Tworzywa sztuczne zajmują coraz ważniejsze miejsce w motoryzacji. Jeszcze 20 lat temu ich udział w całkowitej masie produkowanych samochodów osobowych nie przekraczał 5%. Obecnie sięga 20, a nawet 30% i stale rośnie. Jest to możliwe dzięki postępom inżynierii materiałowej i chemii. Tworzywa sztuczne są wykorzystywane do produkcji części, które do niedawna mogły być wykonywane wyłącznie z metalu.
Do dziś wiele osób kojarzy tworzywa sztuczne w motoryzacji przede wszystkim z elementami wykończenia wnętrz, zderzakami, obudowami lusterek. Niesłusznie, ponieważ po tworzywa sztuczne coraz częściej sięgają producenci silników, układu przeniesienia napędu i nadwozi.
Większa popularność tworzyw sztucznych oznacza większe zapotrzebowanie na naprawy wykonanych z nich części, bo wbrew pozorom nie każde uszkodzenie kwalifikuje element do wymiany. Doświadczony mechanik, znający właściwości tworzyw sztucznych i dysponujący dobrze zorganizowanym warsztatem, w wielu przypadkach może zdziałać cuda.
Tworzywa sztuczne można naprawiać różnymi technikami. Najczęściej stosuje się klejenie, spawanie i zgrzewanie. Kluczem do sukcesu jest dopasowanie techniki, materiałów i parametrów obróbki do właściwości i rozmiarów tworzywa, z którego został wykonany uszkodzony element. Można to osiągnąć tylko w jeden sposób: łącząc wiedzę z praktyką.
Z czego to jest zrobione
Powodzenie naprawy zależy od poprawnej identyfikacji materiału. W większości przypadków, zwłaszcza, kiedy mamy do czynienia z dużymi elementami (np. zderzaki), zadanie jest proste: producenci umieszczają na przedmiotach wykonanych z tworzyw sztucznych symbol materiału. Ułatwia to segregację i przygotowanie do recyklingu lub naprawy. Przykładowe oznaczenia często stosowanych tworzyw zamieszczamy poniżej.
Jeśli nie można znaleźć oznaczenia, bo nie zostało ono poprawnie naniesione albo znajdowało się na utraconym fragmencie przedmiotu, pozostaje spróbować rozpoznać tworzywo na podstawie jego właściwości fizykochemicznych. Ocenia się: twardość, gęstość, odporność na zarysowanie, zachowanie w podwyższonej temperaturze, zachowanie przy próbie spalania w płomieniu. Lista właściwości charakterystycznych wszystkich tworzyw sztucznych stosowanych w przemyśle samochodowym jest zbyt długa, żeby przytaczać ją w całości. Dokładny opis można znaleźć w literaturze poświęconej materiałoznawstwu i polimerom.
Podział tworzyw sztucznych
Właściwości tworzyw sztucznych wynikają z ich składu chemicznego i sposobu organizacji cząsteczek w łańcuchy. W motoryzacji najczęściej stosowane są elastomery, plastomery i duroplasty.
Elastomery – poddawane niewielkim naprężeniom w temperaturze pokojowej znacznie się odkształcają, a po ustaniu siły naprężającej powracają do pierwotnego kształtu. Wykorzystuje się je do produkcji uszczelek, elementów pochłaniających drgania.
Plastomery – pod wpływem umiarkowanych sił nieznacznie się odkształcają (do około 1%). Jeśli siła odkształcająca rośnie, odkształcenie staje się trwałe, przy dalszym wzroście naprężenia następuje mechaniczne zniszczenie elementu. Plastomery dzielą się na termoplasty i duroplasty.
Duroplasty – w podwyższonej temperaturze i/lub pod wpływem utwardzaczy stają się nietopliwe i nierozpuszczalne. Ponownie podgrzane ulegają trwałemu, chemicznemu rozkładowi. Dzieli się je na termoutwardzalne i chemoutwardzalne. Pierwsze są po uformowaniu podgrzewane, do drugich dodaje się utwardzaczy chemicznych. Naprawa elementów wykonanych z tych tworzyw polega przede wszystkim na laminowaniu, klejeniu, wypełnianiu masami plastycznymi.
Termoplasty – w podwyższonej temperaturze uplastyczniają się i wtedy można je kształtować. Po obniżeniu temperatury twardnieją i zachowują kształt nadany na gorąco.
Ten proces może być wielokrotnie powtarzany, bez straty materiału i pogorszenia jego właściwości fizykochemicznych. Tworzywa termoplastyczne doskonale nadają się do spawania, zgrzewania, prostowania i kształtowania na gorąco.
Tab. 1. Zastosowanie tworzyw sztucznych w przemyśle samochodowym.
Źródło: Materiały opublikowane przez Zespół Tworzyw Sztucznych Katedry Odlewnictwa, Tworzyw Sztucznych i Automatyki Politechniki Wrocławskiej.
Metody naprawy
Najłatwiej i najskuteczniej naprawia się przedmioty wykonane z tworzyw termoplastycznych. Proces rozpoczyna się od oczyszczenia i wygładzenia miejsca uszkodzenia. Należy dokładnie usunąć wszystkie zanieczyszczenia mechaniczne, lakier itp. Drobne odpryski, które najprawdopodobniej odkształcą się i odpadną podczas podgrzewania, lepiej jest usunąć mechanicznie. Po wstępnym opracowaniu miejsca uszkodzenia trzeba zdecydować, w jaki sposób części zostaną połączone. Przy czystych pęknięciach bez odprysków i ubytku materiału można rozważyć nadtopienie obu fragmentów i połączenie przez dociśnięcie „koniec do końca”. W przypadku większych ubytków należy zaplanować sposób ich wypełnienia: granulatem albo spoiwem. Spoiwa występują w wielu postaciach: najczęściej jako druty i pręty o różnym kształcie.
Do podgrzania tworzywa służy gorące powietrze wydmuchiwane przez dyszę o kształcie odpowiadającym konkretnym potrzebom. Temperaturę powietrza i wydajność nadmuchu ustawia się w zależności od rodzaju spawanego tworzywa. Im większe rozmiary i grubość elementów, tym większa ich pojemność cieplna, a zatem trzeba dostarczyć większej ilości ciepła, żeby utrzymać wysoką temperaturę przez czas niezbędny do uzyskania pełnego, trwałego połączenia.
Po zespawaniu brzegów uszkodzonego elementu obrabia się je mechanicznie. Jeśli na element będzie nakładana powłoka malarska, powierzchnię trzeba wyszlifować, zmatowić i nanieść odpowiedni podkład.
Źródło gorącego powietrza można wykorzystać także do uplastycznienia wgniecionych lub zagiętych obszarów naprawianego elementu. Po uplastycznieniu można zmodyfikować ich kształt, stosując wałki stalowe o gładkiej powierzchni albo inne, często przygotowywane we własnym zakresie szablony. Tutaj bardzo przydaje się doświadczenie. Wyprostowanie wgniecionego zderzaka może się sprowadzić do kilkuminutowego podgrzewania miejsca uszkodzenia połączonego z delikatnym napinaniem elementu. Brzmi prosto, a jednak nie każdy to potrafi. Trzeba wiedzieć, w jakim kierunku należy ucisnąć element i jak mocny ma być nacisk.
Elementy wykonane z tworzyw termoutwardzalnych i chemoutwardzalnych nie mogą być spawane, ponieważ znaczny wzrost temperatury może je trwale uszkodzić. W tym przypadku trzeba skorzystać z klejenia i laminowania. Kleje do tworzyw sztucznych są dostępne w bardzo szerokim asortymencie. Wybór odpowiedniego preparatu nie jest łatwy, nawet jeśli dobrze wiemy, z jakiego tworzywa wykonano uszkodzony element. Producenci zachwalają swoje wyroby, ale ostateczna decyzja powinna wynikać z doświadczenia mechanika.
Kleić można na wiele sposobów: koniec do końca, podklejając odpowiednio ukształtowaną „łatką”, matą z włókna szklanego. Dokładne opisy techniki klejenia są udostępniane przez producentów preparatów. Jednak zawsze należy pamiętać o przygotowaniu narzędzi, które posłużą do czasowego unieruchomienia połączonych elementów. O ile spaw uzyskuje pełną trwałość po ochłodzeniu do temperatury pokojowej, o tyle połączenie klejone może potrzebować nawet kilkunastu godzin.
Jest jeszcze jeden niezbędny drobiazg: przyrząd albo materiał do szybkiego usuwania nadmiaru kleju. Trzeba to zrobić zanim spoina stężeje, w przeciwnym wypadku należy się liczyć z kiepskim efektem estetycznym.
Tab. 2. Podział tworzyw sztucznych.
BHP
Obróbka tworzyw sztucznych wymaga zachowania środków ostrożności. Spawanie i zgrzewanie odbywają się w wysokiej temperaturze, istnieje więc ryzyko oparzenia. Kleje, spoiwa używane podczas naprawy mogą być łatwopalne, mogą też wydzielać toksyczne związki chemiczne. Ryzyko zatrucia oparami i powstania pożaru jest szczególnie duże wtedy, gdy zostaną przekroczone parametry procesu technologicznego: naprawiany element zostanie zbyt mocno podgrzany, albo czas podgrzewania będzie zbyt długi.
Pęknięte przedmioty mogą mieć ostre krawędzie, które z łatwością przecinają skórę. Przed spiłowaniem lub obtopieniem przełomu należy zachować szczególną ostrożność.
Stanowisko do naprawy elementów wykonanych z tworzyw sztucznych musi być wyposażone w sprawną wentylację, a pracownicy powinni używać środków ochrony: rękawic i okularów ochronnych. Pod ręką powinna być gaśnica i źródło zimnej wody, którą można szybko schłodzić miejsce oparzenia. Naprawiane elementy muszą być zamocowane w sposób, który ułatwia swobodny dostęp do uszkodzonego miejsca, ale jednocześnie odciąża pracownika. Manewrowanie zderzakiem trzymanym na kolanach nie jest ani bezpieczne, ani komfortowe.
Wiedza i doświadczenie
Praca z tworzywami sztucznymi wymaga sprawności manualnej, wyobraźni przestrzennej, doświadczenia, umiejętności kojarzenia faktów, gotowości do ciągłego eksperymentowania i podnoszenia kwalifikacji. W tej pracy dobrze sprawdzą się osoby posiadające zdolności plastyczne, doświadczenie w rzeźbie, modelowaniu.
Wprawa przychodzi z czasem i nic nie zastąpi praktyki. Najbezpieczniej jest zacząć od prób na fragmentach uszkodzonych elementów, np. zderzaków, desek rozdzielczych. Takie części można dostać za darmo, w dużych ilościach. Koszt nauki ogranicza się do opłaty za energię elektryczną i materiały. Najważniejszy jest jednak czas i „smykałka” do tego typu pracy. Jeśli można ćwiczyć pod okiem doświadczonego pracownika, wszystko odbędzie się znacznie szybciej i przyniesie lepsze efekty.
Tab. 3. Przykładowe temperatury spawania.
Czy warto?
Właściciele warsztatów, którzy poszukują możliwości rozwoju i chcą przyciągnąć nowych klientów, powinni rozważyć wprowadzenie do oferty usługi naprawy elementów plastikowych. Podstawowe narzędzia i wyposażenie nie są drogie. Ręczna spawarka na gorące powietrze kosztuje od kilkuset złotych do dwóch tysięcy złotych, w podobnej cenie można kupić zgrzewarkę. Do tego trzeba dodać koszt drobnych narzędzi, np. wałków, ścisków, materiałów do wypełniania ubytków, spoiw.
W wersji minimum można ograniczyć inwestycję do mniej niż 2000 zł. Tyle wystarczy, żeby zorganizować stanowisko pracy, na którym można eksperymentować, zdobywać doświadczenie i wykonywać pierwsze, niezbyt skomplikowane naprawy dla klientów. Za około 10 000 zł można kupić sprzęt i materiały umożliwiające naprawę większości uszkodzeń kwalifikujących się do reperacji.
Piotr Kołaczek