Polímeros para autos . Bajo el capó

Introducción
Bajo el capó se caracteriza por un entorno hostil:

• Altas temperaturas
• Líquidos agresivos: combustible, aceites, líquido refrigerante, líquido de frenos
• Ozono

Por otro lado, no hay UV ni luz.

Por consiguiente:

• Las familias plásticas utilizadas difieren ampliamente de aquellas encontradas en el compartimiento de carrocería y pasajero.
• Bajo el capó es el dominio de los grados de plásticos de ingeniería desarrollados a menudo específicamente para estas aplicaciones.

¿Cuales plásticos y cuánto?

La Tabla 1 (después de APME) muestra la naturaleza y el consumo de las principales familias de plásticos usados bajo el capó de un automóvil europeo promedio para cuatro funciones. No se incluyen varias familias debido a un consumo demasiado bajo, por ejemplo, PPS, PEI, poliimidas, PC, PMMA, TPV, epoxis ...

Funcion	Familia de Plásticos	Kg/car promedio
Elementos misceláneos	PA, PP, PBT, UP, EP, PF	10
Sistema de combustible	PE, POM, PA, PP, UP	8
Componentes eléctricos	PP, PE, PBT, PA, PVC, UP, PF	7
Otros  reservorios	PP, PE, PA	1
Total Bajo el capot		26
Total plasticos en carro promedio		105

Tabla 1: Consumo de plásticos para partes bajo el capot (kg/ carro europeo promedio)

Para obtener altas rigideces y alta HDT (Temperatura de Alta Deflexión), los plásticos se refuerzan muy a menudo con fibras de vidrio, especialmente las largas, como BMC, SMC y LFRT.

La Figura 1 muestra las tajadas de consumo de plásticos de ingeniería en el automóvil europeo promedio. Estos datos se refieren a todo el automóvil, pero reflejan razonablemente las participaciones debajo del capó.

Figura 1: Participación de los termoplasticos de ingenieria en el carro europeo promedio.

Si los porcentajes se calculan en comparación con el peso total de los plásticos en el mismo automóvil europeo promedio, las cifras son tan bajas como

PA	8%
PBT, PET	5%
PC	3%
PPE	2%
PMMA	1%
POM	1%

El total es aproximadamente 20%. PPS, PEI, poliimidas, PC, PMMA, TPV, epoxis, etc. no están listados.

¿Cual plástico para qué parte?
La Tabla 2 muestra algunos ejemplos de opciones de plásticos frente a tipos de piezas. Este listado no es exhaustivo y las opciones dependen de:

• La ubicación exacta de la pieza.
• El entorno real: las temperaturas, por ejemplo, pueden variar en un amplio rango según los tipos de automóviles.
• Consideraciones económicas.
• Requisitos de potencia.
• Posición del modelo

Colector de admisión: descripción general de PA
Muchos fabricantes de automóviles utilizan nylon reforzado para colectores de admisión de aire debido a ventajas directas como, por ejemplo, las siguientes:

• Ahorro de peso debido a la relación desempeño / peso.
• Ahorro de costos debido a la facilidad de fabricación.
• Libertad de diseño que permite mejorar el flujo de aire.
• Posibilidades de integración de piezas virtualmente ilimitadas.
• Facilidad de fabricación
• Resistencia al óxido en comparación con los metales.
• Estética

Mas aún, hay beneficios indirectos como, por ejemplo:

• Ahorro de combustible sin sacrificar el desempeño.
• Mejora el desempeño debido a la mejora del flujo de aire.
• Reducción de tamaño...

Los colectores de plástico no solo se usan en automóviles de difusión masiva, sino también en autos deportivos como los modelos Porsche.

Colector de admisión: ejemplo de avance de poliftalamida (PPA) frente a PA
Para los colectores de admisión usados ​​en Camaro y Firebird, el PPA está reemplazando el PA debido a varias ventajas:

• Resistencia a altas temperaturas.
• Mejor comportamiento a la humedad.
• Mayor resistencia a la deformación por tracción, reduciendo los riesgos de fugas.

Por otro lado, el precio es más alto pero también hay algunas ventajas de funcionamiento:

• Una reducción de peso interesante con una parte de PPA que pesa 5 kg, frente a 12 kg para la de aluminio.
• Un 25% más de flujo de aire y 20 HP de potencia extra.

Ventilador del radiador: PA en lugar de acero.
Las primeras aspas de plástico para automóviles fueron hechas con PA reforzado con vidrio en lugar de acero por sus ventajas directas, tales como:

• Reducción de peso del 60% debido a la baja densidad y buen desempeño mecánico.
• Reducción del esfuerzo vertical del 50% en el cojinete de la bomba de agua a 5.200 rpm debido al peso ligero.
• Mayor flexibilidad.

Mas aún, hay beneficios indirectos, tales como:

• Mejora de la durabilidad de los cojinetes de la bomba debido a una menor carga vertical
• Ahorro de combustible sin sacrificar el desempeño.
• Mejora el desempeño.
• Mejora de la seguridad del trabajador y del cliente gracias a una mayor flexibilidad y resistencia a la oxidación.

Tanques de combustible
Los primeros tanques de combustible de polietileno se usaron en 1967 en los autos de rally Porsche, y en 1972 en la serie especial VW Beetles. La reducción de peso fue del orden del 30-50% en comparación con el tanque de metal reemplazado. También hay otras ventajas como:

• Mayor libertad de diseño que permite la optimización del espacio liberado y, en consecuencia, la capacidad.
• Mejor comportamiento de impacto.
• Mejor resistencia a la corrosión.
• Menor coste debido a la facilidad de fabricación.

Pero el fortalecimiento de las regulaciones ambientales (PZEV: Vehículo de emisión parcial cero) ha llevado a requisitos severos en relación con la impermeabilidad al combustible, que requieren la modificación de las técnicas actualmente en uso. Los fabricantes de automóviles tales como Ford y GM requieren materiales con una mayor resistencia mecánica, térmica y conductores.

Entre las varias posibilidades para mejorar la impermeabilidad al combustible, citemos, sin pretender ser exhaustivos:

• Termoformado de PEAD / EVOH de seis capas
• Combinación de aleaciones PA / PO y multicapas EVOH (Permblok de Atofina)
• Fluorinación de PEAD.
• Recubrimientos internos y/o externos orgánicos u órgano-minerales.
• Recubrimientos de nano silicato, por ejemplo, SMA y nanopartículas de sílice con derivados de epoxicos que forman una red reticulada.
• Rediseño de la línea de combustible con tanque de combustible sin tapa (Velsatis y otros modelos Renault).

Diseño híbrido para motores con compuestos.
Los fabricantes de automóviles y los especialistas en motores, como Ford y Polimotor, estudian soluciones híbridas que combinan compuesto y metal para motores. Las piezas sometidas directamente a temperaturas muy altas están hechas de metales como en los motores convencionales. En los materiales compuestos, las matrices pueden ser fenólicas o epóxicas con refuerzo de fibra de vidrio, lo que conlleva varias ventajas:

• Motores que pesan un 30% menos que los metálicos sustituidos.
• Consumo considerablemente disminuido.
• Operación más silenciosa.

Ejemplos de piezas excepcionales de alta tecnología hechas de polímeros de muy alto desempeño
Existen algunas categorías de vehículos para las cuales la falla puede ser catastrófica y, en estos casos, los polímeros de alto desempeño y también muy costosos pueden ser más económicos que sus contrapartes de metal. Por ejemplo, las piezas y formas fabricadas con poliimidas (DuPont y otros) soportan tres de los desafíos automotrices de entornos hostiles más importantes:

• Alta resistencia al desgaste incluso cuando falla la lubricación.
• Comportamiento a altas temperaturas cuando las temperaturas locales pueden alcanzar más de 350 ° C,
• Sellado de fluidos.

Por otra parte:

• Los procesos de fabricación son inusuales y caros.
• El costo de la materia prima es alto.
• Los materiales son raros.

Sin embargo, citemos algunos ejemplos de aplicaciones para vehículos excepcionales:

• Cojinetes de la bomba de combustible, sellos y válvulas.
• Anillos de sellado de la transmisión, arandelas de empuje y válvulas.
• Bujes y sellos del inyector de combustible.
• Cojinetes del turbo compresor
• Juntas de carburador GLP.
• Anillos de pistón.
• Juntas hidráulicas, arandelas, y válvulas.

Conclusión

• Los plásticos en aplicaciones debajo del capó son una realidad económica y técnica.
• Algunas partes están hechas principalmente de plástico, como tanques de combustible que están hechos de 92% de polietileno en Europa y 74% en EUA.
• Para ciertas partes, existe una fuerte competencia entre los plásticos, particularmente entre los termoplásticos y los termoestables. La selección del material fluctúa y el acero siempre está listo para recuperar sus posiciones perdidas.
• Los plásticos deben progresar en el reciclaje, en particular los termoestables, y adaptarse a las nuevas regulaciones sobre emisiones de combustible, seguridad y medio ambiente.

Referencias:
Páginas web, boletines técnicos: AES, APME, Bayer, Borealis, Citroen, Dow, European Alliance for SMC, Fiat, GE, PRW, Renault, SAE

Michel Biron.
SpecialChem
02 Enero, 2007