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¿Cómo seleccionar el material correcto para el mayor desempeño de los componentes plásticos en la industria automotriz?

June 27, 2019

Ahora que sabes cómo seleccionar el material correcto, conoce los equipos para realizar pruebas de calidad a plásticos.

Los proveedores de piezas automotrices a menudo participan directamente en el diseño y desarrollo de nuevos productos, en esta industria se ha hecho una práctica común el cambiar de aleaciones de metales tradicionales a polímeros de alto rendimiento, esto debido a su resistencia mecánica, resistencia química y propiedades de mayor resistencia al peso.

Como ejemplo, los compuestos reforzados con fibra de carbono son un 50% más ligeros que el acero convencional y un 30% más ligeros que el aluminio, conservando las propiedades de resistencia a la par del acero y el aluminio, convirtiéndolos en una alternativa atractiva para proveedores y fabricantes de piezas.


Los polímeros avanzados también ayudan para lograr una mejor eficiencia de combustible al mismo tiempo que permiten a los ingenieros crear diseños innovadores que agreguen valor estético pero que sean extremadamente fuertes y duraderos.

Los materiales compuestos de plástico y polímeros no solo proporcionan ahorros de peso a los vehículos, sino que sus altas cualidades de absorción de energía les permiten cumplir con estrictas normas de seguridad que simulan colisiones y otros accidentes. Teniendo en cuenta las ventajas de los materiales de polímero para el automóvil, se prevé un crecimiento constante para sus aplicaciones en la industria automotriz durante los próximos años.


Habiendo establecido que los polímeros y los compuestos de polímeros son los impulsores del crecimiento, ¿cómo seleccionaremos el material adecuado que proporcione el mejor rendimiento y la más alta calidad?


Plásticos como PA, PP, ABS y PC se utilizan en varios componentes automotrices: desde el panel de instrumentos hasta los paneles de las puertas, desde los componentes del motor hasta la iluminación. Los polímeros de alto rendimiento, como PVC, PEEK, PPS y PEI, son costosos y tienen un costo de procesamiento más elevado.

Por lo tanto, es necesario evitar los errores de diseño y procesamiento para mantener los bajos costos de fabricación y  por lo tanto contar con las hojas de datos técnicos de las propiedades del material y evaluarlas cuidadosamente para poder diferenciar entre muchos polímeros diferentes y elegir los más adecuados para aplicaciones automotrices.

Además de evaluar la procesabilidad, los laboratorios de control de calidad deben caracterizar específicamente las propiedades mecánicas y termomecánicas para controlar la calidad de los polímeros.

La caracterización del polímero es más útil para proporcionar información a Investigación y Desarrollo, lo que permite cuantificar las propiedades y proporcionar directrices para el futuro desarrollo del producto. Para el año 2030, la industria automotriz está orientada a adoptar los materiales plásticos y compuestos como soluciones ideales que cumplen con los requisitos de rendimiento y sostenibilidad.


PROPIEDADES DE FALLAS Y PROCESABILIDAD

Los productores de materia prima deben controlar la calidad de los polímeros que producen para garantizar a sus clientes que los polímeros suministrados cumplen los requisitos para aplicaciones específicas. Una de las propiedades clave relacionadas con la procesabilidad es el Índice de Fluidez [Melt Flow Rate o MFR], que se puede determinar usando un Medidor de Índice de Fluidez [MFR].

El MFR se describe como la masa de un material que fluye a través de un dado en una cierta cantidad de tiempo, a una temperatura especificada y cuyo valor se informa en g / 10 minutos. En pocas palabras, mide cuán fácilmente fluye un polímero fundido. El Medidor de Índice de Fluidez es una herramienta fácil de usar para verificar la calidad de un polímero, ayuda a seleccionar el mejor grado de polímero y predice el comportamiento del polímero en una serie de técnicas de procesamiento.

Siguiendo las normas ASTM D1238 e ISO 1133, los fabricantes de polímeros pueden verificar la calidad del producto que reciben de su proveedor. Ambos estándares internacionales describen el procedimiento de prueba y la precisión de la medición de prueba en detalle.

Una muestra de polímero se funde en un barril calentado y se aplica una carga específica sobre la muestra con la ayuda de un pistón que empuja el material para que fluya a través de una matriz de capilar estándar especificada. Se mide la cantidad de muestra que fluye en 10 minutos.

Cuando un polímero tiene un MFR bajo, su procesabilidad del material se considera menor, mientras que un valor MFR más alto representa una procesabilidad más fácil. 


PROPIEDADES TERMOMECÁNICAS

Las pruebas de deflexión por temperatura (HDT) y temperatura de reblandecimiento de Vicat (VST) generalmente se realizan para evaluar la capacidad de los polímeros diseñados y de alto rendimiento para retener sus propiedades mecánicas a altas temperaturas. ASTM D648 y D1525 proporcionan procedimientos de prueba detallados para esta medición de propiedad del material. La muestra de polímero está sumergida en un baño fluido cuya temperatura se eleva uniformemente a una tasa de temperatura específica. Se aplica una carga o un esfuerzo predefinidos a la muestra para medir la temperatura a la que muestra una deflexión determinada (prueba HDT) o penetración (prueba VST).


 

La norma ASTM D648 describe HDT como la temperatura a la cual se produce una deflexión de 0.25 mm (0.010 in) bajo un esfuerzo aplicado predefinido de 0.455 MPa (66 psi) o 1.82 MPa (264 psi). La muestra de prueba se coloca en una posición de canto en un accesorio de plegado de tres puntos y el conjunto se sumerge en un baño de aceite de silicona cuya temperatura se eleva uniformemente a una velocidad de 120 ° C / h.

El estándar ASTM D1525 define VST como la temperatura a la cual la punta de una aguja del accesorio penetra en la muestra a una profundidad de 1 mm. Este estándar permite dos aplicaciones de masa diferentes: 10 N o 50 N y dos velocidades de temperatura diferentes: 50 ° C / ho 120 ° C /h.


Considere este escenario como un simple ejemplo del valor de las pruebas HDT para su vida diaria: una pesada bolsa de compras queda en el tablero de su automóvil en un caluroso día de verano cuando las temperaturas dentro del automóvil podrían alcanzar hasta 50 ° C (122 ° F).

Si el material utilizado para hacer que el tablero no soporte el peso de la bolsa a esta temperatura, el tablero de instrumentos puede deformarse y dañarse.

Los valores más altos de HDT y VICAT obtenidos en una prueba significan que el material probado es adecuado para aplicaciones de alta temperatura, lo que hace es un material preferible para aplicaciones automotrices. Pero además de las propiedades globales, los resultados de las pruebas HDT y VICAT también proporcionan información sobre las propiedades de superficie de un polímero.

A temperaturas superiores a las establecidas por una prueba HDT o VICAT, se puede anticipar que la muestra de polímero sufre una deformación permanente que genera más defectos superficiales. 

PROPIEDADES MECÁNICAS

Comprender las propiedades de falla de materiales ayuda a los ingenieros a resolver y prevenir fallas identificando las causas de degradación, daños, envejecimiento, tensiones y problemas de procesamiento. La industria automotriz cuenta con estrictas normas de seguridad donde cada componente crítico debe ser probado y debe estar de acuerdo con especificaciones técnicas precisas.

Las principales propiedades que se prueban repetidamente son la resistencia, la durabilidad y las características relacionadas con la seguridad. Por ejemplo, los tableros de los automóviles están diseñados para absorber choques y requieren componentes poliméricos resistentes a los impactos, diseñados de tal manera que en el caso de un accidente, el área del tablero absorberá una cantidad significativa de energía de impacto.


Las pruebas de impacto en plásticos y componentes combinados se vuelven importantes y, a menudo, se utilizan para ayudar a comprender las propiedades de falla del material y caracterizar la resistencia mecánica de los componentes del polímero al impacto. La resistencia al impacto es una medida crítica de la vida útil y es principalmente responsable de garantizar la seguridad
del producto.

Las pruebas de impacto permiten distinguir entre polímeros frágiles y dúctiles y simular el comportamiento del material a diferentes temperaturas y / o diferentes velocidades de impacto.

La prueba está estandarizada de acuerdo con varias normas de ASTM e ISO para asegurar el cumplimiento de los componentes de polímeros en aplicaciones automotrices.

Ahora que sabes cómo seleccionar el material correcto, conoce los equipos para realizar pruebas de calidad a plásticos.

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