Materiales plasticós en el automotriz - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

Esta clasificación se basa en las diferencias en el rendimiento mecánico; específicamente, diferencias en la respuesta de la deformación al estrés aplicado. El comportamiento 'elástico' se define porque la deformación es proporcional a la tensión y es totalmente recuperable cuando se elimina la tensión. El verdadero comportamiento "plástico" implica un flujo continuo bajo carga, sin recuperación posterior. En la práctica, los polímeros son "viscoelásticos", su comportamiento es en parte plástico y en parte elástico, y el equilibrio entre los dos extremos varía con la temperatura y el tiempo bajo carga. Normalmente, los elastómeros no se consideran plásticos, pero la distinción no siempre es útil, porque las dos categorías tienen muchas características en común y, en cualquier caso, coexisten con frecuencia en el mismo subconjunto. Lo que el diseñador necesita saber es que ahora hay disponible una amplia variedad de materiales descritos como elastómeros, que se deforman fácilmente por tensiones bajas y vuelven rápida y (casi) completamente a sus dimensiones iniciales cuando se elimina la tensión. Estos son los atributos de un caucho. El caucho natural es en sí mismo un elastómero termoendurecible. Existen enlaces cruzados entre las moléculas, lo que evita el "deslizamiento" entre las cadenas moleculares y asegura la recuperación de la carga, pero normalmente son lo suficientemente pocos y lo suficientemente distantes para preservar una flexibilidad general. Los cauchos se pueden formular para proporcionar un número mucho mayor de enlaces cruzados, haciendo que el material sea duro y rígido. Los elastómeros termoendurecibles sintéticos también se pueden formular con diferentes grados de reticulación, para cambiar su equilibrio de propiedades. En los últimos años se han desarrollado varios tipos de elastómeros termoplásticos. Todavía existen enlaces cruzados, pero son débiles y flexibles en comparación con los elastómeros termoendurecibles. La elasticidad surge de que las propias cadenas son una mezcla de regiones rígidas y flexibles. Los elastómeros termoplásticos también tienen una formulación muy versátil: aquí las diferencias se logran cambiando el equilibrio entre las partes "duras" (cristalinas) y "blandas" (amorfas) de las cadenas, en lugar de cambiar el grado de reticulación. Los nuevos elastómeros son particularmente relevantes para la industria automotriz porque ofrecen mejores propiedades, particularmente resistencia al calor, al aceite y al combustible, que los materiales establecidos como el caucho natural y sintético y el PVC plastificado. Entre los tipos más importantes se encuentran los elastómeros PUR, los copolímeros de bloque PBT, los terpolímeros olefínicos EPDM y los elastómeros etileno-acrílicos. Las aplicaciones típicas son las tradicionales "gomosas" de juntas, sellos, polainas y cubiertas de cables, pero en el agresivo entorno debajo del capó de los vehículos de alto rendimiento actuales. Más allá de esto, sin embargo, hay ejemplos en los que estos materiales son lo suficientemente versátiles como para haber sido seleccionados, a veces con refuerzo, como componentes de ingeniería por derecho propio.

La estructura química de los polímeros es de suma importancia para determinar el comportamiento de las materias primas de los plásticos. A continuación se presentan algunas pautas útiles. La mayoría de los termoplásticos están formados por moléculas cuya columna vertebral consiste en una cadena lineal de enlaces carbono-carbono. Esta descripción se ajusta a polímeros a granel como polietileno y "plásticos de ingeniería" como nailon; también se ajusta al fluoropolímero PTFE (politetrafluoretileno), un caso extremo, donde las cadenas son tan compactas y tan largas que el material no se puede fundir y debe procesarse por sinterización. Muchos de los termoplásticos desarrollados más recientemente se componen principalmente de sistemas de anillos enlazados. Se trata de estructuras muy estables y más resistentes al calor, al fuego y a los productos químicos que los polímeros de cadena lineal. La mayoría se clasifican como "aromáticos", porque estructuralmente sus moléculas incluyen anillos de benceno directamente en la cadena. Su individualidad (y su nomenclatura) deriva de las agrupaciones químicas que unen los anillos de benceno; por lo tanto, poliéter sulfona (PES), polifenilen sulfuro (PPS), polieteréter cetona (PEEK), etc. Varios de los plásticos de ingeniería más conocidos son polímeros semiaromáticos, con suficientes sistemas de anillos en la cadena para ser intermedios en términos de temperatura Rendimiento químico y de combustión. Son ejemplos los policarbonatos y los poliésteres termoplásticos polibutilen tereftalato (PBT) y polietilen tereftalato (PET). Con los termoendurecibles hay un orden adicional de complejidad, a través de la reticulación. Aumentar el curado da como resultado un mayor entrecruzamiento, de modo que cualquier material puede manifestar una gama de propiedades dependiendo del grado de curado. El curado incrementado mejora el rendimiento de los materiales de ingeniería, pero los hace más difíciles de procesar. Un contenido aromático más alto también puede mejorar el rendimiento de los termoestables. Por ejemplo, las resinas epoxi vinil éster generalmente muestran un rendimiento térmico y mecánico más alto que los poliésteres insaturados tradicionales, porque hay más agrupaciones aromáticas en la cadena.

Los nuevos desarrollos en el sector del polipropileno asegurarán la posición dominante de este grupo de plásticos en las aplicaciones del automóvil en el futuro. El polipropileno altamente cristalino (HCPP) con una rigidez mejorada ahora se usa en interiores de automóviles y bajo el capó sin la necesidad de agregar entre un 10 y un 20% de talco. Las carcasas de los parachoques de los automóviles ahora se pueden producir en un grosor de 2,4 a 2,6 mm, por debajo de aproximadamente 3,2 mm, lo que proporciona una reducción sustancial de costos. Además, los nuevos polímeros ramificados permiten procesos más económicos para las espumas absorbentes de energía utilizadas en los sistemas de gestión de la energía. Algunos productores están ahora involucrados en el desarrollo de polipropileno de fibra de vidrio largo (~ -PP) para aplicaciones de componentes de automóviles moldeados por inyección donde se necesita una rigidez muy alta. Polímeros de policarbonato mejorados, incluido un recubrimiento resistente a los arañazos, para la producción de luces traseras para automóviles inicialmente y luego para ventanas de automóviles más grandes. Los compuestos de moldeo en láminas (SMC) con una densidad más baja ahora están disponibles para paneles con una superficie de Clase A, y la nueva tecnología en los EE. UU. Hace posible mayores volúmenes de producción. El polipropileno reforzado con fibra natural y el poliuretano, de menor densidad que con el refuerzo de fibra de vidrio, se están desarrollando y otros para paneles interiores. Los nanocompuestos son polímeros mezclados con un pequeño porcentaje de una arcilla especial cuyas partículas son mucho más pequeñas que una micra. El poder de refuerzo en polipropileno o nailon es muchas mezclas de ABS / PET / SMA / ABS-HGP. veces la del talco o la fibra de vidrio. Este tipo de compuesto encontrará uso en aplicaciones debajo del capó y en partes externas. Los plásticos fluorados, como PVDF, ETFE, pueden encontrar un uso cada vez mayor en los sistemas de tuberías de combustible coextruido en Europa para hacer frente a la nueva legislación. Se promueve activamente un nuevo plástico, cetona polialifática, un copolímero de etileno y monóxido de carbono, con una permeabilidad excepcionalmente baja a los hidrocarburos, para las líneas de combustible y para los elementos moldeados por inyección en el circuito de combustible. Los poliacetales POM resistentes a la hidrólisis se desarrollaron para sistemas de combustible más agresivos que contienen un riel común con el llamado biodiesel como componente de combustible. Los elastómeros termoplásticos TPE se han utilizado cada vez más para aplicaciones debajo del capó, como el circuito de refrigeración y la entrada de aire del carburador y la lámina de TPE-O calandrada para paneles y revestimientos de puertas. Ahora se están utilizando revestimientos de paneles de instrumentos moldeados con aguanieve hechos de polvo de TPE-U en automóviles de clase superior. La ventaja sobre la lámina de TPE-O es una mayor resistencia al rayado y al rayado y una mejor opacidad con una buena adherencia a la espuma de poliuretano que se encuentra debajo. TPE-V es una mezcla de polipropileno con caucho EPDM, por lo tanto un TPE-O, con una fase de caucho parcial o completamente reticulada. Este producto tiene mejores características que los TPE-O habituales y puede extruirse o moldearse por inyección. Se utiliza para las esquinas del encapsulado del parabrisas y debajo del capó donde se requiere resistencia al calor. Los polímeros Reactor TPE-O o rTPE-O no son mezclas físicas, sino que se copolimerizan en el reactor y son más baratos. Aunque las propiedades son ligeramente inferiores a las de las mezclas de TPE-O, se están utilizando cada vez más para carcasas de parachoques. Otra mezcla es la de un elastómero de poli (etileno-octeno-1) elaborado mediante el proceso de metaloceno y PP. La mayoría de las piezas de plástico para automóviles todavía se producen mediante técnicas de moldeo por inyección establecidas. El moldeo asistido por gas se utilizará con mayor frecuencia para reducir el peso. In Mold Decoration (IMD) y Paintless Film Moulding (PFM) son nuevas formas de mejorar la estética de los grupos de instrumentos o los paneles de la carrocería. El moldeo por soplado por extrusión está bien arraigado como técnica para producir tanques de combustible de polietileno de alta densidad (HDPE), aunque se espera que el moldeo por soplado por coextrusión de seis capas utilizado en los EE. UU. Para la producción de tanques de combustible llegue a Europa y Japón. Fibra larga (vidrio o natural) El poliuretano reforzado (LFI-PUR) ya se utiliza para producir paneles de puerta de alta rigidez y tiene buenas perspectivas de penetración adicional en el interior de los automóviles. La tecnología de moldeo por compresión se ha desarrollado en los EE. UU. Para la producción de grandes volúmenes de paneles con una superficie de clase A en compuesto de moldeo en láminas de baja densidad (SMC) y se utiliza una tecnología similar para procesar GMT. GMT no se utiliza donde se requieren superficies de clase A, pero donde se requieren superficies no cosméticas y un alto grado de integridad estructural durante el impacto. El proceso de moldeo por inyección de núcleo perdido se seguirá utilizando para colectores de entrada de aire en poliamida para diseños difíciles, mientras que el moldeo recto y la soldadura por vibración se utilizarán para colectores relativamente simples.