Poliamida reforzada con fibra de vidrio para el cárter de aceite del motor

Poliamida reforzada con fibra de vidrio para el cárter de aceite del motor

Frank Krause, Desarrollo de aplicaciones de High Performance Materials de Lanxess Deutschland GmbH, Leverkusen20/02/2013

El cárter es una parte fundamental del bloque de todo motor. El aceite contenido en él es imprescindible para la lubricación de los motores de combustión. En un coche estándar, el cárter tiene una capacidad de entre dos y ocho litros de aceite; en camiones hasta 40 litros o más. Tradicionalmente, estas piezas han sido construidas de aluminio fundido, chapa de acero y SMC (Sheet Molding Compounds). Sin embargo, cada vez más son elaboradas con poliamidas (PA) reforzadas con fibra de vidrio, debido a que este material ofrece numerosas ventajas, que lo hacen ideal, sobre todo, para aplicaciones técnicas.

Rondando la perfección – el perfil de propiedades

Con el refuerzo de fibra de vidrio, el ya de por sí sobresaliente perfil de propiedades del plástico semicristalino se mejora aun más, sobre todo en resistencia mecánica y rigidez. La PA ofrece, además, buenas propiedades de aislamiento eléctrico, alta resistencia a la deformación por calor y la acción de productos químicos, buenas propiedades de deslizamiento, resistencia al desgaste, así como buena amortiguación del ruido y las vibraciones. A esto hay que agregar su excelente procesabilidad.

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Este cárter de aceite para el motor de 8,12 litros tiene una capacidad de 36 litros y está hecho de PA66 Durethan AKV 35 H2.0 (Foto: Lanxess)

Dependiendo del tipo de material, la poliamida absorbe la humedad de su entorno de manera reversible. La humedad tiene el mismo efecto que un plastificante: el alargamiento a la rotura y la resistencia al impacto aumentan mientras que la resistencia y rigidez disminuyen.

Además, las partes construidas con este material termoplástico resultan hasta un 50% más ligeras que las piezas análogas elaboradas con aluminio fundido. Dado que en el proceso de inyección son posibles las contrasalidas y se pueden incorporar insertos, el uso de PA permite grandes volúmenes de llenado, una posibilidad que no brindan ni la inyección de metal ni los SMC. Además, a diferencia de las piezas de aluminio y SMC, las de PA están listas para el montaje inmediatamente después de su producción. No es necesario eliminar rebabas ni hacer roscados o fresar juntas y ranuras, con lo cual se reducen notablemente los costes de producción.

Igualmente hay que destacar la excelente estabilidad de la PA ante la acción de productos químicos típicamente relacionados con los motores tales como aceite, grasa, limpiadores de motor, desengrasantes o productos corrosivos procedentes de la combustión. Además, presenta una resistencia especialmente alta frente a la acción del biodiesel.

Numerosas investigaciones demuestran la elevada duración de la resistencia del Durethan (Lanxess) frente al biodiesel a base de aceite de soja o de colza. Incluso después de 20.000 horas de ensayo, correspondientes al tiempo habitual de funcionamiento de un motor de coche, los materiales han respondido perfectamente a las extremas exigencias. La tensión de rotura del Durethan AKV 35 H2.O se reduce un máximo del 10%.

Responder al reto – simulación integral

Aunque en el ámbito especializado existe desde hace mucho tiempo unanimidad sobre el carácter ideal de la PA6 y PA66 reforzada con fibra de vidrio para la fabricación de un cárter de aceite de motor altamente resistente, hasta ahora ha sido difícil llevarlo a la práctica, ya que los requerimientos de los materiales para el proceso de inyección son muy elevados. Por otra parte, debido a la anisotropía de la orientación de las fibras de refuerzo del material, algunas propiedades importantes son muy difíciles de simular numéricamente. Los modernas y complejos métodos de cálculo, como la simulación integral constituyen la base para un diseño eficiente y económico en un tiempo de desarrollo relativamente corto. Estos permiten analizar el comportamiento anisótropo local y calcular de antemano su influencia sobre las propiedades de las piezas y las cargas que dichas piezas deberán soportar. De esta forma se puede simular tanto el proceso de llenado (Fig. 1) como la deformación del cárter de aceite del motor de camiones. Precisamente en piezas de tal tamaño la deformación influye notablemente sobre la estanqueidad de las juntas bajo presión y cargas de temperatura. En base a los resultados obtenidos tras la simulación fueron incorporadas las correspondientes ayudas para el flujo en el cárter a fin de garantizar un llenado uniforme del molde, sobre todo en las juntas y minimizar la deformación de la pieza terminada.

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Fig. 1. Simulación del proceso de llenado: Cuatro puntos de entrada aseguran un llenado uniforme del molde (Foto: Lanxess)

A fin de poder determinar la estanqueidad de todo el sistema durante la vida útil del cárter, la deformación de éste bajo la acción de la presión

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