В августе 1941 года Генри Форд прямо перед камерами нанёс удар топором по багажнику странного прототипа. Металл не поддался, потому что это был не металл: кузов автомобиля был изготовлен из пластика, в котором, по утверждениям, содержались волокна конопли. Почти столетие спустя натуральные волокна вновь появляются в автомобилях, на этот раз в серийных моделях BMW, Mercedes и Porsche. История автомобилей из конопли простирается от пиар-акции довоенного времени до высокотехнологичных биокомпозитов, снижающих вес и выбросы.
📑 Inhaltsverzeichnis
Мечта Форда о кузове с поля
Прототип, известный как «Soybean Car», был представлен 13 августа 1941 года на Дирборнских днях. На стальную трубчатую раму были установлены четырнадцать пластиковых панелей толщиной около шести миллиметров. Автомобиль весил около 900 килограммов, то есть примерно на треть меньше, чем сравнимый стальной кузов. Именно это преимущество в весе мотивировало Форда, потому что меньшая масса означает меньший расход топлива и большую грузоподъёмность.
Действительно ли в панелях содержалась конопля, сегодня невозможно доказать с уверенностью. Оригинальная рецептура не сохранилась. Популярные описания говорят о смеси сои, пшеницы, конопли, льна и крапивы. Лоуэлл И. Оверли, который принимал активное участие в конструировании, описывал материал как соевое волокно в фенольной смоле с формальдегидом. Материаловеды считают более вероятным, что это был обычный фенольный пластик, похожий на известный бакелит. 13 января 1942 года Форд получил патент на конструкцию пластикового кузова.
Автомобиль никогда не был запущен в серийное производство. С вступлением США в войну промышленность переориентировалась на военное производство, и проект был забыт. Однако эксперимент Форда остался действенным символом того, что автомобили необязательно должны быть сделаны из металла. То, что особенно часто подчёркивается доля конопли, объясняется скорее увлечением растением, которое уже тогда играло множество промышленных ролей, чем фактическими данными. Форд преследовал также аграрную политическую цель: автомобилестроение должно было открыть американскому сельскому хозяйству новые рынки сбыта и сделать заводы менее зависимыми от становящейся дефицитной стали.
Почему конопля имеет смысл в автомобилестроении
Привлекательность волокон конопли заключается в их соотношении прочности к весу. Как армирующий материал в пластиковой матрице они могут достичь жёсткости, сравнимой со стекловолокном, но при этом ощутимо легче. Детали из таких композитов на основе натуральных волокон обычно на тридцать-сорок процентов легче, чем сравнимые детали из стекловолокна. Меньший вес снижает расход топлива у автомобилей с двигателем внутреннего сгорания и увеличивает дальность поездки электромобилей.
Добавьте к этому экологический баланс. Конопля растёт за один сезон, при этом поглощает диоксид углерода и требует мало защиты растений. Когда натуральное волокно заменяет волокно, полученное из нефтехимии, потребность детали в ископаемом сырье значительно снижается. По данным производителей, использование пластика во внутренней отделке можно снизить на семьдесят процентов, а связанный с этим выброс CO2 — на шестьдесят процентов. Эти цифры относятся к отдельным компонентам, а не к всему автомобилю, но они показывают направление. С учётом ужесточения норм выбросов флота и растущего спроса на экологичные материалы каждый сэкономленный грамм и каждый килограмм предотвращённого нефтепластика становятся всё важнее.
Универсальное использование волокна не является частным случаем автомобильной промышленности. От строительного материала до уплотнений растение находит промышленное применение, как показано в нашей статье об уплотнении водопроводных труб с помощью конопли. В автомобиле волокно используется в основном в местах, где жёсткость и малый вес важнее безупречного внешнего вида, то есть в несущих компонентах за внешней отделкой.
Возрождение натурального волокна в BMW, Mercedes и Porsche
В отличие от времён Форда, натуральные волокна сегодня являются неотъемлемой частью современных автомобилей. BMW уже использовал коноплю и сопутствующие волокна в моделях i3 и i8 в дверных панелях и держателях щитков приборов. На гоночном автомобиле M4 GT4 производитель заменил почти все компоненты, ранее изготавливаемые из углеволокна, на композиты из натуральных волокон, превратив серийный автомобиль в пример последовательного использования этих материалов в автоспорте.
Mercedes-Benz также интегрирует натуральные волокна во внутренние компоненты для снижения веса и улучшения устойчивости. Porsche, в свою очередь, установил в 718 Cayman в варианте GT4 Clubsport двери и заднее крыло из смеси льна и конопли вместо чистого углеволокна. Таким образом, ясно: композиты на основе натуральных волокон больше не являются нишевым явлением, а нашли своё применение в автомобилях премиум-класса и спортивных автомобилях.
Это развитие продолжает давнюю традицию. Как конопля на протяжении десятилетий вновь и вновь проникала в автомобилестроение, показано в нашем обзоре конопли в автомобильной промышленности. Красная нить всегда одна и та же: более лёгкие детали при приемлемых затратах и лучшей экологической репутацией.
От конструктора к биокомпозиту: история Renew
Тот, кто хочет узнать, насколько далеко можно зайти с долей волокна, найдёт ответ у американца Брюса Дитцена. Вдохновлённый книгой Джека Хирера «Император носит без одежды», он с 2015 года строит спортивный автомобиль, кузов и обивка которого состоят примерно на шестьдесят пять процентов из тканой конопли и на тридцать пять процентов из биоэпоксида. Основой служил разобранный Mazda MX-5 первого поколения. Результат Дитцен назвал «Renew».
Дитцен утверждает, что его конопляные панели значительно более ударопрочны, чем стальной лист, и лучше переносят вмятины. Такие утверждения исходят от самого строителя и не являются независимым результатом испытаний, но показывают, к чему направлена техника. Renew остался проектом малой серии и демонстрации, который прежде всего выполнил одну функцию: вернул старую идею автомобилей из конопли в общественное сознание и связал её с идеей углеродной нейтральности.
Разница между производителями серийных автомобилей и проектом, подобным Renew, заключается в подходе. Там, где BMW и Porsche целенаправленно используют волокно в отдельных компонентах для достижения измеримых преимуществ, Дитцен попытался изготовить как можно большую часть автомобиля из возобновляемого сырья. Оба подхода преследуют одну и ту же цель с разных направлений.
Ограничения технологии: влажность, пожар и переработка
Как убедительны ни звучали бы преимущества, композиты на основе натуральных волокон имеют явные недостатки. Волокна конопли гидрофильны, то есть притягивают воду. Когда они впитывают влагу, они могут набухать, теряют точность размеров и ослабляют сцепление между волокном и пластиковой матрицей. Поэтому они используются предпочтительно в защищённом салоне и реже на сильно подверженных атмосферным воздействиям внешних поверхностях.
При поведении при пожаре натуральные волокна уступают обычным материалам. Их низкая огнестойкость и термическая стабильность ограничивают применение при высоких температурах, поэтому необходима огнезащита. Кроме того, они часто не достигают ударной и растягивающей прочности стекловолокна, что ограничивает выбор подходящих деталей.
Неоднозначна картина переработки. Чистые натуральные волокна биоразлагаемы, но большинство композитов связывают волокно с термореактивными смолами, которые трудно отделить друг от друга. В конце срока эксплуатации многие внутренние отделки поэтому попадают в сжигание. По крайней мере натуральные волокна сгорают чище, чем чистый нефтяной пластик, и исследования работают над полностью биоразлагаемыми матрицами. Конопля играет роль и вне кузова в мобильности будущего, например в накоплении энергии, как описано в нашей статье о батареях из конопли для электромобилей. Таким образом, автомобили из конопли — это скорее не курьёз прошлого, а элемент более устойчивой технологии транспортных средств.
Часто задаваемые вопросы
Действительно ли автомобиль Генри Форда был сделан из конопли?
Это неопределённо. Представленный в 1941 году прототип имел пластиковые панели на стальной раме. Невозможно доказать, содержались ли в них волокна конопли, потому что рецептура не сохранилась. Один из причастных конструкторов говорил о соевом волокне в фенольной смоле. Специалисты считают более вероятным пластик, подобный бакелиту.
Какие производители автомобилей сегодня используют волокна конопли?
BMW использует коноплю и сопутствующие волокна в моделях, таких как i3, i8 и M4 GT4. Mercedes-Benz устанавливает натуральные волокна во внутренние компоненты. Porsche использовала в 718 Cayman GT4 Clubsport компоненты из смеси льна и конопли. Фокус обычно приходится на отделку, держатели и спортивные компоненты.
Сколько веса экономит компонент из конопляного композита?
Детали из композита на основе натуральных волокон часто на тридцать-сорок процентов легче, чем сравнимые детали из стекловолокна. При внутренней отделке использование пластика можно снизить в зависимости от производителя на семьдесят процентов. Меньший вес означает меньший расход топлива или большую дальность полёта.
Каковы главные недостатки конопли в автомобиле?
Натуральные волокна впитывают влагу, что может привести к набуханию и плохому сцеплению. Их поведение при пожаре и термическая стабильность хуже, чем у синтетических волокон. Кроме того, термореактивные композиты трудно перерабатываются. Поэтому конопля обычно находится в защищённом салоне.
Есть ли автомобиль, почти полностью сделанный из конопли?
Sollten Autohersteller mehr Hanf-Biokomposite in Fahrzeugen verwenden?
Ближе всего к этому Renew от Брюса Дитцена. Его кузов состоит примерно на шестьдесят пять процентов из тканой конопли и на тридцать пять процентов из биоэпоксида, построенный на переделанном Mazda MX-5. Это демонстрационный проект, а не серийный автомобиль.
Branchen-Update
News, Analysen und Reportagen — mehrmals im Monat direkt in dein Postfach.
Folge uns
