-posta yoluyla haberdar olmak için adresinizi bu alana girin.

    Diğer 99.811 aboneye katılın

  • Hızlı Takvim

    Eylül 2014
    P S Ç P C C P
    « Haz   Eki »
    1234567
    891011121314
    15161718192021
    22232425262728
    2930