Gdzie znajdziesz chemię w swoim samochodzie?

Co można wykorzystać do budowy samochodu?

Chociaż sercem każdego samochodu jest silnik i on w dużej mierze decyduje o dynamice całego pojazdu, nie mniej istotną rolę odgrywają inne elementy, w tym karoseria. Materiał, z jakiego jest wykonana, stanowi połączenie wiedzy i doświadczenia z chemii, fizyki oraz inżynierii materiałowej. Chociaż podstawowym materiałem stosowanym w nadwoziach jest nadal stal, to coraz powszechniejsze jest wykorzystywanie kompozytów, polimerów czy nawet niektórych odpadów pochodzących z recyklingu.

Większość elementów karoserii jest wykonana ze stali walcowanej. Stal to stop żelaza z węglem. Dodatkowo, aby poprawić właściwości materiału końcowego, wprowadzane są modyfikatory w postaci wybranych pierwiastków chemicznych, w tym miedzi, manganu, niklu czy kobaltu. W zależności od elementu konstrukcyjnego samochodu, wykorzystywana stal posiada nieco odmienny skład wagowy, np. stal stosowana w części łożyskowej, charakteryzuje się niską zawartością węgla. Ponadto, aby sprostać szczególnym wymaganiom, inżynierowie opracowali specjalne gatunki stali, w tym zapewniające uzyskanie pożądanej ciągliwości czy wytrzymałości gotowego produktu.

Do wykonania np. ramy samochodowej może posłużyć aluminium. Zastosowanie tego metalu ma pewne wady w porównaniu do stali, np. mniejszą wytrzymałość mechaniczną, ale za to wykazuje zmniejszoną podatność na wilgoć. Jako czysty metal nie jest stosowany, a jedynie jego stopy. Rodzaj i ilość dodatków stopowych jest uzależniona od wymaganych właściwości końcowych. Najczęściej stosowane są magnez, krzem, miedź i mangan. Poszczególne stopy różnią się pomiędzy sobą parametrami, dlatego należy je dobierać do wymagań elementu końcowego.

Popularnymi materiałami konstrukcyjnymi są kompozyty. Definiuje się tak materiały, które składają się z więcej niż dwóch składników. Do wytwarzania kompozytów na potrzeby branży motoryzacyjnej, stosuje się tzw. osnowy metaliczne (żelazo i jego stopy, stopy niklu, aluminium, magnez, miedź i in.), ceramiczne (tlenek glinu, azotek krzemu i in.) oraz polimerowe (żywice termoutwardzalne i chemoutwardzalne, tworzywa termoplastyczne i in) . Najczęściej wykorzystywane kompozyty to włókna szklane. Otrzymuje się je poprzez dodanie wypełniacza polimerowego do włókna szklanego. W ostatnich latach szczególną uwagę przykuwa się także do zastosowania kompozytów zbrojonych włóknem węglowym, ze względu na ich szereg zalet, w tym przede wszystkim dużą wytrzymałość mechaniczną.

Paliwa i smary

Paliwa i smary to kolejne z elementów odgrywających bardzo ważną rolę w branży motoryzacyjnej. Również tutaj znaleźć można wiele związków chemicznych.

Paliwa

Najważniejsze w przypadku paliw są ich właściwości. Te zależą bezpośrednio od ich składu chemicznego. Paliwa to produkty głównie węglowodorowe, zawierające domieszki innych pierwiastków.

• Benzyna – jest to ciekła mieszanina węglowodorów alifatycznych zawierających od 5 do 12 atomów węgla, otrzymywana w procesie rektyfikacji ropy naftowej. Ponadto benzyna zawiera w składzie węglowodory nienasycone (posiadające w cząsteczkach wiązania wielokrotne) oraz aromatyczne (mające pierścienie benzenowe). W celu poprawy właściwości dodawane są również tzw. środki przeciwstukowe, którymi są wybrane związki chemiczne. Ich całkowita zawartość zwykle nie przekracza 1%. Ważnym parametrem, mówiącym o jakości benzyny jest liczba oktanowa. Jej wartość charakteryzuje zdolność paliwa do wydajnego spalania. Standardowo na stacjach paliw dostępne są benzyny o liczbie oktanowej 95 i 98.
• Olej napędowy – jest to paliwo pozyskiwane w procesie destylacji ropy naftowej. W skład oleju napędowego wchodzą frakcje naftenowe, parafinowe oraz aromatyczne. Surowy produkt zawiera sporą ilość siarki, co jest zjawiskiem wysoce niekorzystnym. Dlatego usuwana jest ona w procesach hydrorafinacji. O jakości oleju napędowego mówi tzw. liczba cetanowa. Jest to parametr mówiący o zdolności oleju napędowego do samozapłonu. Zależy ściśle od składu chemicznego. Im wyższa wartość, tym łatwiej jest uruchomić zimny silnik z jednocześnie możliwie najmniejszą emisją spalin.
• LPG i CNG – są to dwie odmiany gazu, wykorzystywane w motoryzacji. W samochodach najczęściej stosowane są instalacje LPG. Gaz ten stanowi mieszaninę węglowodorów pochodzenia naftowego. Głównie w jego skład wchodzą propan i butan. Jego złoża towarzyszą ropie naftowej i wraz z nią jest wydobywany. Część z LPG jest pozyskiwana, jako produkt uboczny przetwarzania ropy naftowej. CNG oznacza sprężony naturalny gaz wydobywany z odwiertów. Jest to gaz ziemny, czyli głównie metan. Ponadto w jego składzie mogą znaleźć się w niewielkich ilościach azot, etan lub propan. Zawartość poszczególnych składowych zależy od złoża gazu.

Przeczytaj więcej o chemii dla przemysłu paliwowego. oraz o wydobyciu i produkcji ropy naftowej oraz gazu.

Smary

Równie ważne dla pojazdów samochodowych są smary. Spełniają one szereg funkcji przy kontroli tarcia oraz zużywania się poszczególnych elementów. Smary ponadto chronią silnik przed korozją, zapewniają właściwą temperaturę tłoków i wiele innych.

Ogólny podział smarów stosowanych w motoryzacji obejmuje:

• Oleje silnikowe – są środkami smarnymi, zapewniającymi ochronę silnika. W zdecydowanej większości składają się z oleju bazowego, reszta to dodatki wpływające na ich właściwości. Bazą zwykle są oleje mineralne, które stanowią mieszaninę ciekłych węglowodorów pochodzących z przerobu ropy naftowej. Jako dodatki stosowane są m.in. związki powierzchniowo-czynne, spełniające funkcję emulgatorów, modyfikatory lepkości oraz środki antykorozyjne.
• Oleje przekładniowe – ich głównym zadaniem jest ograniczenie tarcia pomiędzy współpracującymi elementami. Głównym składnikiem jest baza olejowa, którą są oleje mineralne lub syntetyczne. Resztę stanowią różnego rodzaju dodatki.
• Smary plastyczne – stosowane są w miejscach łączeń elementów ruchomych (łożysk, przegubów i in.). Struktura smarów plastycznych przypomina szkielet wykonany z zagęszczacza (są nimi zazwyczaj mydła proste, woski, polimery czy hydrolizowana krzemionka) wewnątrz którego znajduje się olej. Dużą fazę objętościową w smarach stanowi faza rozpraszająca, stanowiąca oleje mineralne lub syntetyczne, poliglikole, estry lub ciekłe silikony. Ponadto stosowane są dodatki uszlachetniające, np. proszki metali, teflon lub dwusiarczek molibdenu. Skład smarów plastycznych może być bardzo zróżnicowany w zależności od producenta, a także od jego właściwości i końcowego przeznaczenia.

Dowiedz się więcej o przemysłowych środkach smarowych i płynach funkcyjnych.

Samochodowe ogniwo galwaniczne, czyli akumulator

Akumulator to odwracalne, elektrochemiczne źródło energii. W samochodach, odpowiada za magazynowanie energii, która może zostać wykorzystana, np. do zasilania wszystkich urządzeń i układów samochodu lub rozruch silnika. W każdym ogniwie zachodzą reakcje chemiczne, będące źródłem elektronów. Poruszające się elektrony to prąd elektryczny. Podstawowy typ akumulatorów w samochodach to kwasowo – ołowiowe.

Akumulatory to bardzo “chemiczne” urządzenia. Zbudowane są z szeregu ogniw połączonych ze sobą szeregowo. Umieszczone są w odseparowanych od siebie komorach obudowy, wykonanej z materiału odpornego na działanie kwasu. Pojedyncze ogniwo składa się z płyt dodatnich i ujemnych umieszczonych naprzemiennie. Elektroda dodatnia wykonana jest z dwutlenku ołowiu, a ujemna z ołowiu porowatego. Szkieletem każdej płyty jest kratka, wykonana ze stopu ołowiowo – wapniowego. Najnowsze akumulatory zawierają także inny pierwiastek chemiczny, jakim jest srebro. Zwiększa on odporność urządzenia na pracę cykliczną i wysokie temperatury elektrolitu. Przekładki płyt w akumulatorze wykonane są natomiast z polietylenu. Przestrzeń pomiędzy płytami, jest wypełniona 37% roztworem wodnym kwasu siarkowego (VI).

Zasada działania akumulatorów opiera się na zachodzącej reakcji chemicznej. Woda z roztworu kwasu siarkowego (VI) powoduje rozpad (dysocjacje) jego cząsteczek na jony wodoru i reszty kwasowe, które są transportowane pomiędzy płytami dodatnią i ujemną w trakcie ładowania i rozładowywania akumulatora. Gdy akumulator jest podłączony do odbiornika prądu, to przez elektrolit płynie prąd. Skład chemiczny elektrod zmienia się i powstaje siarczan ołowiu, czyli następuje rozładowanie akumulatora. Jego ładowanie odbywa się przez odwrócenie całego procesu. Gdy przepuszczony zostanie prąd z zewnętrznego źródła, np. prostownika, spowoduje on przemianę siarczanu ołowiu z powrotem w dwutlenek ołowiu i ołów porowaty. W czasie ładowania następuje także rozkład, czyli elektroliza wody na tlen i wodór.,

Chemia samochodowa

Nikogo nie trzeba przekonywać do tego, że pielęgnacja samochodów jest niezwykle ważna. Nie sprawia ona jedynie, że samochód jest czysty i zadbany, ale także przyczynia się do wydłużenia żywotności szeregu elementów wyposażenia. Preparaty wykorzystywane do pielęgnacji samochodów, popularnie są nazywane chemią samochodową.

Wśród produktów chemii samochodowej wyróżnia się:

• środki do pielęgnacji karoserii,
• środki do pielęgnacji tapicerki,
• środki do pielęgnacji deski rozdzielczej,
• środki konserwujące części mechaniczne.

W skład wyżej wymienionych produktów wchodzi szereg substancji chemicznych. Ich rodzaj i ilość zależy od końcowego przeznaczenia. Produkty do mycia i pielęgnacji karoserii, czyli np. szampony, będą zawierały w składzie przede wszystkim surfaktanty (środki powierzchniowo-czynne). Będą one odpowiedzialne za skuteczne usuwanie zanieczyszczeń. Do takich substancji można zaliczyć związki o nazwach INCI np. Sodium Lauryl Sulphate lub Coco Dieathanolamide. Poza tym często stosowany jest chlorek sodu oraz alkohol izopropylowy. Alkohole wykorzystywane są szczególnie w preparatach do czyszczenia i pielęgnacji szyb samochodowych. Ułatwiają one usunięcie zanieczyszczeń, a ponadto szybko odparowują, przez co nie pozostawiają smug. Produkty do czyszczenia tapicerki i deski rozdzielczej, to przede wszystkim substancje o właściwościach myjących i odtłuszczających, a także surfaktanty i woski. Jako dodatki stosowane są związki zapachowe.

Zobacz gotowe receptury produktów i formulacje chemiczne dla branży autocare.