Materiales Plásticos en la Industria Automotriz

Introducción a los Plásticos

Los plásticos son un conjunto de materiales de origen orgánico, sólidos a temperatura ambiente, fácilmente moldeables mediante calor y de elevado peso molecular, compuestos por elementos químicos.

Razones para Incorporar Plásticos en Automoción

• Reducción de peso, aumentando las prestaciones finales del vehículo.
• Mayor resistencia a la fricción.
• Absorción de impactos sin deformarse.
• Resistencia a productos químicos y corrosión.
• Posibilidad de ser pintados.
• Combinación con otros materiales.
• Alta moldeabilidad.
• Buenas propiedades de aislamiento térmico.

Clasificación de los Plásticos según su Estructura Interna

Termoplásticos

Formados por macromoléculas lineales o ramificadas, no entrelazadas. Son duros en frío y al calentarse se reblandecen y fluyen. El proceso de calentamiento y enfriamiento se puede repetir ilimitadamente.

Clasificación y Propiedades de los Termoplásticos

• Celulósicos: Materiales muy inflamables obtenidos a partir de la celulosa de las plantas, mediante el proceso de esterificación que se realiza con ácidos o sosa (Material textil hilado del producto y películas mediante cilindros de laminar).
• Polietilenos y derivados: Obtenidos a partir del etileno (petróleo), acetileno (derivado del etileno) y acetona.

Termoplásticos más Utilizados en el Automóvil

ABS (Acrilonitrilo-Butadieno-Estireno), ALPHA (ABS Policarbonato), PA (Poliamida), PC (Policarbonato), PE (Polietileno), PP (Polipropileno), PP-EPDM (Etileno-Propileno-Dieno-Monómero), PVC (Cloruro de Polivinilo), XENOY (Policarbonato-Poliéster-Termoplástico).

Termoestables o Termoendurecibles

No sufren variaciones en la estructura al ser calentados, ni se reblandecen ni fluyen al ser sometidos a presiones o calor, siempre que no se llegue a la temperatura de descomposición. Sus macromoléculas forman una red de malla cerrada que les confiere el ser materiales rígidos, insolubles e infusibles.

Clasificación y Propiedades de los Materiales Termoestables

• Derivados del fenol: Principal propiedad es la resistencia mecánica, utilizada para fabricar ruedas dentadas, cojinetes, etc.
• Urea y derivados: Producto de gran tenacidad, utilizado para vajillas, envases, etc. Son resistentes al agua caliente.
• Poliésteres: Utilización para tintas de imprenta, pintura, etc. Se puede moldear a baja presión, para el vehículo y aviación. No absorben agua y son resistentes.
• Termoestables reforzados: Consiste en la mezcla de polímeros resinosos con fibras naturales o sintéticas. Se obtiene más solidez.

Termoestables más Utilizados en el Automóvil

GU-P (Materiales rígidos, ligeros y buenas propiedades mecánicas. Usos: Capó, portones, etc.). GPF (Estructura formada por una resina termoendurecible y fibras de vidrio. Son de gran fuerza, resistencia a la corrosión y la intemperie y de baja conductividad térmica. No son soldables pero se pueden reparar. Usos: Paragolpes, salpicaderos, etc.). EP (Materiales duros, resistentes a la corrosión y a los agentes químicos, no origina encogimiento. Suelen verse en bicomponente. Usos: Se utiliza como adhesivo para metales y para la mayoría de las resinas sintéticas.

Elastómeros (Caucho)

Son materiales macromoleculares que, en un amplio margen de temperatura, pueden sufrir, sin rotura, deformaciones considerables bajo la acción de fuerzas relativamente pequeñas y pueden recuperar posteriormente su longitud primitiva. Los elastómeros forman una red de malla abierta y los plásticos que se obtienen son elásticos como la goma.

Clasificación de los Materiales Elastómeros

• Caucho natural: Se descubrió la vulcanización del caucho, de lo que se obtiene un producto pegajoso y quebradizo.
• Caucho sintético: Partiendo de neopreno y otros materiales objetos elásticos, juntas y membranas.

Propiedades de los Materiales Elastómeros

Elevada resistencia mecánica, resistencia a la fatiga y adhesión, gran resistencia a los ataques de agentes químicos y atmosféricos, amplio margen de temperatura de uso, silencioso funcionamiento, gran facilidad de moldeo.

Elastómeros más Utilizados

PU (Poliuretano) y PUR (Poliuretano rígido): Son la base de varios elastómeros. Poseen una excelente resistencia a la abrasión y una notable resistencia al desgarramiento. Son muy resistentes a la gasolina y aceite, absorben muy bien las vibraciones. Usos: Cantoneras, revestimiento de interiores, etc.

Aditivos en los Plásticos

La mayoría de plásticos son frágiles, transparentes e incoloros. Los aditivos permiten modificar estas propiedades y conferir a los plásticos otras propiedades en función del aditivo añadido en el proceso de fabricación.

Tipos Principales de Aditivos

• Lubricantes: Se añaden para trabajar con más facilidad.
• Estabilizadores: Mejora la estabilidad líquida.
• Absorbentes de rayos UVA: Absorben radiaciones.
• Plastificantes: Adaptan la flexibilidad y elasticidad.
• Cargas: Modifican las características del material.
• Colorantes y pigmentos: Consiguen una gran variedad de tonos.
• Refuerzos: Se introduce en forma polimérica, la más utilizada es la fibra de vidrio.

Características de los Aditivos

Buen comportamiento ante la corrosión, buenas cualidades mecánicas, son inertes al agua, presentan excelentes acabados, precio económico.

Proceso de Fabricación de Materiales Termoplásticos

Según la naturaleza de los materiales, los métodos de fabricación son diferentes. La materia prima se suministra en forma de gránulos, polvos, fluidos y se les aplica calor para fundirlo. Después, la masa se conforma mediante un molde de la forma que queramos y cuando se enfría, se obtiene la pieza definitiva, las piezas defectuosas, se reciclan.

Procesos de Conformación

Conformación por estampación, conformación por molde giratorio, extrusión, extrusión soplado, inyección, calandrado, espumación, moldeo con inyección a la resina, moldeado por contacto manual, moldeo a presión en caliente, fabricación de la fibra de vidrio.

Conformación por Estampación

Con este procedimiento la pieza se conforma mediante embutición clásica o por presión, aspirando aire. El calentamiento del material se realiza por infrarrojos y requiere bastante tiempo (2-10min). El enfriamiento se realiza insuflando aire. Este procedimiento se utiliza para crear elementos como salpicadero, paño de puertas, aletines.

Conformado por Molde Giratorio

Permite obtener capas de espesor uniformes proyectando cantidades de materia prima previamente calculadas. Permite obtener cuerpos cóncavos de una sola pieza, los materiales empleados son polipropileno, poliamida o polietileno en forma de polvo o gránulos.

Extrusión

Mediante este proceso se fabrican productos semielaborados que se someten a un acabado posterior para eliminar imperfecciones antes de ser utilizadas. El proceso se inicia dentro de un cilindro sometido a temperatura en el que un tornillo sinfín empuja la masa a moldear hacia delante, la comprime, la reblandece y la homogeniza.

Extrusión Soplado

Se utiliza este procedimiento para la fabricación de cuerpos huecos. Para ello, una extrusora, coloca el cuerpo plastificado y tubular entre dos mitades de un molde. El molde se cierra y suelda uno de los lados y se inyecta aire a presión por el otro lado, adaptándose a las paredes del molde. Se utiliza para fabricar los depósitos de combustible.

Inyección

Este proceso consiste en calentar el material termoplástico para hacerlo plástico. Se mete en un cilindro de plastificación e inyectarlo. A continuación, en las cavidades de un molde, adquiriendo el plástico en la forma deseada.

Calandrado

El método consiste en calentar el material a la temperatura adecuada, y laminarlo entre dos o más rodillos para formar una lámina continua.

Espumación

Las piezas se pueden obtener por varios procesos: introduciendo aire en el plástico de origen, por insuflado y agitación o añadiendo al plástico un agente espumante.

Moldeo con Silicona

Tiene varias ventajas: Elevada fluidez, excelentes propiedades de desmoldeo, alta resistencia al desgarro para originales complicados y cavidades profundas, puede hacerse tixotrópico, catalizadores opcionales.

Materiales Compuestos

Cuando a las fibras o hilos se le añade una matriz metálica o de resina para cohesionarlo y mantenerlo en su lugar, al material resultante se le denomina composite.

• Los duroplásticos: Son plásticos reforzados con distintas fibras.
• Los composites: Son materiales con base de resina termoestable y cargas minerales reforzado con fibra de vidrio.
• Los materiales compuestos no mezclados: Son diferentes materiales que se aplican como revestimiento.

Ventajas de los Paneles de Material Termoplástico

No se oxidan, pesan menos que el acero, son fácilmente reciclables, su alta flexibilidad los hace resistentes a pequeños impactos, los arañazos son menos visibles al estar coloreado.

El Plástico en Carrocerías de Aluminio

En la pieza de goma y de plástico, así como los pegamentos, se crea la capacidad conductora y con ello el riesgo de corrosión por contacto por la presencia de hollín como producto de relleno. Todas las piezas de elastómero y plástico, así como pegamentos deben mostrar una resistencia de paso específica y no deben ser conductores de la electricidad, y además de qué clase de material es, también debe llevar la indicación de las características de aislamiento eléctrico.

Introducción a la Reparación de Elementos Sintéticos

Hay que tener presente una serie de aspectos para valorar el corte de la reparación y determinar si es rentable y segura o es más conveniente su cambio completo.

Factores a Considerar

La accesibilidad, el tipo de plástico, localización del daño, la función de la pieza, la magnitud del daño.

Métodos de Identificación de los Materiales Plásticos más Utilizados en el Automóvil

Por combustión, por el test de soldadura, por la documentación del vehículo desarrollada en microfichas, por el código de identificación de los materiales plásticos.

Identificación de los Termoplásticos por Combustión

El análisis se reduce en 4 fases: La muestra se extrae de una parte no vista del material a reparar. Limpieza del trozo extraído y retirado de la pintura, grasa y toda la suciedad. Prender el extremo con una llama limpia. Observar las características de la combustión y compararla.

Identificación de los Termoplásticos por el Test de Soldadura

Quitar la pintura y limpiar la zona interior que se vaya a reparar. Seleccionar la tobera con la medida que se vaya a usar la varilla. Ajustar la temperatura al material a soldar. Pasar la varilla por la tobera y comenzar la soldadura para fijarla al material base, soldar 2 cm. Retirar el soldador y dejar enfriar y a continuación tirar de la varilla. Si la varilla se desprende es que no es del mismo material.

Identificación a Través del Código de Plástico

Las marcas de identificación se ponen en materiales que tienen más de 50gr y se pueden colocar verticalmente u horizontalmente entre estos símbolos > < . La simbología viene regulada por la norma ISO.

Análisis de Daños en Elementos Sintéticos

Para analizar esos daños se tiene que tener en cuenta los siguientes factores: tipo de elemento dañado, extensión del daño sobre elemento, la necesidad de desmontaje, equipo y producto que se van a utilizar, tipo de daño, si el daño afecta a zonas vitales.

Clasificación de los Daños y Reparaciones

Se pueden clasificar los daños y reparación en 3 clases: 1) Conformado de pieza deformadas o la reparación de grieta con la consiguiente igualación de superficie. 2) Reparación de termoplásticos con falta de material o reparación de termoestable. 3) Reparación que exijan sustituciones parciales de la pieza plástica.

Reparación de Elementos Termoplásticos

Se pueden reparar de diferentes métodos como: Soldadura, Acetona, Adhesivos.

Reparación de Materiales Termoplásticos por Soldadura de Aire Caliente

Consiste en unir dos materiales aplicándoles calor y poniéndolos pastosos hasta que los diferentes materiales se entrelazan y forman la unión. Los soldadores actuales calientan el aire entre 20 y 700ºC. Los soldadores disponen de: Botón de encendido, potenciómetro para regular temperatura, tabla de temperatura para la boquilla que vaya a usarse, regular de aire y el filtro del aire. Con este tipo de soldador se pueden realizar trabajos como: Aplicar calor para quitar pegatinas, adhesivos, etc. Para acelerar el curado de adhesivos. Para realizar estañado de superficies. Para poner bien elementos termoplásticos que han sufrido deformaciones. Para unir o reparar elementos de tres formas: Soldadura pendular, soldadura por puntos, soldadura rápida.

Aspectos a Tener en Cuenta en la Reparación

• La composición de los elementos a reparar: Solo se puede soldar elementos que sean iguales o compatibles y por eso lo primero que hay que hacer es identificar el material.
• La temperatura: Cada plástico se funde a una temperatura distinta.
• La presión de soldadura: El material no se funde completo por eso hay que ejercer presión cuando soldamos (+/- 2.5Kg).

Soldadura Pendular

Cuando las grietas pasen a través de las esquinas ajustadas, pueden resultar difícil de usar la tobera. En este caso, será más efectiva la técnica de la soldadura pendular. Con la ranura preparada, se realiza la soldadura empujando la varilla con la mano dentro de la ranura en “V” con un ángulo de 80 a 90º con respecto a la ranura.

Defectos en la Reparación con Soldadura de Aire Caliente

1. Empieza bien y termina rápido o sin suficiente temperatura.
2. No deja que se caliente el soldador lo suficiente antes de empezar y termina demasiado pronto.
3. La soldadura se empieza tarde y la punta no fue preparada.
4. Se aplica mucha presión a la varilla y deja el cordón bajo o deforme.
5. Temperatura de soldeo alta para ese material, formando burbujas en los lados del cordón y se puede romper.

Reparación por Método de la Acetona

Para reparar elementos pequeños, se le aplican gotas de acetona a la pieza que se va a unir. También se puede utilizar plásticos de refuerzo. Este método no es válido para polietileno y polipropileno.

Reparación con Adhesivos

Se utiliza adhesivos de poliacetano, o resinas epoxi, estos adhesivos en combinación con imprimaciones específicas para plásticos se pueden utilizar tanto en plásticos de tipo termoplásticos como termoestables. También se utiliza otro tipo de herramienta, como máquinas auxiliares y lijas. Se pueden reparar elementos defectuosos que han perdido cantidad de material o grietas, etc.

Reparación de un Material Plástico Termoendurecible

Siempre que se parte de una material termoendurecible, hay que garantizar la resistencia en la pieza reparada. La reparación de este tipo de plásticos se puede realizar con adhesivos y también se puede reparar con resinas de poliéster y fibra de vidrio.

Resinas

Son sustancias de consistencia líquida o pastosa cuyas propiedades de adhesión permiten la unión de los componentes de la pieza que se fabrica o reparar proporcionando la dureza necesaria. Las resinas de uso más generalizado son las Resinas epoxi y las Resinas de poliéster. El endurecimiento de estas sustancias se produce por la acción de un catalizador y un activador que mezclado a la resina, producen una reacción química que trasforma el productor de un estado líquido o pastoso a uno sólido. Este proceso se llama polimerización. El activador es un acelerador de la polimerización que permite que esta se produzca a temperatura ambiente. El catalizador es el producto que provoca la reacción de polimerización.

Refuerzos

Se utilizan en las reparaciones cuyos desperfectos han provocado que el elemento haya perdido parte de su rigidez mecánica, o donde se haya producido perdida de material. La misión principal de los refuerzos es contribuir a que la reparación adquiera rigidez y resistencia mecánica. Los refuerzos más utilizados son la fibra de vidrio, las mallas de acero inoxidables y polvos de silicio. La fibra de vidrio se presenta en: Bobina de hilo enrollado. Bobina de hilo Roving. Rollos de tela de Mat. Esterillas.

Masillas de Poliéster Reforzadas

Compuesta de resinas de poliéster y partículas de fibra de vidrio hechas para retocar pequeños arañazos, para su uso es necesario mezclarla con el catalizador que se le añade del 2 al 3%. La vida de la mezcla a 20ºC dura entre 4 o 5 min, el tiempo de secado para poder lijarla es de 20-30min a 20ºC.