Plásticos para carros con bajo consumo de combustible

Nueva York, Atenas, Beijing – el otoño es la estación tradicional para muchas de las más importantes maratones en el mundo. La maratón de Berlín, por ejemplo, tiene 40.000 corredores alineados para la salida – todos ellos saben que tener un peso óptimo puede hacer una gran diferencia. Para los corredores con experiencia, una regla práctica dice que cada kilo menos disminuirá su tiempo en la corrida de uno a dos minutos.

Lo que se aplica a la resistencia de los atletas también se aplica a los expertos en velocidad que otros tipos de “entrenadores” están cortando en todo el mundo: automóvil. “Todos saben que el peso extra aumenta el consumo de combustible”, dice Ralf Zimnol, Jefe de Desarrollo de Aplicaciones de la unidad de negocio Productos Semi-Cristalinos (SCP), especializada en plásticos muy resistentes. “Es por esto que no se debe cargar ningún exceso de equipaje en el portaequipajes de su auto”. En el mundo de la ingeniería hay también una regla práctica semejante: 100 kilos adicionales en un auto de tamaño mediano puede representar un consumo de 0,5 litros más de combustible en una distancia de 100 kilómetros. Como los corredores de maratón, la regla para los fabricantes de autos es garantizar que se mantenga el peso mínimo.

Cuando la idea es dividir el peso de un coche, los plásticos son una parte esencial de un régimen ideal. Considere el siguiente hecho: materiales hechos de polímeros pesan aproximadamente de una sexta a una séptima parte del peso del acero. Incluso el aluminio es substancialmente más pesado. Además: los plásticos tienen una ventaje técnica en comparación con algunos materiales extremamente ligeros y costosos, como el magnesio: ganchos, agujeros, roscas de tornillo, trancas, cierres y ítems semejantes se pueden moldar directamente en partes que integran un componente – lo que los ingenieros llaman “función integración”. Según Zimnol, casi siempre es posible dibujar piezas de plástico de tal manera que ellas sustituyan muchas piezas de metal. Esto no sólo disminuye el tiempo de montaje, sino que ayuda a aligerar la carga. Al fin y al cabo, ¡usar dos tornillos en lugar de 15 ahorra kilos!

Durante las últimas décadas los ingenieros de automóviles han eliminado todas las piezas de metal que puedan ser sustituidas por piezas de plástico. No solo componentes del interior del vehículo, sino aquellos que se encuentran en el compartimiento caliente del motor, tales como colectores turbo, colectores de entrada, sistemas de válvulas del acelerador y piezas del motor, todo lo que se pueda hacer con plástico. Los materiales altamente resistentes de hoy en día – polímeros extremamente fuertes, reforzados con fibras – tienen especificaciones semejantes a las del acero. Pero ellos pesan la mitad y tienen un desempeño comparable.

Sin embargo, hay un límite de la cantidad de peso que los autos puedan llegar a tener. Esto es así porque sistemas como los airbags, aire acondicionado, ventanillas eléctricas y todas las otras innovaciones técnicas también aumentan el peso. En otras palabras, necesitamos considerar las siguientes preguntas: ¿Se pueden hacer piezas de plástico aun más ligeras? ¿Tal vez con la adición de fibras de carbono altamente resistentes y superligeras? Esto ciertamente es una opción, pero demasiado costosa para el mercado de masa. En LANXESS tuvimos una idea mejor hace 20 años. “Irónicamente, nuestra solución involucraba el uso de metales”, explica Zimnol. A pesar de que componentes de plástico sean más ligeros, ellos frecuentemente deben ser más gruesos para que puedan ofrecer la misma fuerza de aquellos producidos con acero. Naturalmente, esto equilibra algunos de los ahorros de peso. “Entonces nosotros imaginamos qué ocurriría si se reforzaran sus sitios cruciales con hojas de metal delgadas”, acrecienta el investigador de LANXESS.

Conocida como la tecnología híbrida de metal/plástico, esta idea mostró que estaba correcta, y ella realizó exactamente lo que los ingenieros predijeron. Hoy, los llamados componentes de última generación ofrecen “lo mejor de los dos mundos” – es decir, componentes funcionales complejos hechos de hojas de acero y poliamida – son tanto de serie como el aire acondicionado. “Se ha usado esta tecnología híbrida de LANXESS para fabricar mucho más que 40 millones de estas piezas estructurales de automóviles altamente durables durante los últimos diez años”, dice Zimnol. “Solamente en 2008 se han equipado 70 vehículos diferentes producidos en serie con parachoques hechos de esta combinación de materiales”.

Las soluciones híbridas de alta tecnología de LANXESS tienen una historia de éxito incluso en otras áreas de diseño de automóviles. Componentes de vehículos ahora hechos con plástico y metal, incluyen marcos de techo, soportes de pedal, y pedales de freno. Este último pesa el 40 por ciento menos que los componentes de acero e incluso son el 20 por ciento más baratos para producir, siendo más resistentes. Mientras tanto, los dibujantes de automóviles hoy están ahora construyendo puertas, guardas traseras, campanas del compartimiento del motor, y hasta cárteres de aceite altamente durables con materiales compuestos de plástico y metal con la ayuda de la tecnología CAD. “Estamos muy involucrados en muchos de estos desarrollos. Esto es porque tenemos know-how exclusivo en esta área de tecnología híbrida”, dice Zimnol.

Esta cooperación incluso ha dado a los ingenieros de LANXESS una oportunidad de observar maneras de hacer componentes aun más fuertes. Una opción aquí es revestir las delgadas hojas de acero con un adhesivo especial antes de combinarlas con plástico. “En los componentes híbridos”, explica Zemnol, “el polímero y los elementos de refuerzo están ligados por medio de pequeños agujeros y hendiduras en el metal. El plástico fluye hacia dentro y a través de estos agujeros y huecos, seca, y así mantiene junta a toda la estructura. Con la ligadura adhesiva híbrida, sin embargo, se tiene una ligadura de toda la superficie, que puede ser mucho más fuerte”. Como comparación, tablas de madera clavadas se pueden separar, si se usa la fuerza suficiente. Pero si se la pega juntas, esto es mucho más difícil, quizá imposible.