Tema especial de "adelgazamiento" | Tres avances y cuatro "trampas" en el peso ligero automotriz

El "liviano" se ha convertido durante mucho tiempo en una revolución sistemática que se extiende a través de materiales, procesos y diseños. No es solo una estrategia de supervivencia para las empresas reducir los costos, sino también una respuesta verde para que la industria responda a los objetivos de doble carbono.

En el campo automotriz, una pieza de placa de acero puede reemplazarse por plástico para reducir el peso en un 30%, pero aún puede soportar temperaturas e impactos extremos. Se ha demostrado que el peso ligero es una estrategia clave para mejorar la eficiencia del combustible; En la industria del embalaje, la optimización del espesor de la película de 0.1 mm puede ahorrar 10,000 toneladas de materias primas; En los electrodomésticos electrónicos, los plásticos conductores térmicos pueden lograr un rendimiento similar de disipación de calor con 1/5 del peso del aluminio ... "pérdida de peso y adelgazamiento" ya no es solo una proposición para el cuerpo humano, sino también la dirección evolutiva de la ciencia de los materiales.

Sin embargo, el peso ligero no es una resta de simple. Requiere equilibrar la fuerza y ​​el peso, el costo y el rendimiento, los procesos tradicionales y los materiales innovadores, así como la pérdida de peso saludable requiere una combinación de dieta científica y ejercicio.

Los estudios han demostrado que por cada 5% de reducción de peso de un vehículo, la eficiencia de combustible puede mejorarse en un 2%. Por lo general, reemplazar piezas metálicas con piezas de plástico puede reducir el peso en un 50%. Si usted es un procesador de moldeo de fabricantes de automóviles o de plástico, ¿está considerando convertir piezas de metal en piezas de plástico para reducir el peso de las piezas? Hacerlo puede requerir que desafíe el status quo. Este artículo explorará cómo definir y alcanzar objetivos livianos, identificar tres piezas automotrices que son adecuadas para reemplazar con soluciones de polímeros avanzados y compartir cuatro "dificultades" para evitar cuando se livianos.

Para la transición del metal al plástico para reducir el peso de las piezas automotrices, es importante definir sus objetivos haciendo las siguientes preguntas:

1. ¿Qué factores de rendimiento impulsan su preferencia por el aluminio o el acero en el diseño de accesorios? Si la disipación de calor es el controlador principal, entonces los polímeros térmicamente conductores pueden ser una buena alternativa. Si se debe a los requisitos de rigidez o resistencia, considere aprovechar la tecnología termoplástica de fibra larga. Estos materiales y tecnologías son buenos reemplazos para materiales metálicos en términos de los factores anteriores.

2. ¿Están las piezas automotrices de metal actuales plagadas de problemas de rendimiento, como la corrosión? Los plásticos son inherentemente resistentes a la corrosión, lo que elimina las preocupaciones sobre el óxido y otras formas de oxidación que pueden dañar las partes metálicas.

3. ¿Las piezas automotrices requieren procesos de acabado costosos o que requieren mucho tiempo? Los polímeros moldeados por inyección pueden simplificar los pasos de ensamblaje y eliminar los procesos de acabado secundario, como recubrimientos protectores y pintura, mejorando así la eficiencia de producción.

Ingeniería de plásticos y compuestos especializados se están volviendo cada vez más populares en la industria automotriz debido a su capacidad para lograr propiedades similares a metales a través del moldeo por inyección y proporcionar flexibilidad de diseño. La combinación de plásticos y automóviles crea enormes oportunidades para que los Moldadores de inyección de OEM y auto piezas produzcan productos superiores que respalden objetivos de desarrollo sostenibles, logren aspiraciones de diseño y, lo más importante, proporcionen un rendimiento óptimo.

Por supuesto, también es importante señalar que no todas las piezas automotrices de metal son adecuadas para la conversión a piezas de plástico. Hay tres tipos de piezas automotrices que son muy adecuadas para soluciones de plástico a acero.

1. Piezas que requieren alta resistencia, alta rigidez, resistencia al impacto o resistencia a la temperatura extrema:

Históricamente, las preocupaciones sobre los plásticos se han centrado en su integridad estructural y su capacidad de no derretir, deformarse o crujir bajo cambios de temperatura. Sin embargo, la tecnología termoplástica de fibra larga (LFT) aborda estas preocupaciones y llena el vacío entre las formulaciones reforzadas con fibra corta y los materiales de ingeniería excesiva. LFT puede mantener la resistencia y la rigidez en un amplio rango de temperatura y exhibe un mejor impacto y resistencia a la fatiga que las variantes de fibra corta.

La tecnología de polímero avanzado detrás de los termoplásticos de fibra larga permite que los termoplásticos mantengan su fuerza y ​​rigidez desde por debajo de la congelación a casi 200 ° C. Específicamente, los LFT exhiben una excelente resistencia al impacto incluso a altos niveles de rigidez, y estos materiales tienen baja fluencia en comparación con los materiales reforzados de fibra corta. También tienen 100 veces la resistencia de fatiga de los polímeros reforzados con fibra corta, lo que permite una alta resistencia mecánica a altas cargas. Las formulaciones de LFT generalmente superan a las formulaciones de fibra corta en aproximadamente un 70% en resistencia al impacto, utilizando el mismo refuerzo y materiales de matriz, y tienen una mayor rigidez.

Los termoplásticos de fibra larga todavía ofrecen la misma conveniencia de moldeo por inyección que los polímeros de fibra corta, pero la longitud y el tipo de fibra (vidrio, carbono, etc.) son factores clave en la resistencia, la rigidez y la durabilidad del plástico. Además, las fibras largas forman una "red 3D" dentro de la parte moldeada por inyección. Esta red admite la pieza incluso cuando el polímero comienza a ablandarse (fluencia), lo que significa que los LFT son una excelente alternativa a los componentes de metal en partes altamente estresadas de vehículos sujetos a temperaturas o presiones extremas.

2. Componentes térmicamente conductores:

Tradicionalmente, las propiedades aislantes inherentes de los termoplásticos han limitado su uso en aplicaciones de disipación de calor. Sin embargo, los avances en termoplásticos diseñados ahora les permiten disipar efectivamente el calor, con una efectividad similar a los metales, pero a una fracción del peso. Como resultado, los plásticos térmicamente conductores ofrecen una relación de rendimiento-peso excepcional, lo que los convierte en una excelente opción para aplicaciones como iluminación automotriz y sistemas electrónicos.

Usando polímeros térmicamente conductores, la conductividad térmica puede alcanzar 20 vatios por metro por kelvin (w/m · k). Esto es de 50 a 100 veces más alto que los termoplásticos estándar y 1/5 de aluminio fundido. Con una densidad típica de 1.65-1.75 g/cm3, estos plásticos especiales son 30-40% más bajos que el aluminio, lo que proporciona una alternativa de alto rendimiento pero más ligera.

La relación de rendimiento-peso excepcional, combinada con la comodidad del moldeo por inyección, los pasos de procesamiento menores reducidos y la libertad de diseño completa, los polímeros térmicamente conductores pueden empoderar a los ingenieros automotrices en muchas aplicaciones, siendo una iluminación exterior un ejemplo. Los conjuntos de faro y luz trasera generan mucho calor, lo que puede causar estrés y fatiga a los componentes con el tiempo e incluso acortar la vida útil de la lámpara. Los plásticos térmicamente conductores ayudan a disipar el calor, extendiendo la vida útil de la lámpara al tiempo que proporciona ventajas de diseño y fabricación adicionales.

Por muchas de las mismas razones, los plásticos térmicamente conductores también son muy útiles en componentes electrónicos, sistemas de manejo de fluidos y muchas otras aplicaciones sensibles a la temperatura.

3. Componentes eléctricamente conductores:

En los vehículos modernos, la gestión de la descarga electrostática (ESD) u otras cargas estáticas como la interferencia electromagnética (EMI) es fundamental. Los materiales disipativos conductores y estáticos pueden proporcionar la protección necesaria sin las limitaciones de peso y diseño de los componentes de metal tradicionales.

Los controles del motor, la electrónica de energía, los sistemas de información y entretenimiento, los sistemas de seguridad activa y otros sistemas electrónicos son estándar en los vehículos modernos. Para garantizar que estos sistemas funcionen correctamente, la interferencia electromagnética (EMI) debe manejarse protegiendo la fuente de la emisión o componentes sensibles. Los polímeros especiales pueden funcionar comparables a los componentes de metal tradicionales y facilitar la fabricación de piezas de próxima generación.

Si bien el cambio de metal a plástico es muy atractivo para los fabricantes de automóviles que se esfuerzan por cumplir con los objetivos de eficiencia de combustible del vehículo, asegúrese de evitar cuatro dificultades al implementarlo:

1. No dude demasiado tiempo al elegir un material: hable con su proveedor de polímeros temprano en el proceso de diseño para aclarar las propiedades específicas del material requerido. Los proveedores conocedores también pueden demostrar posibilidades de material que los fabricantes de automóviles pueden no haber considerado, ya sea una nueva formulación o aditivos o rellenos.

2. Piense en la función, no solo el peso: no se pierda oportunidades para mejorar la función o la fabricación de piezas: use la libertad de diseño inherente de los plásticos para resolver problemas más allá del peso.

3. Elimine los enfoques de todo o nada: es cierto que los componentes clave pueden requerir metal para lograr ciertas características, pero esto no significa que los plásticos no tengan lugar en absoluto. Los diseños de plástico/metal híbrido pueden tener lo mejor de ambos mundos: peso reducido y resistencia estructural, y el moldeo de inserción (ver figura a continuación) es un proceso que permite que el plástico y el metal se moldeen juntos y vale la pena investigar.

4. Deja de pensar de una manera "uno por uno": en lugar de buscar materiales alternativos para piezas metálicas con la misma geometría, los diseñadores aprovechan los grados adicionales de libertad para moldear los plásticos en la forma final de una vez. Los polímeros se moldean de manera diferente, y sus propiedades inherentes pueden optimizarse utilizando las mejores prácticas de diseño.

Evitar estos errores livianos ayudará a los fabricantes de componentes automotrices a mejorar la eficiencia de fabricación, aumentar las propiedades funcionales de las piezas y aprovechar los diseños de plástico/metal híbridos.