La industria automotriz utiliza una amplia variedad de elastómeros termoplásticos (TPE), siendo los más destacados la olefina termoplástica (TPO), el vulcanizado termoplástico (TPV), el elastómero termoplástico de poliéster (TPEE), el poliuretano termoplástico (TPU) y el elastómero termoplástico estirénico ( TPS). Los materiales TPE se procesan de manera similar a los termoplásticos, lo que ofrece importantes beneficios de producción, mientras que sus aplicaciones se parecen a las del caucho en el uso práctico. Los materiales TPE no sólo reducen los costos del sistema, disminuyen el peso de los componentes, mejoran el rendimiento de las piezas y mejoran la reciclabilidad, sino que también mejoran la apariencia del vehículo. En la década de 1990, el uso de TPE en automóviles extranjeros creció rápidamente, y algunas piezas de caucho anteriormente fabricadas con monómero de etileno propileno dieno (EPDM) fueron reemplazadas por TPE.
La aplicación principal del TPE en automóviles es para tiras de sellado, ya que ofrecen un rendimiento similar al EPDM, mejor resistencia al desgarro y son más livianos, lo que se alinea con el objetivo actual de reducción de peso de la industria automotriz. Además, el TPE se usa ampliamente en mangueras y otras piezas de automóviles. Se informa que Mitsubishi Corporation en Japón utilizó SANTOPRENE para el sellado del parabrisas trasero de los parachoques de los automóviles, lo que no sólo redujo los costos entre 5% y 10% en comparación con el caucho, sino que también mejoró la reciclabilidad y la durabilidad del material. Con el rápido desarrollo de la industria automotriz mundial, la producción y el consumo de automóviles han aumentado, lo que ha llevado a que cada año se desguace una asombrosa cantidad de vehículos. Como resultado, países como los de Europa y América han comenzado a promulgar regulaciones que exigen que los fabricantes de automóviles utilicen materiales reciclables, lo que ha provocado una tendencia hacia la utilización de TPE en los componentes de caucho para automóviles.
Actualmente, los elastómeros termoplásticos comúnmente utilizados en automóviles se dividen principalmente en cuatro categorías: TPE a base de poliolefina (TPO y TPV), TPE a base de poliéster (TPEE), TPE a base de poliuretano (TPU) y elastómeros termoplásticos a base de estirénicos (TPS). ). El TPO se utiliza principalmente en parachoques de automóviles, materiales de superficies de molduras interiores, sellos de puertas y ventanas, guardabarros, cubiertas de cajas de cambios de dirección, líneas de combustible, etc.; El TPV se encuentra principalmente en turismos de alta gama para cierres de hebilla, perfiles antiimpacto en las esquinas, parabrisas, presas de aire y diversas mangueras de aire y agua, sellos impermeables de puertas y ventanas, retenes de aceite, juntas, etc.; El TPEE se utiliza en botas de juntas homocinéticas, rodillos de freno de mano, componentes de cinturones de seguridad, pestillos de puertas, cubiertas protectoras de sistemas de control, cubiertas de engranajes y cremalleras, cubiertas de dispositivos de soporte, casquillos para juntas esféricas y cubiertas de protección contra el polvo. El TPU, conocido por su excelente resistencia al desgaste y a la fatiga por flexión, se utiliza para conectar manguitos de eje, anillos de sellado y juntas. El TPS se utiliza principalmente para mangueras, almohadillas selladoras y adhesivos para automóviles.
1. La aplicación de elastómeros termoplásticos TPO en automóviles
TPO es un elastómero termoplástico a base de poliolefina mezclado físicamente, que consta de poliolefinas (comúnmente polipropileno) y elastómeros de poliolefina no vulcanizados o ligeramente vulcanizados (caucho de monómero de etileno-propileno-dieno) mediante mezcla mecánica o mezcla dinámica de vulcanización parcial (completa). Presenta una excelente resistencia a los fluidos polares, pero poca resistencia a los hidrocarburos no polares y a los fluidos de carbón halogenado, y su retención de rendimiento a altas temperaturas no es la ideal.
Actualmente, el TPO es el TPE más utilizado en la fabricación de automóviles, especialmente desde la llegada del TPO vulcanizado dinámicamente en la década de 1980, seguido del desarrollo del TPO vulcanizado dinámicamente totalmente reticulado. Debido a sus destacadas propiedades físicas, cierto grado de resistencia al aceite y excelente resistencia al envejecimiento, sus aplicaciones son cada vez más valoradas. En la actualidad, el mayor uso del TPO en automóviles es en la fabricación de parachoques y como materiales de superficies interiores. La empresa Monsanto de Estados Unidos fue la primera en desarrollar e industrializar la producción de TPO, que ahora se utiliza ampliamente en la fabricación de parachoques y tableros de instrumentos de automóviles. En China, el TPO desarrollado por instituciones como el Instituto de Investigación de la Industria Química de Beijing se ha industrializado y aplicado en la industria automotriz.
2. Aplicación de elastómeros termoplásticos TPV en automóviles
TPV es un elastómero de olefina termoplástico vulcanizado dinámicamente, producido mediante la reticulación de dos o más polímeros que exhiben un efecto sinérgico a través de la vulcanización dinámica completa o la mezcla en fusión, facilitada por grupos funcionales. Combina las excelentes propiedades de cada polímero componente, como resistencia a fluidos, resistencia a la deformación por compresión y resistencia a la fatiga por flexión. Generalmente mantiene un buen rendimiento a altas temperaturas. Santoprene, desarrollado por la empresa Monsanto en Estados Unidos mediante el método de vulcanización dinámica, se ha aplicado ampliamente. Este caucho tiene una resistencia a la tracción de hasta 26,9 MPa, un alargamiento de rotura de 600% y una resistencia al desgarro de 1,12 KN/m, aunque tiene el inconveniente de una elevada deformación permanente al estirarse. Los productos Santoprene pueden funcionar en un rango de temperatura de -40 a +150°C. Este material se utiliza en los sistemas de suspensión de los automóviles modernos y se espera que se utilice en la fabricación de tubos reforzados, fuelles plegables y productos para sellar vidrios, entre otros.
Para reducir costos y mantener la estética, los fabricantes tanto nacionales como internacionales han comenzado a utilizar materiales TPV para producir sellos de puertas y ventanas para automóviles. TPV es conveniente para colorear y reciclar. El TPV de alto peso molecular tiene buena resistencia a la abrasión y un bajo coeficiente de fricción, lo que lo hace adecuado como material de extrusión para sellos de canales de vidrio para automóviles, así como material de esquina sin rebabas para sellos de caucho para automóviles.
El TPV tipo esponja soplado con agua se ha desarrollado con éxito en el extranjero y se ha aplicado a sellos de caucho para automóviles. Esto representa una nueva tendencia en materiales que sustituirán al caucho esponjoso en la producción de juntas para automóviles en el futuro. Además, debido a la simplicidad y conveniencia de los procesos de coloración de TPV, a menudo se usa como material de capa decorativa exterior para sellos de caucho para automóviles. Puede coextruirse y recubrirse en el cabezal de la matriz y en la matriz de la extrusora, o después de vulcanizarse el sello de caucho, se puede extruir una película de TPV y recubrirse sobre el sello a altas temperaturas. Cuando se utiliza el primer método, debido a la diferencia significativa en las temperaturas de extrusión entre TPV y caucho, el cabezal de la línea de extrusión requiere una estructura compleja con múltiples puntos de control de temperatura que no interfieran entre sí. En este momento, para contrarrestar la temperatura de vulcanización de los sellos de caucho en tanques de vulcanización por microondas y aire caliente, y para mantener el rendimiento de los materiales TPE, se deben utilizar materiales TPE especiales resistentes a altas temperaturas. Los materiales TPV tienen un rendimiento claramente superior, pero en comparación con el caucho EPDM, su alto costo afecta su aplicación y promoción generalizadas.
3. Aplicación de elastómeros termoplásticos TPEE en automóviles
TPEE (elastómero de poliéster termoplástico) es un copolímero de bloque que contiene segmentos duros de poliéster y segmentos blandos de poliéter. Los segmentos blandos de poliéter, junto con el poliéster amorfo, forman una fase amorfa, mientras que los segmentos duros de poliéster parcialmente cristalinos forman microdominios cristalinos que actúan como puntos físicos de reticulación. TPEE posee la elasticidad del caucho y la resistencia de los plásticos de ingeniería; los segmentos blandos proporcionan elasticidad, lo que lo hace similar al caucho, y los segmentos duros brindan procesabilidad, lo que lo hace similar al plástico. En comparación con el caucho, ofrece un mejor rendimiento de procesamiento y una vida útil más larga; En comparación con los materiales de ingeniería, también tiene alta resistencia, pero con mejor flexibilidad y propiedades mecánicas dinámicas.
En la industria automotriz, el TPEE se utiliza principalmente para botas de juntas de velocidad constante (CV). Anteriormente, estas botas estaban hechas de CR (caucho de cloropreno), que tenía poca resistencia a la fatiga por flexión y a menudo se agrietaba cuando se usaba en ambientes de alta temperatura, lo que hacía que el reemplazo fuera laborioso y derrochador. Con las crecientes demandas de resistencia al calor, el TPEE ha comenzado a utilizarse en algunos vehículos europeos, americanos y japoneses. Los materiales TPEE cumplen con los requisitos de resistencia a la intemperie, resistencia al aceite y resistencia al calor, al mismo tiempo que logran el objetivo de aligerar el peso. En otros aspectos, los casquillos de la cremallera de dirección, los casquillos de suspensión y las cubiertas antipolvo del control de la caja de cambios se pueden fabricar utilizando TPEE con métodos de moldeo por soplado; Se pueden fabricar varios manguitos de conexión para automóviles, poleas de freno de mano y anillos de sellado contra el polvo a partir de materiales TPE mediante moldeo por inyección, y se pueden producir mazos de cables y fundas de cables utilizando TPEE con métodos de moldeo por extrusión.
4. Aplicaciones de los elastómeros termoplásticos de TPU en la industria automotriz
El TPU (poliuretano termoplástico) es conocido por su alta resistencia, alta resistencia al desgaste, alta elasticidad, resistencia al envejecimiento y resistencia al aceite. Es ampliamente utilizado en componentes automotrices, como manijas de varillas de cambio, varios manguitos y arandelas de juntas de acoplamiento, varios conectores de mazos de cables, cables retráctiles en espiral, fundas de cables, correas de engranajes, manguitos protectores y juntas para tirantes de dirección, bisagras de juntas de suspensión, componentes hidráulicos y neumáticos, diafragmas de suspensión, diafragmas de absorción de impactos, amortiguadores, limitadores de resorte, etc. Aprovechando la alta resistencia y la alta capacidad de carga de los elastómeros de poliuretano, Goodyear Tire & Rubber Company en Estados Unidos ha desarrollado la segunda generación de TPU, conocida comercialmente como Estaloc. Este producto conserva las características del TPU Estaloc de primera generación e incorpora microesferas huecas de vidrio como relleno, lo que aumenta el brillo en más de 15%, lo que lo hace adecuado para la fabricación de paneles laterales de automóviles y almohadillas amortiguadoras. Muchas piezas de caucho hidráulico utilizadas en vehículos están hechas de material TPU. Para fundas protectoras, sellos de puertas y ventanas, mangueras de combustible y materiales de revestimiento, la empresa japonesa Nippon Zeon recomienda utilizar el elastómero termoplástico de poliéster Elasta para la fabricación.
5. Aplicación de elastómeros termoplásticos TPS en automóviles
Los elastómeros termoplásticos a base de estireno (TPS) son copolímeros de tres o múltiples bloques con segmentos de poliestireno como segmentos duros y polidieno como segmentos blandos. TPS exhibe una excelente resistencia a la tracción y elasticidad, manteniendo un grado de flexibilidad incluso a temperaturas muy bajas. Tiene excelentes propiedades eléctricas y transpirabilidad, pero poca resistencia al calor y al aceite.
Los TPE del tipo copolímero de bloques estirénicos (SBC) tienen varias características que los diferencian de otros tipos: la dureza de estos materiales puede oscilar entre Shore A30 y 70, lo que permite la producción de productos que se parecen mucho al caucho en sus propiedades; tienen una excelente resistencia a bajas temperaturas y son compatibles con resinas y asfalto, lo que los hace muy adecuados para la modificación de resinas y asfalto; tienen buena resistencia al agua y a los productos químicos, y con el desarrollo de SEBS y SEPS hidrogenados, su resistencia al calor y al envejecimiento han mejorado significativamente; también tienen excelentes propiedades adhesivas con alta adherencia inicial. Como resultado, se utilizan ampliamente como adhesivos y selladores (como cintas adhesivas y tiras adhesivas termofusibles) y modificadores de plástico (como poliestireno HIPS resistente a impactos, óxido de polifenileno modificado MPPO, etc.), especialmente en la industria de fabricación de automóviles. . El TPE basado en SEBS se utiliza principalmente en la industria del automóvil para sistemas de sellado de automóviles.
Aunque los elastómeros termoplásticos aún no pueden reemplazar completamente los materiales de caucho vulcanizados tradicionales, su aplicación ha experimentado un progreso significativo en los últimos años, particularmente con el desarrollo de la tecnología de vulcanización dinámica, que ha abierto amplias perspectivas para su uso en la industria automotriz.