Qué hay de nuevo en materiales poliméricos para la industria automotriz

Durante un evento denominado Investor’s Day en la NPE2018, PolyOne hizo énfasis en cómo su portafolio de materiales y experiencia en diseño está ayudando a moldear el futuro de la movilidad avanzada, de la mano de las principales ensambladoras. De acuerdo con la compañía, las principales tendencias que están influyendo en los nuevos desarrollos son los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS), la sostenibilidad y la movilidad eléctrica.

La empresa señala que el explosivo crecimiento es un común denominador entre estas nuevas tecnologías, y cita a la firma consultora BCC Research, que proyecta que el mercado de los ADAS alcanzará los $59.1 mil millones en tamaño con una tasa de crecimiento anual compuesta de 19.9 por ciento hasta 2021.

Así mismo, cita el estudio New Energy Finance, de Bloomberg, que predice que los vehículos eléctricos representarán el 34 por ciento de las ventas de autos nuevos para 2040. Si bien los estándares corporativos de la economía de combustible (CAFE) pueden evolucionar, la sostenibilidad seguirá influyendo en los objetivos de los fabricantes de automóviles para el futuro.

Mientras que los fabricantes líderes de automóviles impulsan estas tendencias, PolyOne se enfoca en crear las materias primas que las hagan posibles. Algunos proyectos recientes incluyen:

• ADAS (sistemas avanzados de asistencia al conductor): Sensores protectores y cámaras con termoplásticos conductivos que reducen el peso con respecto al metal.
• Lightweighting (Optimización del peso): Reemplazo de metal con láminas de compuestos avanzados para reducir el peso, ofrecer mayor resistencia y disminuir costos.
• Calidad del aire al interior del vehículo: Desarrollo de TPEs que satisfacen los estándares para componentes HVAC para calidad de aire al interior del vehículo (VIAQ).
• Durabilidad: Aditivos resistentes a rasguños para componentes estéticos o acabados al interior del vehículo, y así incrementar su vida útil.
• Reducción de COV: Eliminación de la pintura con colorantes metálicos para componentes exteriores del vehículo, con el fin de reducir costos y disminuir las emisiones de compuestos orgánicos volátiles.

Compuestos de polipropileno

SABIC develó en la NPE2018 su nuevo y creciente portafolio de compuestos de polipropileno (PP), los cuales además de ser suaves al tacto combinan un excelente rendimiento contra los raspones en los componentes interiores automotrices sin pintar y de poco brillo.

Los nuevos compuestos de PP ofrecen los acabados lujosos y la sensación táctil que exigen los consumidores de hoy, incluso en los vehículos de rangos de precios inferiores. Al mismo tiempo, estos materiales de moldeo por inyección pueden ayudar a los fabricantes de equipos originales (OEM) y a los Tiers a reducir costos en hasta un 50 por ciento, al descartar operaciones secundarias como la aplicación de pintura blanda, telas, espuma y otros tipos de cubiertas en las superficies.

“La elegancia, la comodidad y el silencio en los interiores de los automóviles cobran cada vez más importancia para los compradores de vehículos de cualquier gama de precios”, afirma Scott Fallon, líder mundial de negocios automotrices en SABIC.

“SABIC diseñó los nuevos compuestos de PP para captar esta demanda y ayudar a los fabricantes a ofrecer un entorno de interiores que sugiere la idea de lujo, sin descuidar el control de los costos. Nuestros clientes se benefician de una estética espectacular y del valor que ofrece esta innovadora tecnología de materiales”, comentó.

Además de ser suaves al tacto, los compuestos PP SABIC ofrecen una atractiva superficie en mate con excelente resistencia a los raspones, buen desempeño ante los impactos, y un bajo encogimiento.

Los materiales SABIC brindan también buena amortiguación de los sonidos, para ayudar a crear un entorno silencioso en la cabina. El portafolio está disponible a nivel mundial, e incluye diferentes grados de PP reforzados con fibra de vidrio corta para ofrecer a los clientes opciones en cuanto al nivel de rigidez y densidad de materiales.

Además, los materiales están estabilizados con UV para prevenir la pérdida y cambio de colores.

Materiales para vehículos eléctricos

También durante la NPE2018, SABIC presentó sus soluciones de materiales para apoyar el desarrollo de vehículos eléctricos, conectados y autónomos.

“Gracias al aumento de vehículos eléctricos, los fabricantes de automóviles y el sector automotriz en general necesitan soluciones de materiales que los ayuden a cumplir con los nuevos requisitos y enfrentar los desafíos de diseño”, menciona Scott Fallon.

“Nuestro equipo global identificó diversas necesidades y brechas, y hemos desarrollado algunos enfoques originales que pueden ofrecer varios beneficios”.

Un ejemplo es la solución basada en termoplástico para la protección de las baterías en situaciones de choques. Especialmente en el caso en que los fabricantes utilizan baterías más grandes que deben montarse en el panel del suelo del vehículo.

Actualmente, la contramedida convencional empleada son las chapas de refuerzo de varias piezas para fortalecer el panel oscilante que protege las baterías. Sin embargo, estas soluciones metálicas añaden peso al vehículo.

SABIC acude a su experiencia en soluciones para choques y chasis para diseñar una solución estructural híbrida, utilizando plástico y metal, que permita producir una pieza de refuerzo más liviana y una que verdaderamente pueda mejorar el desempeño ante los choques.

El diseño actual de SABIC puede ofrecer hasta un 40 a 60% de reducción de peso en comparación a la versión totalmente metálica, y también brinda hasta un 10% de mayor absorción de energía. Este refuerzo se suma a una amplia gama de soluciones híbridas de termoplástico desarrolladas por SABIC que potencialmente pueden eliminar hasta 20 kg. de peso de la carrocería del vehículo.

Lo nuevo en poliolefinas

Una variedad de nuevos desarrollos en materiales, aditivos y procesamiento fueron los temas dominantes en la Conferencia de internacional sobre Poliolefinas 2018, que organiza la SPE, y que se celebró en Houston a finales de febrero. Había más de 700 asistentes en la que se conoce como la conferencia más grande del mundo, dedicada a las poliolefinas. Se presentaron 67 documentos técnicos y cinco conferencias plenarias, que abordaron las tendencias principales de la industria.

Entre los lanzamientos más destacados tenemos nuevos rellenos minerales para componentes exigentes de TPO dirigidos a la industria automotriz.  Una familia recién patentada de productos antioxidantes combinados de manera diferente son los aditivos con tecnología de control pH para PP. Estos fueron presentados por Addivant.

Warren Ebenezer, director de investigación para aplicaciones de polímeros, afirmó que la compañía ahora tiene paquetes de aditivos NDB sin polvo (No Dust Blend) con y sin estearato de calcio. Todos cuentan con certificado FDA y, según la compañía, ofrecen a los procesadores un control sin precedentes sobre el color y el índice de fluidez.

“Nuestra nueva tecnología de control del pH es investigado en toda el área de los polímeros y se muestra prometedora en muchas otras áreas, tales como PE, polímeros de ingeniería y elastómeros. Creemos que este concepto reajustará los requerimientos de referencia exigidos por fabricantes de materiales compuestos de polímeros".

Dos nuevos rellenos minerales de alto rendimiento en desarrollo para PP y TPO fueron presentados por Maz Bolourchi, gerente de aplicaciones de polímero en Imerys Performance Additives North America. Ambos están dirigidos a aplicaciones de automoción como componentes bajo el capó (under the hood), que requieren alta rigidez y buena CLTE.

Contenido reciclado

Wellman Advanced Materials enfatiza en la integración de sus operaciones, que lo han convertido en un proveedor global de nylon, TPO, resinas de PP y fibras de PET para la industria automotriz y mercados de consumo. La empresa también se ha caracterizado por su liderazgo en la fabricación "verde", gracias a los altos niveles de contenido de reciclaje post-consumo (PCR) que utiliza. Los materiales, lanzados en el último año, que cumplen con las exigencias de los OEM´s incluyen: EcoLon 3100-BK1, un nylon PCR 6, que ofrece propiedades superiores de flujo y rendimiento, y una mejor relación de costo-eficiencia frente al EcoLon 2100 actual, para componentes de automóviles como cubiertas de ventiladores.

Por su parte, el EcoLon GFT3040-BK1 es el primer nylon 6 de PCR con modificador de impacto que le confiere mejor rendimiento a bajas temperatura, un CLTE mínimo (coeficiente de expansión térmica lineal)  y mayor HDT (temperatura de deflexión térmica). Cuenta con un rendimiento comparable a un nylon virgen 6 con un importante ahorro de costos y perfil sustentable. También está el EcoLon 1619-BK3GB, un nylon 6 PCR con 20% de fibra de vidrio / reforzado con mineral, que ofrece una reducción del peso del 19%, pero es comparable en costo y rendimiento con grados virgen equivalentes.

Alta resistencia térmica

Una de las últimas incorporaciones a la línea de compuestos y mezclas ABS de Elix Polymers es una mezcla ABS/PC de ultra alta temperatura que pasó recientemente por una serie de pruebas usando la tecnología de moldeo Heat and Cool (H&C), de Roctool, como parte de la estrategia de Elix de proporcionar soluciones a la medida, destinadas a empresas que procesan sus materiales de especialidad; en este caso, para su aplicación en la industria automotriz.

Se cuantificó el rendimiento de Elix Ultra HH4115HI ABS/PC en cuanto a la estética y al rendimiento de procesamiento, usando la tecnología de calor por inducción H&C, para caracterizar esta mezcla innovadora con el fin de ampliar su rango de aplicaciones, dice José Pedro Abad, gerente de desarrollo de negocio automotor de Elix. Según Mathieu Boulanger, director general de Roctool, la caracterización de materiales es parte del esfuerzo actual de Roctool por desarrollar su completa base de datos de materiales plásticos, que está diseñada para ayudar a fabricantes de equipos originales a lograr piezas de calidad excepcional y rendimiento mejorado.

Roctool caracteriza la replicación superficial siguiendo tres tipos de estructuras superficiales: grano químico, grano por EDM y grano por láser, así como mejoras en brillo y color. Además de la replicación superficial, también se han realizado estudios de longitud de flujo.

“De hecho, la tecnología Roctool permite una reducción de la luminosidad del color y la obtención de una pieza 'piano black' con un acabado superficial perfecto”,  dice Abad.

Por otra parte, la replicación de la superficie con textura mejoró en más del 50% y hubo mejoras significativas para cada tipo de estructura de superficie, especialmente con baja rugosidad.

Nylons para gestión térmica

Solvay Performance Polyamides presentó dos nuevos productos de nylon Technyl para gestión térmica en la industria automotriz. Uno es el Technyl Blue D 218CR V33, un copolímero de nylon 66/610 con resistencia muy alta a la hidrólisis, además de alta resistencia a las sales de carretera.

Las principales aplicaciones inmediatas son tanques  del radiador, carcasa del filtro de aceite e intercambiadores de calor para el tubo de recirculación de gases de escape (EGR). Este producto ha sido agrupado junto con las dos series existentes de productos del nylon 66 Technyl en la familia Technyl Blue con tres niveles de rendimiento. El nuevo grado tiene muy alta resistencia a la hidrólisis. Por debajo de estos están los grados Technyl Blue G2"(alta resistencia a la hidrólisis) y los grados de Technyl Blue 34NG (resistente a la hidrólisis).

Según la compañía, los tres ofrecen resistencia al envejecimiento térmico en presencia de refrigerantes agresivos (mezcla de glicol/agua caliente). Technyl Blue 34NG muestra un 15% más de retención de resistencia a la tracción que el nylon 66 estándar después de 1000 horas a 130 C/266 F. Technyl Blue G2 alcanza una retención de la fuerza 30% mayor; y los nuevos grados de D218CR V33 ofrecen retención de la resistencia a la tracción 60% mayor que el nylon 66 estándar. La compañía dice que los tres ofrecen alto flujo y excelente calidad superficial, comparados con polímeros especiales de la competencia.

El otro nuevo producto de Solvay Performance Products es Technyl Red S, un nylon 666 que es altamente estabilizado al calor para uso continuo a 200 C o 392 F. está dirigido a los conductos de aire de motores turbo y enfriadores del aire de carga, así como para cubiertas del cabezal del cilindro. La empresa dice que es un avance sobre el grado Technyl HP establecido.

Technyl Red S ha sido probado a 200 grados centígrados durante 2000 horas y a 210 C/410 F durante 1000 horas. También cuenta con alta resistencia al impacto y a los condensados ácidos, ofrece también alto flujo, calidad superficial superior y excelente soldabilidad.

Metal a plástico

RTP Co. presentó en la NPE2018 una gama de nuevas aplicaciones hechas con sus compuestos termoplásticos. Los ingenieros de RTP presentaron en la feria “7 pasos: una guía de conversión de metal-plástico”. RTP cuenta con amplia experiencia en el uso de compuestos termoplásticos con relleno para reemplazar el metal en una amplia gama de aplicaciones.  También es novedosa una selección de aleaciones termoplásticas que demuestran resistencia a la abrasión similar al UHMWPE, pero diseñadas para el moldeo por inyección.

Más grados de ingeniería de especialidad

Solvay Specialty Polymers también ha presentado varios materiales nuevos para aplicaciones especializadas. La empresa ha añadido más materiales de gestión térmica para la industria automotriz con su nuevo PPS Ryton R-4-300, con 30% fibra de vidrio, y la serie Amodel A-89XX de resinas de poliftalamida (PPA) con 30-50% relleno de fibra de vidrio.

El nuevo grado Ryton es un PPS lineal con resistencia mejorada a la tracción y a la elongación, así como con excelente resistencia en su línea de soldadura. El nuevo PPA está dirigido a componentes bajo el capó, como carcasas del termostato, válvulas multi-refrigerantes y conductos de entrada y salida de agua.

También es una novedad la poliarilamida Ixef 1524 de color naranja (PARA, también conocida como Nylon MXD6), un grado resistente a la llama libre de halógenos con 50% de fibra de vidrio para conectores de recarga de vehículos eléctricos.

Según informes de la compañía, a pesar del alto contenido de vidrio, muestra alto flujo para paredes delgadas de 0.5 mm, resistiendo altas velocidades de inyección y ciclos cortos. Ofrece un equilibrio de alta rigidez y dureza, así como una superficie brillante. También cumple con UL 94V-0 0, a 4 mm.

Royal DSM firmó un acuerdo de asociación de tecnología "One DSM" con Toyota Motorsport GmbH (TMG), filial 100% de Toyota Motor Corp. Todos los negocios de DSM activos en el suministro de materiales y tecnología para el sector automotor son parte del acuerdo, incluyendo: plásticos de ingeniería, Dyneema (fibras de PE de muy alto peso molecular) y manufactura aditiva e impresión 3D, que a su vez incluye Somos para estereolitografía (SLA y otras tecnologías como fabricación de filamento fundido (FFF)), también conocida como FDM.

Una de las áreas de especialidad de TMG, compañía de desarrollos de alto rendimiento, pruebas y fabricación, está en la creación de productos para manufactura aditiva, tanto para el uso de Motorsport, como para otros clientes externos.

Bajo este acuerdo no exclusivo, DSM tendrá la oportunidad de actuar como proveedor preferido de materiales y de productos para TMG. TMG desarrollará y dirigirá nuevas soluciones de ingeniería utilizando materiales y productos de alto rendimiento de DSM para aplicaciones potenciales en la industria automotriz. TMG también probará y evaluará productos de DSM y actuará como un usuario de prueba para proyectos definidos.

Por otro lado, también se destacan los nuevos negros de carbono conductores, de Orion Engineered Carbons, que se desarrollan específicamente para termoplásticos que requieren buena conductividad y propiedades antiestáticas. Según la compañía, las Specialty Carbon Black XPB 633 Beads son ideales para piezas de plástico de la carrocería de automóviles, que requieren conductividad para garantizar un recubrimiento sin problemas.

Estos aditivos conductores cuentan con excelente dispersión y, al parecer, han demostrado mejorar el índice de fluidez de los compuestos y las propiedades mecánicas en comparación con el grado anterior.