Polímeros para autos - partes exteriores y estructurales

Introducción
Para los nuevos autos producidos cada año, las aplicaciones de polímeros están muy diversificadas de acuerdo a:

• Los países,
• Los fabricantes de automóviles incluso en el mismo país.
• La difusión del modelo.
• La posición del modelo en el rango global.

Las motivaciones para usar plásticos y composites son variadas:

Técnicas: conformidad con las normativas de impacto, libertad de diseño para optimizar la aerodinámica, estética ...

Económicas: elección de procesos que permiten la producción en serie, series pequeñas, carros concepto, modelos especiales.

Ambientales: la reducción del consumo de combustible y la emisión de gases requiere vehículos más livianos y una mejor aerodinámica.

¿Dónde se utilizan los polímeros?
Los polímeros y compuestos se utilizan en funciones muy diferentes y en muy diversas frecuencias según el estado de desarrollo y los modelos de autos:

• Aplicaciones bien establecidas, por ejemplo:
• Parachoques
• Elementos del cuerpo como paneles, puertas, guardafangos, spoilers
• Luces: faros, luces traseras y laterales.
• Sellado: burletes, sellos de luces.
• Equipos auxiliares tales como carcasas de retrovisores, molduras de ruedas, cajas de equipaje, bases para portaequipajes de techo
• Aplicaciones en desarrollo:
• Guardafangos termoplásticos
• Paneles de plástico reforzado con fibra de carbono.
• Aplicaciones emergentes
• Parabrisas y ventanas

¿Qué restricciones y propiedades según las funciones?
Las restricciones y las propiedades difieren según los tipos de piezas como se muestra en:

Figura 1a para las partes donde predominan los desempeños mecánicos.

Figura 1a: Elementos exteriores con desempeños mecánicos predominantes

Figura 1b para las partes donde predomina otra propiedad.

Figure 1b: Partes exteriores con una propiedad especifica predominante

La producción guía la elección de procesamiento

La Tabla 1 sugiere algunos ejemplos de elecciones de proceso según la producción. Otras soluciones pueden ser usadas para casos específicos.

Tabla 1 Ejemplos de selección de proceso de acuerdo a la cantidad producida

Elementos de carrocería

Hay una multitud de soluciones según el material y los métodos de procesamiento.

La siguiente clasificación es arbitraria y otras pueden ser propuestas.

Compuestos termoestables GRP, BMC, SMC

• Alrededor del 90% de las superficies del cuerpo del Aventime de Renault y Matra están hechas en SMC, lo que proporciona una reducción de peso del 36% en comparación con el acero.
• Capó de motor, tapas de maletero, hatchbacks, compuertas traseras en GRP.
• Vehículos de nicho o de salida media: techos, techos corredizos, spoilers GRP.
• Puertas, refuerzos de puerta en GRP.
• Techos de 4WD en GRP, SMC.
• Cabinas de camiones pesados ​​en compuestos reforzado con fibra de Kevlar y de vidrio.
• Cuerpo de vehículos de nicho o de salida media (Volvo V70) en compuestos de poliéster reforzado con fibra de vidrio: RTM, BMC o SMC.
• Refugios, células de ambulancia, remolques o carrocerías de vehículos especiales en poliéster reforzado con fibra de vidrio, SMC o reposición manual.
• Tapas de cubiertas en SMC para el Mercedes Coupé.
• Paso de cabina de SMC con segmento integrado de alojamiento de ruedas para un camión Mercedes.
• Paneles frontales de camiones, spoilers de techo y laterales para cabinas de camiones en SMC.

RIM

• Camiones: techos rígidos, y spoilers en poliuretano RIM.
• Paneles de carrocería, puertas, en poliurea RIM.
• Paneles de poliurea RIM reforzadas con mica.
• Tablas de correr para camionetas con pasos moldeados, paneles de carrocería en RIM DCPD.

Compuestos híbridos

• Capa externa termoplástica sobre un marco SMC para el portón trasero de la Clase A de Mercedes.
• Puertas, refuerzos de puertas en materiales híbridos.

Sandwich

• Venture Industries está patentando el material de emparedado estructural de polipropileno reforzado con vidrio Sandwiform ™. Los paneles con revestimientos decorativos se forman en un proceso de termocompresión de un solo paso para los elementos de la maletera.
• El compuesto sándwich Baypreg F (Bayer) apunta a aplicaciones de soporte de carga, como cubiertas de compartimiento de camionetas.
• Las partes del cuerpo del compuesto sándwich están hechas con un núcleo de espuma epoxi y dos capas externas de acero.
• Paneles sándwich con núcleos de espuma de poliuretano o PVC para aislamiento térmico de semi-remolques, vehículos isotérmicos y de refrigeración. Las capas externas son de poliéster reforzado con fibra de vidrio o folio metálico.

Materiales espumados

• Paneles de carrocería, puertas, puertas traseras, bonetes en SMC espumado.
• Paneles frontales de camiones en SMC de baja densidad .
• Policarbonato estructural espumado para techo de 4WD.

Nanocompuestos

General Motors y Basell Polyolefins continúan el desarrollo de nanocompuestos para aplicaciones de alto volumen de piezas de acabado (trim) externas, tales como paneles de carrocería. Basell Polyolefins ha comercializado tres grados de nanocompuestos basados ​​en TPO reforzados con 2.5% de nanoarcilla.

La primera aplicación de estos nanocompuestos fue una opción de paso de minivan de bajo volumen.

Compuestos termoplásticos, GMT

Después de "The European Alliance for SMC", la producción de termoplásticos reforzados con estera de fibra de vidrio (GMT) y termoplásticos reforzados con fibra larga (LFT) aumentó aproximadamente un 9% en 2002, lo que demuestra brillantes perspectivas de futuro.

Algunos ejemplos son:

• Compuestos termoplásticos para los paneles de carrocería vertical del Saturne de General Motors (1,000 vehículos por día).
• Paneles termoplásticos para el Forfour Smart
• Tapa de maletera del Mercedes-Benz CL500 fabricada en mezcla de poliamida que permite la integración de antenas para GPS y teléfono.
• Fascia de Dodge Neon hecha de aleación super brillante Surlyn (DuPont).
• Aleaciones PC/PBT para el Smart.
• Paneles de polietileno rotomoldeado para el Think producido en Noruega.
• Nanocompuestos termoplásticos para la asistencia escalonada en el 2002 GMC Safari y Chevrolet Astro Van.
• Puertas Hatchback en GMT.
• Escudos de ruido en GMT
• Partes debajo de carrocería
• Partes debajo de carrocería en polipropileno auto reforzado (Curv) para el Audi A4.
• Escudos de ruido en GMT.

Marcos

• Casco de F1en fibras epoxi/carbono.
• Bastidor del coche anfibio en epoxi/vidrio/carbono/Kevlar.
• Carcasa-marco de carro concepto en híbrido compuesto/aluminio.
• Marcos monocasco de vehículos especiales en compuestos

Guardafangos

Según las previsiones de Bayer, la demanda de guardafangos de plástico se duplicará desde su nivel anual actual de 8,000 toneladas para el 2010.

Algunas soluciones actuales son, por ejemplo:

• Mezcla PPO / PA para carros de pasajeros.
• Bayer propone una nueva versión conductiva de la mezcla de Triax PA/ABS que se puede pintar en línea.
• Temperatura de deflexión térmica (HDT) está en un rango de 180 ° -200 ° C. Esto asegura la resistencia a las temperaturas encontradas en los hornos de secado durante el recubrimiento por inmersión catódica.
• Compuestos termoplásticos para los guardafangos de la Clase A de Mercedes, el Scenic y Laguna de Renault.
• Poliuretano RIM para guardafangos de camiones.
• Composites o RIM para vehículos de nicho o de salida media.
• Compuestos de poliéster reforzados con fibra de vidrio, SMC para guardafangos 4WD.

Parachoques

Existen muchas soluciones según los materiales, la producción y los métodos de procesamiento, por ejemplo:

• Viga rígida, espuma de amortiguación y capa externa con varias versiones, tales como: 
• Viga de polipropileno reforzado con fibra de vidrio, espuma de polipropileno y capa externa de TPO (polipropileno/EPDM). Una gran ventaja es la solución monomaterial que facilita el reciclaje.
• SMC.
• Viga y espuma con capa externa de policarbonato.
• Poliuretano RIM.

Sellado

El sellado evoluciona desde cauchos termoestables hasta TPE, particularmente TPV.

Lentes

Las lentes de los faros están a menudo en policarbonato y las luces traseras en acrílicos co-moldeados.

Parabrisas

El parabrisas es una gran esperanza para el policarbonato, pero actualmente las regulaciones no autorizan su uso.

Exatec (Bayer y GE) y Battenfeld desarrollan una parte de techo de 5 kg que debe recibir una posterior capa protectora contra rayaduras y rayos UV.

Equipos auxiliares

Hay múltiples partes con múltiples funciones tan variadas como:

• Carcasa del espejo retrovisor,
• Rejillas de ventilación traseras.
• Cajas de equipaje, en composites o termoplásticos.
• Adornos de rueda en termoplásticos.
• Masilla de reparación en SMC para paneles de carrocería.

Conclusión

Los plásticos en aplicaciones automotrices son una realidad económica y técnica con un alto margen de desarrollo. Entre las principales formas de progreso, citemos el uso de fibras de carbono, la producción de piezas listas para usar, los nanocompuestos, los polímeros conductores y resistentes al calor para la pintura directa, los nuevos métodos de procesamiento. Algunos de ellos se examinan brevemente a continuación.

Compuestos de fibra de carbono

Actualmente, las aplicaciones están limitadas a vehículos de alto volumen, alta tecnología y caros. El desarrollo de nuevas aplicaciones está condicionado por una reducción de los costos de material y una atractiva relación desempeño/costo.

Ejemplos de aplicaciones:

• El Mercedes SLR Maclaren tiene una carrocería y un chasis con una estructura de choque frontal hecha de material compuesto de fibra de carbono. El peso es la mitad de las piezas de acero o el 30% de las de aluminio. El precio antes de impuestos es de aproximadamente 375,000.
• Capó de carbono deportivo Corvette: la edición conmemorativa del Chevrolet Corvette Z06 2004 de General Motors (2000 a 3000 unidades) incluirá un capó de compuesto de fibra de carbono que pesa casi 5 kg menos que la parte de fibra de vidrio SMC que se usa actualmente. Cumple con los requisitos estructurales, tiene un acabado de superficie de Clase A y se puede pintar en línea.
• Los compuestos reforzados con fibra de carbono, SMC y moldeados por inyección, se utilizan ampliamente en el Dodge Viper 2003, lo que reduce el peso total en 91 kg.

Nuevos polímeros

Dow desarrolla resinas de tereftalato de butileno cíclico (CBT ™) para fabricar compuestos estructurales reciclables, dirigidos a paneles de carrocería verticales y horizontales y cajas de camiones.

Nuevos métodos de procesamiento

Los productores de polímeros desarrollan métodos originales para reducir los costos de procesamiento, por ejemplo:

• Bayer desarrolla tecnología híbrida de plástico y metal utilizando su poliamida reforzada con fibra de vidrio Durethan®.
• Dow Automotive desarrolla una técnica para unir componentes de FRP moldeados al metal con juntas adhesivas continuas aplicadas de forma robótica.

Referencias:

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

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