Kapitola I. POKROČILÉ KONSTRUKČNÍ MATERIÁLY

Pokročilé konstrukční materiály pro dopravní prostředky
Vývoj nanotechnologií v určitých oblastech automobilového průmyslu je znám ještě před jejich celosvětovým nástupem. Příkladem nanomateriálu, který byl používán již před rokem 1980 je uhelná čerň do výroby pneumatik. Požadavky automobilového průmyslu se v poslední době poměrně výrazně mění. Třemi nejvýznamnějšími faktory, které ovlivňují návrh automobilu, jsou dnes náklady, výsledná spotřeba a emise škodlivin. Materiály musí splnit základní kritéria, která automobilový průmysl má: být levnější, lehčí a snáze vyrobitelné nebo smontovatelné a zároveň s vysokou míru recyklovatelnosti. Například továrna DuPont ve Zlíně, která vyrábí vrstvená čelní skla do automobilů recykluje veškerý odpad je zpět použitý ve výrobě.
Široká škála materiálů, které jsou v osobním automobilu zastoupené, jsou znázorněny v následujících hmotnostních poměrech na Obr. 1.1.

Obr. 1.1. Zastoupení konstrukčních materiálů v osobních automobilech.

Složitá konstrukce automobilu vyžaduje pro jednotlivé konstrukční skupiny materiály, které se vyznačují specifickými užitkovými a zpracovatelskými vlastnostmi. Požadavky uživatelů automobilů se však stále mění směrem k vyšší bezpečnosti, většímu komfortu, hospodárnějšímu provozu a lepšímu vzhledu automobilů. Vlivem vysoké elektronizace automobilů se zvyšuje množství plastových konektorů, které vlivem nedostatku místa musí být umísťovány stále blíže k motoru. V dopravních prostředcích samonosná karoserie plně nahradila rám podvozku, který byl funkci nosného prvku vozidla.

V dopravních prostředcích samonosná karoserie plně nahradila rám podvozku, který byl funkci nosného prvku vozidla. Nápravy jsou upevněny na spodní část samonosné karosérie a
Převodovkou je zavěšen přímo v karoserii. Samonosná karoserie plně přejímá funkci nosného rámu: v místech upevnění náprav, motoru a převodovky má vhodné zpevnění výztuhami. Většina sériově vyráběných automobilů je stále vybavena tlumiči nárazů (silentbloky),kterými jsou bloky gumy mezi ocelovými pouzdry. Motor je uložen na pružných blocích v upravených lůžkách, které se používají kvůli tlumení vibrací a hluku přenášeného do karoserie. Fyzikální vlastnosti gumy se však zhoršují působením tepla, chemikálii, ultrafialového záření a dalších okolních vlivů. Guma velmi rychle stárne a pokud je vystavena dlouhodobému zatížení, přizpůsobuje svůj tvar a pozici působící síle a přestává plnit svoji funkci. Pokud jsou ve voze použity sériové gumové silentbloky, ovladatelnost vozidla není optimální a časem se ještě zhoršuje. Přesnost řízení se ztrácí a i přes kvalitní tlumiče dochází při prudším záběru nebo brzdění ke kmitům. Pokud zavěšení kol ztratí své původní vlastnosti, dochází také k vyššímu opotřebení pneumatik a tlumičů.
Polymerní materiály se obvykle objevovaly v automobilech ve formě součástí hned po jejich uvedení na trh materiálů. Zpočátku nebyl výběr plastů bohatý, proto i zastoupení plastů v materiálové skladbě automobilů bylo malé. Se zavedením výroby nových termoplastických polymerů v padesátých a šedesátých letech nastal větší rozvoj jejich aplikací.

Obr. 1.2. Lehké plastické materiály na automobilu.


V tomto období však plasty plnily především funkci náhrad klasických materiálů, které se pro svoji vysokou cenu a technologicky náročnou zpracovatelnost nehodily pro velkosériovou výrobu. Razantní vzestup spotřeby plastů v automobilovém průmyslu nastal v sedmdesátých letech a byl nastartován zvyšujícími se požadavky na pasivní bezpečnost a hospodárnost. V současnosti jsou pro konstrukce dopravních prostředků používány lehké plastické materiály, které nahrazují kovy (Obr. 1.2).
Polymerní materiály zahrnují gumu, reaktoplasty a termoplasty. Mezi reaktoplasty (dříve termosety, duromery, duroplasty) patří i pěnové polyuretany využívané na čalounění sedadel, v interiéru kabiny a na zvukově-izolační dílce karosérie. Podíl termoplastů na materiálovém složení osobního automobilu je přibližně 8 %. Celková hmotnost termoplastických materiálů v osobním automobilu se u různých typů liší. Podle technické úrovně konstrukce a velikosti automobilu se v případě střední třídy na výrobu jednoho automobilu použije obvykle 130 až 145 kg plastů. Největší podíl plastových dílců obsahuje karosérie, nejméně podvozek.
Z různých druhů plastů jsou nejvíc využívané materiály na bázi polypropylenu (35 %), následují různé druhy polyamidů (14 %), polyetylén (10 %) a polymery ABS (7 %).
Vývojový trend směřuje ke stále širšímu využívání materiálů založených na polypropylénu (PP), zvláště směsi polypropylénu s elastomery a vyztužujícími plnivy. Širšímu uplatnění polypropylénových směsí přeje nejen široká variabilita jejich mechanických a estetických vlastností, ale též ekonomická výhodnost jejich aplikací.

Obr. 1.3. Vnější a vnitřní použití modifikovaného polypropylénu

Houževnatost PP, který sám o sobě je křehký zvlášť za teplot pod bodem mrazu, je modifikovaná jeho mícháním s etylén-propylénovými statistickými anebo blokovými kopolymery (EPM, případně EPDM kaučuky), anebo blokovými styrén-butadienovými kopolymery (SBS kaučuky). Pro vnější aplikace je kromě vysoké houževnatosti požadována také vysoká povětrnostní odolnost. Materiál musí být kromě základní stabilizace proti účinkům tepla stabilizovaný i proti účinkům UV záření. Vynikajícím, a přitom velmi levným způsobem UV stabilizace je pigmentace materiálu sazemi. 

Z různých typů polyamidů má největší praktické uplatnění polyhexametylenadipamid, který je v praxi označován jako typ 66 a polykaprolaktam, známý jako typ 6. Typ 66 se vyznačuje vysokou tuhostí, výbornou odolností vůči otěru a výbornými tepelnými vlastnostmi. Pro typ 6 je charakteristická vysoká houževnatost a pružnost. Oba uvedené typy polyamidů jsou oblíbeným základem mnohých typů materiálů aplikovaných v konstrukci automobilů, kde vítanou vlastností polyamidové matrice je vysoká odolnost vůči automobilovým palivům a mazivům. Nejčastější jsou požadované modifikované polyamidy se zvýšenou tuhostí a houževnatostí. Zvýšení mechanické tuhosti plastů se dosahuje jejich mícháním s vláknitým nebo destičkovitým minerálním plnivem. Pro výrobu některých konstrukčních dílů automobilu je často využívaný polyamid vyztužený skleněnými vlákny. Pro vysoce namáhané díly se často kombinuje modifikační účinek částicového a vláknitého plniva anebo vláknitého plniva a elastomerového modifikátoru houževnatosti.

Obr.  1.4. Výlisek z plněného polyamidu a ozdobný kryt kola z plněného polyamidu [1].

 Všechny typy polyamidů vyztužené skleněnými vlákny obsahují obvykle 15 % až 50 % vláken, často v kombinaci s modifikátorem houževnatosti. Smrštění vyztuženého polyamidu při vstřikování výrobků s vysokými nároky na přesnost je omezené plněním skleněnými mikrokuličkami. Vlastnosti polyamidových materiálů nacházejí v konstrukci automobilů velmi široké využití. Běžně jsou z plněného polyamidu vyráběny ovládací prvky osvětlení, topení a větrání, pláště zpětných zrcadel, kličky dveří, součásti napínacího mechanismu bezpečnostních pásů a další drobné díly interiéru vozidla. Také silně mechanicky namáhané součástky jsou vyráběny z polyamidu vyztuženého skleněnými vlákny. Ozdobné kryty kol jsou vyráběny z plněného polyamidu se zvýšenou houževnatostí (Obr. 1.4).
Samotné termoplastické polymery jen zřídka svými vlastnostmi vyhovují požadavkům konkrétních automobilových aplikací. Technicky nejschůdnější a ekonomicky nejpřijatelnější cesta k široké škále materiálů s vlastnostmi vhodnými pro výrobu automobilových dílů je modifikace vlastností běžných termoplastů. Modifikace vlastností plastů se obvykle dosahuje jejich mícháním s vhodnými přísadami (polymerními i anorganickými), měnícími požadovaným směrem jejich vlastnosti. Pro potřeby automobilových aplikací je žádoucí především zlepšení houževnatosti (pro dílce karosérie), estetických vlastností (dílce vnitřní výbavy karosérie), tuhosti (pro ovládací prvky, díly závěsů, upínání apod.), tepelné odolnosti (pro díly chladicí soustavy a topení), kluzných vlastností (pro samomazná pouzdra, kluzná ložiska), nepropustnosti pro páry uhlovodíků (pro palivovou nádrž a potrubí).
Kompozitní materiály (zkráceně kompozity) jsou běžně používané materiály tvořené dvěma i více složkami s rozdílnými vlastnostmi, které dohromady dávají výslednému kompozitu nové vlastnosti. Obvykle jedna složka dodává výrobku pevnost a druhá slouží jako pojivo. Jedním z nejznámějších kompozitních materiálu je skelný laminát, kompozit ze skleněných vláken a pryskyřice, obvykle polyesterové nebo epoxidové. Dalšími zástupci jsou kompozity z vláken uhlíkových, aramidových, bazaltových (karbon, karbon-kevlar, nově i bazalt, bazalt-aramid), ze kterých se vyrábějí extrémně pevné a lehké díly pro automobilový průmysl. Kompozitní materiály se výrazněji nedeformují, mají velmi vysokou mez únavy, jsou ohnivzdorné, nicméně výpary mohou být toxické. Nevýhodou kompozitních materiálů s epoxidovou matricí může být citlivost na ředidla. Jiné běžné chemikálie jako vazelína, oleje, rozpouštědla, barvy či ropa kompozity nepoškozují. Kompozity stárnou v závislosti na vlhkosti a teplotě. Kromě vynikajících mechanických a pevnostních charakteristik mají kompozitní materiály absolutní odolnost proti korozi i v agresivním prostředí, včetně UV záření a výborné tepelné izolační vlastnosti.
Speciální plastové kompozity vyznačující se velmi nízkým koeficientem tření s kovy a velmi vysokou odolností vůči opotřebení jsou v dnešních automobilech využívány především pro usnadnění údržby, zvýšení spolehlivosti a prodloužení životnosti různých mechanismů. Tyto materiály nahradily v kluzných ložiscích a uloženích používané bronzové ložiskové materiály. Na rozdíl od těchto slitin kovů nevyžadují modifikované plasty žádnou údržbu ani mazání prakticky po celou dobu životnosti automobilu. Polyuretany vyvinuté pro závodní a off-roadové automobily mají vynikající vlastnosti. Jsou značně odolné vůči působení chemikálií a dokonale si udržují původní tvar i za extrémních podmínek. Jejich největší výhodou je přirozená schopnost absorbovat nárazy a tlumit kmity. Mají o 20 – 40% vyšší tvrdost než běžné gumové silentbloky a výrazně vyšší schopnost tlumit kmity (kmitání způsobuje zvukové vlny). I když polyuretany se vyznačují  vyšší tuhostí nedochází k nárůstu hlučnosti uvnitř vozidla
Vyztužené polymery jsou na rozdíl od čistých polymerů ekonomicky přijatelnější, mají odolnost proti korozi a tlumí hluk. Stále je však aktuální řešení jejich recyklace. Legendární materiály jako třeba nylon, teflon, kevlar nebo nomex pocházejí z dílen firmy Dupot. Nomexu je dnes již přes třicet let, kevlar má za sebou přes 43 let existence. Kevlar je však i dnes stále považován za moderní a pokrokový hi-tech materiál. V dnešní době se používá v brzdových destičkách i v pneumatikách, kde snižuje opotřebení. Teflon se poměrně tradičně používá na izolaci kabeláže, v elektromotorech nachází poměrně široké využití Nomex v několika variantách a také třeba materiál Kapton. Tyto materiály vynikají vysokou teplotní stálostí a díky tomu, že jsou nanášeny ve formě filmů, umožňují zmenšit zástavbové poměry elektromotorů. Také uhlíkové nanotrubičky mohou plnit funkci výztuží nebo vodičů v uhlíkových nanokompozitech. Například palivová nádrž může být tvořena uhlíkovými nanokompozity. Palivové nádrže, blatníky, boční kryty stavebních strojů, autobusů, traktorů technologií rotačního tváření plastů vyrábí CZ PLAST s.r.o. Kostěnice [2].

Obr. 1.5. Palivová nádrž – produkt CZ PLAST s.r.o. [2]

Vstupním materiálem je plastový prášek, který je přetvářen pomocí tepla, tvaru formy a pomalého otáčení do výrobku, který je dutý, nemá vnitřní pnutí a švy, má novou pravidelnou vnitřní strukturu a tvarovou paměť. Výrobky mají přirozeně zesílené rohy a hrany a tenčí, pružnější stěny. Do výrobku se dají přímo ve výrobním procesu zalít matice, šrouby a
nátrubky, které pak slouží k upevnění výrobku ke konstrukci, nebo k montáži komponentů a dalších zařízení. Výrobky jsou plně recyklovatelné, použitý materiál je naprosto čistý a proto nezatěžuje životní prostředí (Obr. 1.5).
Jak bylo zmíněno výše, významné místo v automobilovém průmyslu mají nanokompozity polypropylenu, které jsou používány v obvodových konstrukcích. Další nanokompozity olefinů s jílovými nanoplnivy jsou používány jako lehké plasty a lehčené plastické nanokompozity pro vnitřní konstrukce (dveřní pilíře, přístrojové desky, kryty bezpečnostních vaků a vzdušných filtrů). První  nanokompozit montmorillonitu s nylonem 6 (Nylon-6/MMT) byl připraven v laboratořích Toyota Central R&amp v Japonsku, kdy velmi malý přídavek jílového minerálu (montmorillonitu) zlepšil tepelné a mechanické vlastnosti polymeru [3]. První patent získala Toyota pro nanokompozit PA6/jíl v roce 1986. Značné zlepšení mechanických vlastností polymer-jílových nanokompozitů je dosaženo již po zamíchání méně než 5% jílu. V současné době aktuálním předmětem výzkumu v automobilovém průmyslu jsou “nanotermoplasty”. Jedná se o materiál zlepšující mechanické vlastnosti dopravních prostředků. Termoplastický olefin je gumou modifikovaný polypropylen. I v tomto případě jsou za účelem zlepšení vlastnosti termoplastů aplikovány nanočástice jílů.
Příprava nanokompozitů s jílovým nanoplnivem je založena na vývoji nových metod, které řeší maximální rozptýlení částic v polymerní matrici. Jílový nanomateriál jako plnivo, které v polymerní matricí není dispergováno do nanometrických rozměrů, tvoří s touto matricí nemísitelný nanokompozit. Pro snadné zamíchání jílu do polymeru a dosažení kompatibility jsou potřebné chemické úpravy jílu a přídavek kompatibilní látky do polymeru (Obr. 1.6.). Často používanou kompatibilní látkou je anhydrid kyseliny maleinové (MA), který je iontovou vazbou vázán s polypropylénem (PP) (Obr. 1.6a). Nejlepších výsledků bylo dosaženo po disperzi jílových nanočástic na jednotlivé silikátové vrstvičky v polymerní matrici (Obr. 1.6c). Jílovo-polymerní nanokompozity s malým množstvím silikátu (3-6% hm.) mají rozsáhlé průmyslové aplikace. Přísada jílového minerálu snižuje hmotnost kompozitu, zvyšuje jeho pevnost v tahu, tepelnou stabilitu a může plnit funkci samozhášecí přísady. V roce 2001 Toyota začala používat nanokompozity do nárazníků, které se staly o 60% lehčími než klasické kovové a dvakrát odolnými proti promáčknutí a poškrábání.

Obr. 1.6.   Schéma kompatibility jílového minerálu - montmorillonitu (MMT) s polypropylénem (PP):
 

a) Anhydrid kyseliny maleinové (MA) vázaný na polypropylénu (PP), b) chemicky upravený MMT s  PP-MA, c) rozpad vrstevnatého MMT na jednotlivé destičky v polymeru v nanokompozitu.
Při zamíchávání jílového nanoplniva do polymerů se vrstevnatá struktura jílového minerálu rozpadá (je exfoliována) na menší agregáty, které jsou tvořeny několika silikátovými vrstvami. Při delaminaci dochází k rozpadu agregátů vrstev na jednotlivé vrstvy (Obr. 1.7) [4].

Obr. 1.7.   Schéma exfoliace/delaminace vrstevnatých struktur jílů: (1), expandující vrstvy (2), mechanické porušení vazebných sil mezi vrstvami (3), agregát a základní částice jílu po exfoliaci (4), jednotlivé vrstvy po delaminaci (5). Upraveno podle [5].
Náhrada ocelových konstrukcí lehkým hliníkem v bloku motoru a plastickými nárazníky se projevuje redukcí hmotnosti vozidel a výraznou úsporou paliva [6]. Vlastnosti částí motoru závisí na pevnosti a odolnosti materiálu vzhledem k jeho hmotnosti. V současnosti vývoj nových materiálů v dopravních prostředcích je soustředěn na kompozity
s kovovými matricemi (KKM, metal matric composites (MMC)). Pokročilé materiály jsou KKM s hliníkovou matricí (Al-KKM), které jsou levnější oproti běžným Al slitinám a mají široké použití v letectví [7,8]. Jejich výborných vlastností je dosaženo po homogenní distribuci částic, které mají zpevňující funkci v kompozitu. Tepelná vodivost, koeficient tepelné roztažnosti a objemová stálost kompozitu mohou být řízeny nastavením požadovaného typu, velikosti, tvaru a relativního množství částic. V současné době jsou jako materiály budoucnosti pro dopravní prostředky předvídány různé směsi materiálů, mezi nimiž bude mít zastoupení i Al-KKM [9].
Slitiny hliníku a křemíku jsou základním materiálem bloků motoru, protože mají vysokou tepelnou vodivost a odolnost proti korozi a otěru. Základní matrici kompozitu, která je používána v automobilových aplikacích tvoří slitina Al-12%Si v kombinaci s ostatními prvky (Tab. 1.1). Kompozity s hliníkovými matricemi, které patří do kategorie lehkých materiálů mohou být dále vyztuženy po přidání 15 až 70% vláken nebo částic (například v automobilovém průmyslu se používají SiC, Al2O3 a B4C). Bylo zjištěno, že velikost částic B4C v kompozitech Al–Si/B4C ovlivňuje odolnost proti otěru [10].
Tabulka  1.1. Prvkové složení matrice slitiny Al-12%Si [9].
Prvek            Zn    Mg    Si    Cu    Fe    Ni    Mn     Al
Hm. %            0.01    1.0    12.0    0.8    0.2    1.0    0.04    ± 85

Stále aktuální studovanou problematikou je vliv prvků stroncia a sodíku na mikrostrukturu Al-Si slitin a na jejich odolnost proti otěru [11-12]. Stroncium ve funkci modifikátoru ovlivňuje přeměnu křemíku z hrubozrnných destiček na vlákna. Podobně se může po přídavku modifikátoru Sr a Ti-B, který ovlivňuje v eutektiku slitin Al-Si jejich texturu, změnit mechanismus otěru a z otěru přilnavého na otěr abrazivní a oxidační.
Nanokeramické materiály tvoří součást vnitřních částí spalovacích motorů, jejich povrchových povlaků a také různých mechanických částí, kterým dodávají odolnosti proti otěru. Aplikace nanočástic a povlaků tenkých filmů přinesly materiálům zlepšení jejich pevnosti a pružnosti. Povrchy jsou nejen odolné proti otěru, ale mají také samočisticí vlastnosti, jsou antistatické a zadržují ultrafialové záření. Jsou používány rovněž nanopovlaky, které mění barvu, jsou protikorozivní a mají vysoký lesk. Kompozity fluor-polymer tvoří povlaky odpuzující vodu a špínu, elektrochromová skla mění barvu a suspenze kompozitů mají leštící a abrazivní účinky.
Pneumatiky jsou v posledním desetiletí vlivem mohutného rozvoje dopravy pod vlivem tlaku na jejich zvýšené množství, spotřebu a nároky na kvalitu. Výroba pneumatik není pouhým tvarováním černé kaučukové hmoty. Než lze přistoupit k vlastnímu výrobnímu procesu, je nutno plášť navrhnout a zkonstruovat. Technologicky je možné výrobu plášťů popsat jako několik  vedle sebe probíhajících samostatných operací, které se potkávají až při tzv. konfekci. Je to vlastní příprava kaučukových směsí, pogumovaného kordu, výroba běhounů a bočnic, výroba patních lan a nárazníků. Zmíněná konfekce je potom vlastní zkompletování všech komponent. Jejím produktem je surový plášť, ze kterého se hotový produkt vytvoří zvulkanizováním v lisu. Součástí pláště tvoří materiály, které jsou  znázorněny na Obr. 1.8.
1 Vnitřní guma
2. Kostra
3. Patka
4. Jádro
5. Vyztužený pásek
6. Patní pásek
7. Bočnice
8. Nárazník
9. PA nárazník
10. Běhoun.

Obr. 1.8. Materiály přítomné v konstrukci pláště [13].
Běhoun je část pláště opatřená vzorkem. Jeho tloušťka má vliv na zahřívání pneumatiky, proto by měl být co nejtenčí. V praxi se tedy tloušťka běhounu volí tak, že drážka tvoří přibližně 80% a hmota asi 20%. To však neplatí u plášťů pro nákladní vozidla, u nichž je většinou běhoun konstruován pro možnost dalšího prořezání dezénu. U plášťů pro osobní vozy je prořezávání zakázáno. Běhouny jsou složeny z několika typů pryže: z vrchní části, tedy té, která je ve styku s vozovkou. Pod ní se nachází tenká vrstvička základní, tzv. base směsi s podílem sazí. Okrajové části běhounového pásu jsou pak  tvořeny bočnicovou směsí. Samotná bočnice je vyrobena rovněž ze dvou druhů směsi. Zatímco její vnější část, tedy ta blíže k dezénu, je vyrobena z pružnější  směsi, oblast blíže u patky je vyrobena z tužší směsi, která patku lépe chrání. V obou uvedených případech – u běhounové i patkové pryže jsou jednotlivé vrstvy skládány tak, aby se vlastnosti pryže v plášti měnily plynule z hlediska pružnosti a tvrdosti.
Nárazník tvoří přechod mezi běhounem a kostrou pláště. Jeho úkolem je stabilizovat běhoun v obvodovém směru a zvyšovat odolnost pláště proti průrazu. U nákladních automobilů se používají v průměru tři až čtyři, u osobních pak většinou dvě nárazníkové vrstvy. Radiální pneumatiky mají dnes již téměř výhradně nárazník z ocelového kordu (pneumatiky Steel).
Kostra je významnou součástí pláště, kterou tvoří jednotlivé vložky z pogumovaného kordu zakotvené kolem patkových lanek. V průběhu vývoje plášťů se změnil jednak systém kladení vláken (od křížové tkaniny v dávné historii k paralelnímu kladení netkaných kordových vláken v současnosti), a jednak materiál. Vývojově prvním používaným materiálem byl irský len, později nahrazený bavlnou. U těchto materiálů se však projevovaly nectnosti přírodních materiálů (nehomogenita, závislost na vlhkosti apod.), proto se s příchodem umělých vláken  a ocelového kordu od jejich dalšího použití upustilo. Stále se však u některých typů pneumatik používá smluvní vyjádření pevnosti kostry a nosnosti pneumatiky, tzv. Ply Rating (PR), kde číslo přidružené k PR značí, z kolika vrstev bavlněného kordu by musel být plášť zhotoven, aby měl stejnou nosnost jako plášť označený příslušnou hodnotou PR. Dnes se k výrobě kordových vláken používají nejčastěji (1) Rayon, což je obchodní název pro umělé hedvábí, (2) polyesterový kord, (3) ocelový kord, (4) polyamidový kord, a speciální vlákna např. Kevlar do sportovních plášťů. Kostru diagonálního pláště tvoří vložky, které zasahují od patky k patce. Kordové nitě jsou uloženy pod úhlem podstatně menším než 90° vzhledem ke střední rovině běžné plochy a v sousedních vložkách se navzájem kříží. Kostru radiálního pláště tvoří jedna nebo více vložek z pogumovaného kordu, které jsou zakotveny kolem patkových lanek. Kordové nitě jsou uloženy pod úhlem blízkým 90° vzhledem ke střední rovině běžné plochy. Kostra je obvodově vyztužena téměř neroztažitelným pásem. Kostra pláště smíšené konstrukce (bias-belted) je podobná kostře diagonálního pláště: je zpevněna obvodově pásem ze dvou nebo více vrstev kordu s úhlem kordových nití blízkým úhlu nití v kostře. Tvoří přechod mezi diagonálním a radiálním pláštěm. Patní lano se velmi významně podílí na rozložení sil v plášti a tím i na celkové pevnosti pneumatiky. Nosným prvkem je soustava drátů, které jsou obaleny speciální gumárenskou směsí. Na ni nasedají části přiléhající k ostatním částem pneumatiky
Pláštˇmá zesílenou část dosedající na ráfek, tzv. patku. Její jádro tvoří patní lano vyrobené z vysokopevnostního ocelového drátu. Patka slouží k zakotvení kordových vložek a zajišťuje bezpečné usazení pláště na ráfku.

Podle uspořádání kostry jsou pláště (1) radiální, (2) diagonální a (3) plášť smíšené konstrukce. U diagonálního pláště se při zatížení a následné deformaci kordová vlákna neprodlužují, ale posouvají a namáhají pryž mezi nimi na střih. Tím dochází k většímu vývinu tepla, čemuž odpovídá známý fakt, že se diagonální pneumatika během provozu více zahřívá. Obecně se však radiální plášť od diagonálního díky své konstrukci liší ve dvou základních rysech, jejichž spolupůsobení má za následek lepší vlastnosti „radiálek“. Prvním je menší boční tuhost, která způsobuje, že při zatížení boční silou zůstává větší část radiálního pláště ve styku s vozovkou. Druhým z těchto rysů je pak, díky nárazníku, větší obvodová tuhost pláště. Z těchto důvodů  se dnes již prakticky stoprocentně používají pláště radiální konstrukce. Výjimku tvoří pláště používané u zemědělské mechanizace a především pak u zemních strojů. Pro ně je charakteristické, že se pohybují malými rychlostmi a přenášejí velké boční síly, a proto je zde diagonální plášť vhodnější.
Složení směsí používaných při výrobě plášťů patří mezi přísně střežená tajemství jednotlivých výrobců. Obecně je objemové zastoupení materiálů v pneumatice uváděno v složení : 48% kaučuk,  27% technické saze, 12% kord, 9% chemická aditiva (např. síra) a  4% patní lana.
Pneumatiky získávají svůj konečný tvar a profil dezénu ve vulkanizačním lisu. Tvarování a vulkanizace pneumatiky probíhá uvnitř horké formy. Forma nese podobu budoucího dezénu, logo výrobce na bočnicích a další povinné značení. Vulkanizace probíhá při teplotách nad 300 stupňů, po dobu 12 až 25 minut, podle rozměru pneumatiky.
Pneumatiky jsou odolnější otěru a méně škodí životnímu prostředí po náhradě uhelné černě nanočásticemi jílových minerálů a polymérů. Nové nanopovlaky snížily jejich hmotnost, zlepšily schopnost držení tlaku a umožnily recyklaci. Nanostrukturované saze prodloužily životnost pneumatik, snížily jejich otěr a spotřebu paliva.  První český plášť byl vyroben ve Zlíně v roce 1932 v závodech Tomáše Bati pod názvem Baťa. Ochranná známka Barum vznikla v roce 1946 z počátečních písmen Baťa, Rubena, Matador. V roce 1953 byl ze zestátněného Baťova koncernu Svit vyčleněn samostatný podnik pro výrobu plášťů pod názvem Rudý říjen. V roce 1972 byla otevřena nově postavená pneumatikárna v Otrokovicích. Již v roce 1989 se změnil status podniku a vznikla akciová společnost pod názvem Barum, a.s. a v roce 1992 byl vytvořen koncern Continental. Největším světovým výrobcem pneumatik Goodyear Tire & Rubber se stal koncern poté, co vytvořil globální alianci s japonskou firmou Sumitomo Rubber Industries. Dvěma jejími hlavními konkurenty jsou japonská Bridgestone/Firestone a francouzská Michelin/Uniroyal Goodrich. Mezi další patří Cooper Tire, Continental/General, Pirelli, Sumitomo/Dunlop, Yokohama a Hankook.
Automobilová skla označena značkou SEKURIT zhotovuje Saint-Gobain Sekurit, výrobní závod v Hořovicích [14]. Typy jsou obecně známé a běžně požívané v dopravních prostředcích.
Hydrofobní sklo zkvalitňuje vizuální komfort při cestování za deštivého počasí. V porovnání se sklem bez této úpravy se viditelnost zvyšuje až o 33%
Akustické sklo svou funkcí výrazně eliminuje rušivé zvuky z vnějšího prostředí, které vydává např. vítr anebo motor vozu. Sklo se speciální akustickou fólií dokáže pohltit až o 10 decibelů hluku více oproti sklům bez této akustické úpravy. Díky této vlastnosti lze použít při kompletním zasklení vozu "tenčích" skel, což snižuje celkovou hmotnost vozu a tím snižuje spotřebu paliva.
Laminované sklo je tvořeno dvěma kusy skel spojených k sobě polyvinylbutyralovou fólií. Při roztříštění či rozbití skla zůstávají malé fragmenty skla na fólii přilepeny. Díky těmto vlastnostem zvyšuje bezpečnost pasažérů při autonehodách a zabraňují katapultování pasažérů z auta při nárazech. Stejně tak laminovaná skla znesnadňují i násilným vniknutím z venku, protože ve srovnání se standardním tvrzeným sklem proniknutí skrz laminované sklo je dlouhodobější proces.

Vyhřívané sklo umožňuje díky své technologii téměř neviditelných, vyhřívaných drátků, pohodlné a rychlé odstranění ledu či zamlžení.  Při teplotě -10°C vyhřívaná skla odstraní led a zamlžení za méně než pět minut.

Skla s elektrochromickou vrstvou mají atmosférický efekt. Sám pasažér si totiž může díky vlastnostem tohoto skla nastavit propustnost světla do svého vozu a tím i sílu odstínu zatemnění skla. V současné době se používá tento typ skla pro panoramatické střechy, ale dá se očekávat, že se v brzké době rozšíří jejich využití i na ostatní části zasklení automobilu.

Sklo odrážející teplo je pokryto neviditelnou vrstvou oxidu stříbrného, který odráží sluneční paprsky a tím výrazně podporuje snížení vnitřní teploty uvnitř vozidla. Speciální nanesena vrstva je jen několik nanometrů slabá a pouhým okem neviditelná. Dnešní technologie umožňují integrovat do skel antény a různé komunikační senzory, jako například jsou senzory pro průjezd a registraci mýtného na dálnicích.
Automobilová zrcátka. Dnešní nové automobily mají už většinou v základní výbavě elektricky ovládaná zrcátka. Systém umožňuje výrazně usnadnit s nimi manipulaci a zvyšuje i bezpečnost jízdy. Elektrické vyhřívání zrcátek umožňuje rychlé a účinné odstranění námrazy. Po stranách vozidel místo zpětných zrcátek lze zabudovat systém kamer s monitory. Vnitřní zrcátka mohou být zastoupeny prizmatickými zrcadly, která redukují oslnění řidiče od venkovního osvětlení nebo elektrochromovými zrcadly s automatickým světelným tlumením. Venkovní zrcátka mohou být elektrochromová, osvětlující (iluminující) když se vozidlo přiblíží k vozidlu jinému, tepelná pro rozmrazení povrchu, či zrcadla s automatickým zakřivením povrchu.   
Automobilová zrcátka, která jsou bezpečnější a pevnější než konkurenční výrobky dostupné na dnešním trhu začala vyrábět spol. Donnelly Corporation (NYSE: DON), který je předním světovým výrobcem zrcátek pro automobilový průmysl. Výroba je založena na technologii tzv. pevné polymerové matrice (Solid Polymer Matrix - SPM)(TM) pro výrobu elektrochromových zpětných zrcátek s automatickým tlumením. Společnost má sídlo v Hollandu ve státě Michigan od roku 1905. Společnost automobilových inženýrů (Society of Automotive Engineers) označila Donnelly za vzorovou společnost pokud jde o její metody racionalizace výroby. Donnelly navrhl svou technologii SPM(TM) pro použití pevné látky, vložené mezi dva kusy skla, která při aplikaci elektrického proudu ztmavne a snižuje tak odrážení světla. U starší technologie, která je dnes průmyslovým standardem, se elektrický proud přivádí do tekuté látky mezi dvěma vrstvami skla. Když se zrcátko rozbije, tekutá látka může vytéci a zrcátko je ihned nefunkční.  U technologie Solid Polymer Matrix(TM) není používána žádná tekutina. Zrcátko, i když je sklo prasklé, zůstává po určitou dobu nadále funkční. Elektrochromové zrcátko je v podstatě bezpečnostní výrobek, protože nedochází k úniku tekutiny, je zlepšena trvanlivost výrobku, eliminují oslnění, a tím je jízda bezpečnější.
Prizmatická zrcadla označována často jako zrcadla „den/noc“ mají úhlově zpracovaný povrch. Odrážejí méně než 10% dopadajícího světla a umožňují jeho vidění 20-25 krát tmavším než  je světelný zdroj (Obr. 1.9). V současných trendech je snaha nahradit prizmatická zrcadla zrcadly s automatickým tlumením světla.  Pro tyto účely jsou použity tekuté krystaly nebo vrstvy fotoelektrických buněk, které tmavnou v souladu se světelnými senzory.

Obr. 1.9. Prizmatické zrcadlo [14].
Zpětná kamera je typem videokamery, která umožňuje udržení směru i během složitého manévrování a  přenese obraz prostoru za vozem, snímaném v rozsahu 120° přímo na kontrolním displeji (Obr. 1.10).

Obr. 1.10.  Zpětná kamera. a) umístění ve vozidle, b) detail zpětného obrazu [15].
Interaktivní linie přitom zobrazí, například při parkování, zda je zvolený prostor dostatečně velký. Pokud je vozidlo vybaveno tažným zařízením, je snímaný prostor dostatečně zvětšen tak, aby při připojování přívěsu nebyla nutná asistence další osoby.
Head-up display, display ve výši očí, je zařízení, které promítá holografické informace přímo do zorného pole řidiče [16,17]. Díky tomuto systému řidič nemusí spouštět oči z vozovky a má k dispozici všechny nejdůležitější informace. Na řidiče tento obraz působí jako by byl umístěný cca dva metry před čelním sklem, což zlepšuje čitelnost údajů (Obr. 1.11).

Obr. 1.11. Head-up display [16].
Většina moderních technických vynálezů byla vyvinuta pro vojenské účely, stejně tak i systém HUD. Ten byl konkrétně vyvíjen pro zaměřovací systémy stíhacích letadel. Do automobilů se Head-Up Display dostal až mnohem později. Prvním sériovým automobilem s tímto systémem se stal Oldsmobil Cutlass Supreme z roku 1988.
Obnovitelné materiály ve výrobě automobilových součástí. Obnovitelné zdroje zastávají stěžejní roli v enviromentální strategii společnosti. V současnosti se z obnovitelných zdrojů vyrábí na 290 různých součástí. Používají se materiály jako bavlna, dřevo, len, konopí nebo přírodní kaučuk. Chrysler vybavil svou „ekologickou“ verzi materiály šetrnými vůči životnímu prostředí. V interiéru byl použitý korek, výplní ve dveřích byl bambus. Koberce jsou z recyklované juty. Automobil s černou střechou a dvacetipalcovými koly používá vodou ředitelný lak. V interiéru vozu jsou použity recyklované materiály například čalounění sedadel.
Evropské výzkumné středisko společnosti Ford v německém Aachenu se zabývá možnosti použití nového materiálu, tzv. tekutého dřeva.

Obr. 1.12. Výlisek z tekutého dřeva [18].
 Výroba tekutého dřeva je odvozena od postupů používaných při produkci pryžových směsí. Výsledná kombinace dřeva a plastu neabsorbuje vlhkost, což přispívá k větší trvanlivosti materiálu. V jeho prospěch hovoří rovněž skutečnost, že jako vstupní surovinu lze použít nezpracované dřevo nebo dokonce dřevěný odpad. Tato nová technologie výrazně zlepšuje těsnost dřevěných vláken a zadržuje nepříjemné pachy. Materiál lze proto použít nejen v automobilových interiérech, ale také v motorovém prostoru, například při výrobě držáků akumulátorů. Dřívější analýzy prokázaly vynikající recyklovatelnost tekutého dřeva, které může být provedena až pětkrát. Dosud se tekuté dřevo používalo pouze při výrobě nejkvalitnějších stavebních materiálů, které se nelisují. Značná viskozita, která je způsobena vysokým podílem dřeva (60 až 80%), neumožňuje však jeho použití v konvenčních vstřikovacích lisech, které dnes představují jediný hospodárný způsob výroby plastových součástí.

 


 

There are currently no posts in this category.