Aditivos en automoción

La demanda del mercado ha generado un creciente interés en los plásticos diseñados para usos especiales, que incorporan aditivos y cargas. La automoción es uno de los mercados que más pide a los plásticos. Este es el tema de una ponencia presentada por Loredana Mercante, de Lati Ibérica, en las Séptimas Jornadas de Plásticos en Automoción organizadas por el Centro Español de Plásticos. La jornada llevaba por título Compuestos termoplásticos especiales para el sector de automoción.

En el sector de la automoción, los compuestos termoplásticos más utilizados son los compuestos autolubricados y los materiales conductivos. Los compuestos autolubricantes de emplean cuando el material termoplástico está expuesto a la fricción y al desgaste. Los aditivos empleados dotan a los termoplásticos de un comportamiento dinámico especial. Las características de estos materiales se miden empleando los parámetros siguientes: el coeficiente de fricción (estático y dinámico), el factor de desgaste y el límite PV o inestabilidad térmica. Los principales aditivos empleados en estos compuestos son el PTFE (politetrafluoretileno), silicona, fibra de carbono, fibra de vidrio, grafito y bisulfuro de molibdeno.

El PTFE dispersado de manera uniforme en la resina termoplástica crea una capa superficial con un bajo coeficiente de fricción y una gran resistencia a la presión. El mejor rendimiento se obtiene con porcentajes del 10 al 20 por ciento., ya que porcentajes más elevados aumentan el desgaste. Sin embargo, el uso de este aditivo puede dar lugar al efecto slip/stick, que consiste en un comportamiento inestable durante el arranque.

La silicona tiende a migrar a la superficie de las piezas termoplásticas inyectadas, creando una capa lubricante protectora. La silicona reduce el coeficiente de fricción, consigue un factor de desgaste muy bajo y un límite PV más alto.
Una solución rentable consiste en unir las propiedades del PTFE y la silicona, ya que reduce el efecto slip/stick y aporta una lubricación efectiva a grandes velocidades.

La incorporación de fibras de carbono a un compuesto termoplástico mejora el rendimiento mecánico de la pieza a temperaturas elevadas y eleva el límite PV del material, sin aumentar el desgaste.
También aumenta la conductividad térmica y, por tanto, la pieza inyectada es capaz de disipar mejor el calor generado por el rozamiento. También mejora la conductividad eléctrica.

Se utiliza tradicionalmente como agente lubricante para piezas metálicas, aunque también se emplea en termoplásticos, particularmente en aplicaciones de piezas que están sumergidas en agua. El grafito es adecuado para el contacto con agua potable.
El efecto del grafito es similar al de la fibra de carbono, con la salvedad de que no mejora las propiedades mecánicas como lo hace la fibra de carbono y sí mejora sustancialmente las propiedades antiestáticas. El coeficiente de fricción de una resina cargada con grafito está entre el de un polímero sin carga y el de un compuesto de PTFE y silicona.

Una solución rentable consiste en unir las propiedades del PTFE y la silicona, ya que reduce el efecto slip/stick y aporta una lubricación efectiva a grandes velocidades

En las piezas inyectadas, la capa externa permanece en la fase amorfa, lo que reduce las propiedades tribológicas del compuesto. El efecto principal del bisulfuro de molibdeno es actuar como agente nucleante: forma una capa cristalina en la superficie que mejora las propiedades del compuesto.
Este tipo de carga se emplea en polímeros semicristalinos.

La incorporación de la fibra de vidrio mejora los rendimientos mecánicos y térmicos (como la fibra de carbono) y eleva el límite PV. Aunque también puede aumentar el desgaste de la pieza. Este efecto negativo puede equilibrarse con aditivos lubricantes.
La fibra de vidrio aumento el coeficiente de fricción.

Los termoplásticos conductivos se emplean para reducir el riesgo de descargas electroestáticas en automoción. Los aditivos empleados para aumentar la conductividad en este sector son la fibra de carbono, el grafito, las fibras de acero inoxidable y el negro de carbón.

El grafito (natural o sintético) se emplea debido a sus propiedades lubricantes en una proporción no más elevada del 30 por ciento. Añadido a materiales amorfos, aumenta la estabilidad dimensional.

Las fibras de carbono, derivadas del poliacriolinito, rayón o brea, se emplean para aumentar la rigidez del material. Poseen la ventaja de que se desgastan menos que las fibras de vidrio.

Las fibras de acero inoxidable (de 8 - 12µm de diámetro) presentan una óptima resistencia y resilencia. La reducción de las interferencias electromagnéticas (EMI) se producen por disipación y absorción. Los compuesto que incorporan este aditivo son fáciles de procesar.

Finalmente, se emplea el negro de carbón (carbon black), fibras de carbono con aspecto de un polvo fino (13 - 60 nm).

Los parámetros que se emplean para medir las bondades de un compuesto termoplástico autolubricante son los siguientes:

1. Coeficiente de fricción. Es la resistencia al movimiento de un cuerpo sobre una superficie. Puede ser estático —la fuerza necesaria para iniciar el movimiento—, o dinámico —la fuerza necesaria para mantener el movimiento. En el caso de los materiales termoplásticos el coeficiente dinámico es mayor que el estático.
2. Límite PV. Indica el producto máximo de presión y velocidad más allá del cual aparece una inestabilidad térmica seguida de un fallo del componente.
3. Factor de desgaste. Es un coeficiente que indica la resistencia al desgaste del material. El factor de desgaste se mide con el mismo instrumento que se utiliza para establecer el límite PV y se basa en la pérdida de peso de la pieza desgastada.
   Por otra parte, el acabado superficial incide sobre la superficie de desgaste, en función de su rugosidad (a más rugosidad, más desgaste) y el material empleados (el desgaste del aluminio es mayor que el del acero)