11.2 Maakulkuneuvot

Maakulkuneuvoissakin pääasialliset komposiittien käytön syyt ovat rakenteiden keventäminen ja tuotantokustannusten alentaminen. Muita oleellisia vaatimuksia ovat kierrätettävyys ja pintarakenteiden osalta hyvä pinnan laatu.

11.2.1   Käyttökohteet

Suurina sarjoina tuotettavissa henkilöautoissa suurimpia ulkoisia komposiittiosia ovat puskurit. Tyypillisiä komposiittituotteita ovat myös pitkillä kuiduilla lujitetut levymäiset osat auton sisärakenteissa. Henkilöautot sisältävät lisäksi runsaasti pieniä tai pienehköjä teknisiä osia, jotka on valmistettu lyhyillä kuiduilla lujitetuista kestomuoveista. Komposiittiosien kokonaismäärä suurina sarjoina tuotettavassa henkilöautossa on auton koosta riippuen 80…120 kg.

Pienempinä sarjoina tuotettavissa automalleissa komposiittien suhteellinen osuus on tavallisesti suurempi. Esimerkiksi urheilu- ja pakettiautojen ulkopaneeleista osa on usein komposiittisia. Komposiiteista valmistetaan myös jousia ja vetoakseleita tämän tyyppisiin autoihin. Vastaavat komposiittirakenteet ovat tavallisia myös linja- ja kuorma-autoissa. Kuorma-autoissa tyypillisiä sovelluksia ovat lisäksi kuormatilat ja ilmanohjauslevyt.

Kilpa-autoissa komposiitteja käytetään runsaasti. Tunnetuimpia sovelluksia ovat ilmanohjauslevyjen ohella Formula 1 autojen itsekantavat korirakenteet.

Kiskokalustossa näkyvimpiä komposiittiosia ovat kaarevat pintapaneelit. Näistä rakenteellisesti vaativimpia ovat nopeiden junien nokkarakenteet. Pintapaneelien ohella komposiitteja käytetään runsaasti sisärakenteissa, mm. lattioissa, istuimissa, tarjotinlevyissä sekä matkatavarahyllystössä. Äärimmäisiä esimerkkejä ovat ”kokonaan komposiittiset” junanvaunut ja raitiovaunut.

11.2.2   Materiaalit ja rakenteet

Maakulkuneuvojen komposiittiosissa lujitteena on tavallisimmin E-lasikuitu. Hiilikuituja käytetään lähinnä vain kilpa-autoissa. Henkilöautoissa käytetään lisäksi lähinnä paremman kierrätettävyyden takia luonnonkuituja kuten pellavaa, hamppua ja jutia. Luonnonkuidut absorboivat runsaasti kosteutta, mistä syystä niitä voidaan käyttää vain kuivassa ympäristössä auton sisärakenteiden lujitteena. Lujitekuituja käytetään monissa eri muodoissa jatkuvina ja ei-jatkuvina tuotteina.

Matriisimuoveina käytetään sekä kerta- että kestomuoveja. Yleisimpiä kertamuoveja ovat tyydyttymättömät polyesterit. Korkeahkoja lämpötiloja kokevissa osissa matriisina voi olla fenoli. Epokseja ja vinyyliestereitä käytetään rakenteellisesti vaativissa osissa. Lujitettuja polyuretaaneja käytetään puolirakenteellisissa kohteissa kuten kojelaudoissa, ovipaneeleissa ja istuimissa. Yleisin kestomuovimatriisi on polypropeeni. Lujitettujen polypropeenisosien pinnan laatu on melko vaatimaton. Pitkillä kuiduilla lujitettujen polypropeenien tyypillisiä sovelluksia ovatkin levymäiset, piiloon jäävät osat. Teknisissä komposiittiosissa yleisin matriisiaine on polyamidi.

Kuljetusvälineiden matriisimuovit ovat useimmiten modifioituja. Lisä- ja täyteaineiden käytön syyt ovat osittain valmistusteknisiä. Usein lisä- ja täyteaineita tarvitaan myös lopputuotteelle asetettujen vaatimusten saavuttamiseen. Tyypillisiä syitä ovat pinnan laadun parantaminen ja tuotteelle asetettujen palovaatimusten täyttäminen.

Henkilöautojen komposiittiosat ovat tyypillisesti jäykistettyjä paneeleita ja muoto-osia. Näiden ohella kuorma-autoissa, junissa yms. hyödynnetään paljon kerroslevyrakennetta. Ydinaineena käytetään kennoja, solumuoveja ja balsaa. Ydin voi sisältää myös pinnasta pintaan risteileviä, pintalujitteisiin integroituja lujitteita, jotka kyllästetään matriisimuovilla kerroslevyn valmistuksen yhteydessä.

11.2.3   Valmistustekniikat

Maakulkuneuvojen kappale- ja sarjakoot ja kappaleille asetetut vaatimukset vaihtelevat suuresti. Kulkuneuvojen komposiittiosia valmistetaankin lähes kaikilla mahdollisilla tekniikoilla.

Autoissa toista ääripäätä edustavat F1-autot, joiden osia valmistetaan prepreg- ja injektiotekniikoilla. Injektiomenetelmiä käytetään myös valmistettaessa levymäisiä osia keskisuurina sarjoina. Pintapaneelit suurina sarjoina valmistetaan pääosin SMC- ja BMC-massoista puristamalla. Ei-näkyviä osia valmistetaan niin ikään puristamalla esim. GMT-levystä. Akseleita ja muita vastaavia tuotteita valmistetaan kelaamalla. Suuria levymäisiä osia valmistetaan alipaineinjektiolla ja ruiskuttamalla. Kontteja ja vastaavia tuotteita valmistetaan myös valmiista kerroslevyistä. Pultruusioprofiileja käytetään palkkeina. Pultruusiolla voidaan myös valmistaa paneeleja, joista edelleen kootaan suurempia levyrakenteita.