Tópico especial "Slimming" | Três avanços e quatro "armadilhas" em peso leve automotivo

"Lightweighting" se tornou uma revolução sistemática que passa por materiais, processos e desenhos. Não é apenas uma estratégia de sobrevivência para as empresas reduzirem os custos, mas também uma resposta verde para a indústria responder às duas metas de carbono.

No campo automotivo, uma placa de aço pode ser substituída por plástico para reduzir o peso em 30%, mas ainda pode suportar temperaturas e impactos extremos. O peso leve provou ser uma estratégia essencial para melhorar a eficiência de combustível; Na indústria de embalagens, a otimização de espessura do filme 0,1 mm pode economizar 10.000 toneladas de matérias -primas; Em aparelhos eletrônicos, os plásticos condutores térmicos podem obter desempenho semelhante de dissipação de calor com 1/5 do peso do alumínio ... "Perda de peso e emagrecimento" não é mais apenas uma proposta para o corpo humano, mas também a direção evolutiva da ciência dos materiais.

No entanto, a peso leve não é uma subtração simples. Requer equilíbrio de força e peso, custo e desempenho, processos tradicionais e materiais inovadores - assim como a perda de peso saudável requer uma combinação de dieta científica e exercício.

Estudos mostraram que, para cada redução de peso de 5% de um veículo, a eficiência do combustível pode ser melhorada em 2%. Normalmente, a substituição de peças de metal por peças plásticas pode reduzir o peso em 50%. Se você é uma montadora ou processador de moldagem por peças de plástico, está pensando em converter peças de metal em peças de plástico para reduzir o peso das peças? Fazer isso pode exigir que você desafie o status quo. Este artigo explorará como definir e alcançar metas leves, identificar três peças automotivas adequadas para substituir soluções avançadas de polímeros e compartilhar quatro "armadilhas" para evitar quando leves.

Para fazer a transição de metal para plástico para reduzir o peso das peças automotivas, é importante definir seus objetivos fazendo as seguintes perguntas:

1. Quais fatores de desempenho impulsionam sua preferência por alumínio ou aço no design de acessórios? Se a dissipação de calor for o principal driver, os polímeros termicamente condutores podem ser uma boa alternativa. Se for devido a requisitos de rigidez ou força, considere alavancar a tecnologia termoplástica de fibra longa. Esses materiais e tecnologias são boas substituições para materiais metálicos em termos dos fatores acima.

2. As peças automotivas de metal atuais são atormentadas por problemas de desempenho, como corrosão? Os plásticos são inerentemente resistentes à corrosão, o que elimina preocupações sobre a ferrugem e outras formas de oxidação que podem danificar peças de metal.

3. As peças automotivas requerem processos de acabamento caros ou demorados? Os polímeros moldados por injeção podem simplificar as etapas de montagem e eliminar processos de acabamento secundário, como revestimentos de proteção e pintura, melhorando assim a eficiência da produção.

Os plásticos de engenharia e os compósitos especializados estão se tornando cada vez mais populares na indústria automotiva devido à sua capacidade de obter propriedades semelhantes a metais através da moldagem por injeção e fornecer flexibilidade de projeto. A combinação de plásticos e automóveis cria enormes oportunidades para os OEMs e os moldadores de injeção de peças de peças para produzir produtos superiores que suportam objetivos de desenvolvimento sustentável, alcançam aspirações de design e, o mais importante, fornecem desempenho ideal.

Obviamente, também é importante ressaltar que nem todas as peças automotivas de metal são adequadas para conversão em peças de plástico. Existem três tipos de peças automotivas que são muito adequadas para soluções de plástico a aço.

1. Peças que requerem alta resistência, alta rigidez, resistência ao impacto ou resistência à temperatura extrema:

Historicamente, as preocupações com os plásticos se concentraram em sua integridade estrutural e capacidade de não derreter, deformar ou quebrar sob mudanças de temperatura. No entanto, a tecnologia termoplástica de fibra longa (LFT) aborda essas preocupações e preenche a lacuna entre formulações reforçadas de fibra curta e materiais de engenharia excessiva. A LFT pode manter a força e a rigidez em uma ampla faixa de temperatura e exibe melhor impacto e resistência à fadiga do que as variantes de fibra curta.

A tecnologia avançada de polímeros por trás dos termoplásticos de fibra longa permite que os termoplásticos mantenham sua força e rigidez abaixo do congelamento a quase 200 ° C. Especificamente, os LFTs exibem excelente resistência ao impacto, mesmo em altas níveis de rigidez, e esses materiais têm baixa fluência em comparação com materiais reforçados com fibra curta. Eles também têm 100 vezes a resistência à fadiga de polímeros reforçados com fibras curtas, permitindo alta resistência mecânica a altas cargas. As formulações de LFT normalmente superam as formulações de fibra curta em cerca de 70% na resistência ao impacto, usando os mesmos materiais de reforço e matriz e têm maior rigidez.

Os termoplásticos de fibra longa ainda oferecem a mesma conveniência de moldagem por injeção que os polímeros de fibra curta, mas o comprimento e o tipo de fibra (vidro, carbono, etc.) são fatores-chave na resistência, rigidez e durabilidade do plástico. Além disso, as fibras longas formam uma "rede 3D" na parte moldada por injeção. Essa rede suporta a peça, mesmo quando o polímero começa a amolecer (fluência), o que significa que os LFTs são uma excelente alternativa aos componentes metálicos em partes altamente estressadas de veículos submetidos a temperaturas ou pressões extremas.

2. Componentes térmicos condutores:

Tradicionalmente, as propriedades isolantes inerentes aos termoplásticos limitaram seu uso em aplicações de dissipação de calor. No entanto, os avanços nos termoplásticos projetados agora permitem dissipar efetivamente o calor, com eficácia semelhante aos metais, mas em uma fração do peso. Como resultado, os plásticos condutores termicamente oferecem uma relação excepcional de desempenho / peso, tornando-os uma excelente opção para aplicações, como iluminação automotiva e sistemas eletrônicos.

Usando polímeros termicamente condutores, a condutividade térmica pode atingir 20 watts por metro por Kelvin (W/M · K). Isso é 50 a 100 vezes maior que os termoplásticos padrão e 1/5 de alumínio fundido. Com uma densidade típica de 1,65-1,75g/cm3, esses plásticos especiais são 30-40% menores que o alumínio, fornecendo uma alternativa de alto desempenho, mas mais leve.

A proporção excepcional de desempenho / peso, combinada com a conveniência da moldagem por injeção, as etapas de processamento reduzidas e a liberdade de design completa, os polímeros térmicos condutores podem capacitar engenheiros automotivos em muitas aplicações, sendo a iluminação externa um exemplo. Os conjuntos de farol e luz traseira geram muito calor, o que pode causar estresse e fadiga aos componentes ao longo do tempo e até reduzir a vida útil da lâmpada. Os plásticos térmicos condutores ajudam a dissipar o calor, prolongando a vida útil da lâmpada, fornecendo vantagens adicionais de design e fabricação.

Por muitos dos mesmos motivos, os plásticos térmicos condutores também são muito úteis em componentes eletrônicos, sistemas de gerenciamento de fluidos e muitas outras aplicações sensíveis à temperatura.

3. Componentes eletricamente condutores:

Nos veículos modernos, o gerenciamento da descarga eletrostática (ESD) ou outras cargas estáticas, como a interferência eletromagnética (EMI), é crítica. Materiais dissipativos condutores e estáticos podem fornecer a proteção necessária sem as restrições de peso e projeto dos componentes metálicos tradicionais.

Controles do motor, eletrônicos de potência, sistemas de entretenimento de infotainment, sistemas de segurança ativos e outros sistemas eletrônicos são padrão em veículos modernos. Para garantir que esses sistemas operem corretamente, a interferência eletromagnética (EMI) deve ser gerenciada protegendo a fonte da emissão ou componentes sensíveis. Os polímeros especiais podem executar comparáveis aos componentes metálicos tradicionais e facilitar a fabricação de peças de próxima geração.

Enquanto a mudança de metal para plástico é muito atraente para as montadoras que se esforçam para atender às metas de eficiência de combustível do veículo, evite quatro armadilhas ao implementá -lo:

1. Não hesite por muito tempo ao escolher um material: fale com seu fornecedor de polímeros no início do processo de design para esclarecer as propriedades específicas do material necessárias. Os fornecedores conhecedores também podem demonstrar possibilidades materiais que as montadoras podem não ter considerado, seja uma nova formulação ou aditivos ou enchimentos.

2. Pense na função, não apenas peso: não perca as oportunidades para melhorar a função ou fabricação de peça - use a liberdade de plástico inerente ao design para resolver problemas além do peso.

3. Elimine abordagens tudo ou nada: é verdade que os principais componentes podem exigir o metal para atingir certas características, mas isso não significa que os plásticos não tenham lugar. Os projetos de plástico/metal híbrido podem ter o melhor dos dois mundos - peso reduzido e resistência estrutural e inserir moldagem (veja a figura abaixo) é um processo que permite que o plástico e o metal sejam moldados e vale a pena investigar.

4. Pare de pensar de uma maneira “um para um”: em vez de procurar materiais alternativos para peças de metal com a mesma geometria, os designers estão aproveitando os graus adicionais de liberdade para moldar plásticos na forma final de uma só vez. Os polímeros são moldados de maneira diferente e suas propriedades inerentes podem ser otimizadas usando as melhores práticas de design.

Evitar esses erros leves ajudará os fabricantes de componentes automotivos a melhorar a eficiência da fabricação, aumentar as propriedades funcionais das peças e aproveitar os projetos de plástico/metal híbrido.