Günümüzde, otomotiv sektörü üreticileri için araçlardaki emisyonun ve gürültünün azalması önemli konuların başında gelmektedir. Akustik konfor son kullanıcı olan müşterilerin tercihlerini belirleyen bir kalite parametresi olmasının yanında gürültü de insan sağlığını olumsuz etkileyen bir kirliliktir.
Bu yaklaşım ile, araçların bütününde sağlanması istenen akustik performans için araç içi tüm parçaların gürültü emme kabiliyeti iyi olmalıdır. Araç içinde gürültüye sebep olacak kapılar, motor, koltuklar vb. gibi sayısız parça bulunmaktadır.
Araçtaki en fazla gürültüye sahip parçalardan birinin araç motoru olduğu düşünülürse, motor üzerinde bulunan motor kapağı parçasının gürültüyü yutma kabiliyetinin yüksek olması kritik bir beklentidir.
Motor üstü kapak kullanımındaki amaç, araç motorunun neden olduğu gürültüyü sönümlemek ve estetik görünüm sağlamaktır. Mevcut çalışma kapsamında, otomotiv sektörü için önemli bir parça olan motor üstü kapak sprey poliüretan uygulama yöntemi ile üretilmiştir.
Çalışmanın amacı, üretilen motor üstü kapağın muadillerine göre daha hafif olmasını sağlamak, daha yüksek akustik performans kazandırmak ve daha iyi ısıl performansa sahip ürünler elde etmektir. Bu kapsamda mevcut çalışma sonrasında elde edilen ürünün; özellikleri incelenmiş ve akustik performansı test edilmiştir.
1. Giriş
Otomotiv sektöründe teknolojinin gelişmesi ile malzemelerden beklenen özellikler değişmekte ve gün geçtikçe yenilikçi malzemelere olan talep artmaktadır.
Otomobil üreticileri için özellikle içten yanmalı motorların yerini elektrik motorlarının almaya başladığı son yıllarda hafiflik dışında akustik performans, ısıl performans gibi farklı özellikler de önem kazanmıştır.
Azalan motor sesi ile birlikte daha önce araç içinde duyulmayan ancak var olan seslerin ortaya çıkmaya başlaması, daha iyi akustik performansa sahip aynı zamanda hafif ve ideal mukavemet değerlerinde otomobil parçaları ihtiyacını doğuracaktır.
Araçlardaki parçalardan beklenen özellikler sağlanırken, malzeme maliyetlerinin de düşük tutulması otomotiv sektörü üreticileri için bir beklentidir. Bu doğrultuda, geleneksel malzemeler yerine plastik malzemelerin kullanılması ürün maliyetlerini düşürmenin yanında üretim maliyetlerini de düşürmektedir.
Son zamanlarda özellikle mühendislik plastikleri ve kombinasyonları ile kompozit malzemeler araçlarda kritik parçalar için kritik görevler üstlenerek tercih edilmektedir.
Birçok sektörde uzun yıllardan beri önemli ölçüde kullanım yeri bulan mühendislik plastiklerinden olan poliüretan, araçlarda hafifliğin ön plana çıktığı uygulamalar arttıkça daha fazla talep konusu olmaktadır.
Poliüretan; yapısı itibari ile kalıplanabilirlik açısından kolay şekil almasından ötürü farklı çeşitte ürün üreticileri için önemli bir polimer malzemedir.
İki veya daha fazla sayıda hidroksil (-OH) grubu içeren bir alkol olan poliol ile, birden fazla reaktif -NCO grubu içeren izosiyanatların reaksiyonundan elde edilen poliüretan; tekstil, medikal ve otomotiv sektörü gibi birçok farklı alanda kullanılmaktadır.
Otomotiv sektörü içinde de iç giydirme parçaları, NVH parçaları, direksiyon, kolçak, vites topuzu, güneşlik vb. gibi çok farklı parçalarda poliüretan tercih edilmektedir.
Araç içindeki motorüstü kapak parçasının da sprey poliüretan yöntemi ile üretilmesi hem hafif hem de araç içi ve dışında yüksek akustik performansa sahip iyi mekanik özellikleri olan bir ürün olarak farklı bir yaklaşım olacaktır.
2. Malzeme ve Yöntem
Mevcut çalışma kapsamında; sprey poliüretan üretim yöntemi kullanılarak motor üstü kapak üretilmiş ve özellikleri incelenmiştir.
Mevcut durumda üretimi olan motor kapakları tek tip veya iki komponentli ürünlerdir. İki komponentli ürünlerde ise cilt olarak genellikle plastik yüzey ve ardından keçe veya sünger ile üretim tamamlanmaktadır.
Çalışma kapsamında ise tek bir malzemenin farklı formları ile iki katmanlı yapıda motor kapağı elde edilmektedir. Aynı kalıp içerisinde hem sprey uygulama ile uygulanan poliüretan cilt yapısı hem de poliüretan sünger yapısı birlikte üretildiği için yöntem, montajlama işlemi gerektirmemektedir.
Şekil 1’de teknik çizimleri verilen motor kapağı yüksek ses ve ısı izolasyonuna sahip olmakla birlikte titreşim sönümleme değerleri de iyidir.
Üretim yöntemi iki aşamadan oluşmaktadır:
1) Spreyin Kalıp Yüzeyine Uygulanması: Poliol ve İzosiyanat temel hammaddelerini içeren 750 g/dm3 poliüretan sprey malzeme kalıba robot kol yardımı ile homojen olarak 1,75 ± 0,25 mm gibi belli bir kalınlıkta uygulanır.
2) Poliüretan Sünger Uygulanması: Sprey uygulaması yapılmış kalıbın üzerine ≤60 g/dm3 alev ilerletmeyen sünger enjekte edilir.
Bu şekilde ikinci komponentin ürüne eklenmesi sayesinde ürünün total yoğunluğu düşmüş olmaktadır. Ancak aynı zamanda mekanik özelliklerde iyileşme sağlanabilmektedir. Şekil 2’de ürüne ait kesit görüntüsü verilmiştir.
3. Bulgular ve Tartışma
Mevcut çalışma sırasında üretilen sprey motor üstü kapak; halihazırda üretimi ve satışı bulunan tek bileşen poliüretan motor kapağı ile karşılaştırılmıştır. Motor kapaklarına ait Leica marka stereo mikroskoptan alınan yüzey görüntüleri Şekil 3’te verilmiştir.
Şekil 3’teki görüntüler incelendiğinde a. görüntüsünde birbirine yakın ve kapalı gözenekler görülmekte ancak b. görüntüsünde gözenekler arası boşlukların olduğu dikkat çekmektedir.
Gözenekler arasındaki bu boşluklar gürültünün ilerlemesini engellediği için sprey poliüretan uygulama ile üretilen ürünün akustik performansının iyi olması beklenmektedir.
Bahsi geçen ürünlerin akustik performanslarını belirlemek amacı ile ISO 10524-2 standartları doğrultusunda Type 4206 Empedans Tüp Sistemi (50 Hz – 6.4 kHz) ile testler uygulanmıştır. Test sonuçları Şekil 4’te gösterilmektedir.
Şekil 4’teki grafikte motor kapaklarının artan frekans değerlerinde sesi yutma kabiliyetlerindeki değişim gösterilmiştir. Grafikte görüldüğü gibi sprey uygulama yöntemi ile üretilen motor kapağının gürültüyü sönümleme değerleri halihazırdaki motor kapaklarına göre üstünlük göstermektedir.
Sprey poliüretan motor kapağına ait sıcak ve soğuk nem altında testleri ve eş zamanlı olarak araç üstündeki testleri devam etmektedir.
4. Sonuçlar
Bu çalışma kapsamında sprey poliüretan yöntemi kullanılarak hem cilt yüzeyi hem de sünger yapısı poliüretan olan iki farklı formda poliüretanın bir arada kullanıldığı çift katmanlı motor üstü kapak başarı ile üretilmiştir.
Mevcut muadillerine göre yeni üretilen ürün; %20 daha hafif, sahip olduğu gözenekli yapı sayesinde akustik performansı daha iyi ve hafif olması sayesinde araç üzerinde daha az enerji harcayacağı için dolaylı olarak da daha verimli olduğu söylenebilir.
Elde edilen bulgular doğrultusunda geleneksel yöntemlerden uzaklaşarak malzeme üretim yöntemlerine yeni yaklaşımların getirilmesinin olumlu sonuçlar doğuracağı görülmektedir.
Açıklama
Geliştirilen ürün; Tübitak tarafından 1501 Sanayi Arge Projeleri Destekleme Programı kapsamında 3151086 numaralı proje ile desteklenmektedir.
Ebru Barut
Ar-Ge Mühendisi ve Malzeme
Yüksek Mühendisi
Pimsa Otomotiv A.Ş.
Cem Yiğit
Ar-Ge Müdürü
Pimsa Otomotiv A.Ş.
Ömür Seyman
Genel Müdür Yardımcısı
Pimsa Otomotiv A.Ş.
Emre Gürtaş
Powertrain Entegrasyon Uzmanı
Referanslar
1. Mugutkar, H. and Swetha, D., (2015). ‘’Static and Modal Analysis of Engine Cover for Different Materials’’, International Journal of Scientific and Research Publications, Volume 5, Issue 9, ISSN 2250-3153.
2. Siano, D. ve ark., (2016). ‘’Automotive Materials: An Experimental Investigation of an Engine Bay Acoustic Performances’’, 71st Conference of the Italian Thermal Machines Engineering Association, Turin, Italy.
3. Ibarra, D., (2016). ‘’Characterization of the Noise Reduction of Engine Hood: Experimental Method’’, International Journal of Innovative Research in Technology & Science, Volume 4, Number 5, ISSN: 2321-1156.
4. iano, D. ve ark. ‘’Experimental Acoustic Measurements in Far Field and Near Field Conditions: Characterization of a Beauty Engine Cover’’, Recent Advances in Fluid Mechanics and Thermal Engineering, Napoli, Italy.
5. Akaydın, O. ve ark, (2013). ‘’ Gürültü Kontrol Elemanlarının Akustik Özelliklerinin Empedans Tüpü ile Belirlenmesi’’, 10. Ulusal Akustik Kongresi Yıldız Teknik Üniversitesi Oditoryumu, İstanbul.
