Dos innovaciones en la gama de materiales plásticos de alto desempeño Ultrason para sistemas de iluminación en vehículos
Negro pero frío y un nuevo blend
Exposición del Dr. Ruediger Bluhm,Desarrollo técnico de mercado Ultrason,BASF Aktiengesellschaft, Ludwigshafen (Alemania)
El desarrollo de piezas destinadas a los faros delanteros de automóviles está cada vez más determinado por dos tendencias:
1. la integración de nuevas funciones tales como p. ej. las luces que se adaptan al dar vuelta en una curva, y 2. la utilización de lámparas delanteras como elemento de diseño
De estas dos tendencias se derivan a su vez exigencias cada vez mayores en lo que respecta a funcionalidad y estética de los materiales termoplásticos empleados para esta aplicación. Considerando estos aspectos BASF ha desarrollado dos nuevos tipos de UltrasonÒ que amplían en gran manera las posibilidades de aplicación del PESU (poliétersulfona) en la fabricación de faros para automóviles: el Ultrason E 2010 MR negro HM optimizado para un manejo de la temperatura, y el blend de PESU Ultrason E 2010 MR HP, que ha sido optimizado en lo que respecta a tenacidad y propiedades para el moldeo.
Nuevo sistema de pigmentos negro para una mejor disipación térmica. Aplicaciones típicas de la poliétersulfona (PESU) en el campo de los faros son los reflectores, la carcasa y los biseles de las luces antiniebla. Para la carcasa y, dependiendo de la forma, en parte también para los reflectores, se suelen emplear materiales opacos y casi siempre en color negro que, independientemente del color, deben presentar una elevada calidad de superficie.
Los materiales plásticos negros tienen la ventaja de que precisan de una menor cantidad de pigmentos para su coloración, cosa que permite obtener también una mejor calidad de la superficie plástica. El único inconveniente que encontramos en estos casos es que los materiales negros muestran una mala permeabilidad a la radiación térmica.Conseguir una buena disipación térmica en los faros representa, por tanto, un reto para los ingenieros que se ocupan del desarrollo de materiales. Las temperaturas más elevadas, como es natural, se detectan en el área localizada justo encima de la lámpara. Particularmente en el caso de los materiales negros esa radiación térmica es absorbida por la superficie de forma total y si el calor no se disipa con una velocidad adecuada, se produce en estas áreas una acumulación indeseada del calor. Para evitar este estancamiento térmico existen dos posibilidades: una consiste en incrementar la conductividad térmica y la otra en reducir el espesor de pared. Sin embargo, una mayor conductividad térmica solo puede obtenerse incorporando aditivos de carga que repercuten de forma negativa en la calidad de la superficie, y una reducción del espesor de las paredes no es siempre practicable debido a las estrictas limitaciones que vienen dadas por la fluidez o el grado de rigidez que se precisa en la pieza moldeada. Por las mismas razones resulta prácticamente imposible obtener mejoras de la ventilación y, por tanto también, del enfriamiento.
BASF ha desarrollado por ello un nuevo producto en la gama Ultrasonâ, el Ultrason E 2010 MR negro HM, que reduce los índices de calentamiento a través de una mejor transmisión del calor, o lo que es igual, de una reducción de la absorción térmica. Esta solución está basada en el empleo de un nuevo pigmento que absorbe la luz visible pero que deja pasar parte de la radiación térmica. Las siglas del inglés HM significan “Heat Management” (gestión del calor).
Radiación térmica y longitud de onda Mientras que la longitud de onda de la luz visible es inferior a un micrómetro la longitud de onda de la radiación térmica que predomina en un faro suele oscilar entre los 2 y 15 micrómetros. El objetivo fue, así pues, obtener una absorción lo más elevada posible a una longitud de onda inferior a 1 micrómetro y con ello un color negro en luz visible.A una longitud de onda superior a 1 micrómetro la transmisión debía ser, sin embargo, lo más elevada posible y así minimizar el riesgo de calentamiento de la superficie que se produce debido a la absorción de la radiación térmica. Todos estos criterios pudieron satisfacerse a través de la nueva tecnología de coloración HM.
El método de análisis Lo efectivo que resulta este nuevo sistema de coloración negro puede comprobarse realizando un sencillo test que consiste en calentar placas de dos milímetros de espesor durante dos minutos con una lámpara halógena de 20 vatios y, aproximadamente 10 segundos después de haber apartado la fuente calorífica, medir los resultados con un termómetro de infrarrojos. Comparando la prueba Q31, que fue coloreada con negro de carbono convencional y que alcanzó una temperatura de 190 °C, se observa que las pruebas que fueron coloreadas mediante la tecnología HM mostraron temperaturas máximas de entre 40 y 60 °C más bajas que la anterior. En los casos en los que el material plástico contenía una cantidad doble de pigmento negro HM la temperatura máxima alcanzó únicamente los 150 °C. Un aumento de la cantidad de pigmento utilizado resulta necesario en algunos casos, dependiendo del grosor de pared, para obtener el mismo aspecto o tonalidad negra.
Primer blend de PESU Las aplicaciones en la construcción de faros para el automóvil demandan las más altas exigencias en cuanto a la calidad de la superficie plástica. Pero además de este importante aspecto deben considerarse también otros criterios tales como la resistencia térmica, la resistencia al impacto, la fluidez y el comportamiento al desmoldeo o la tendencia a formar gases y la expansión térmica. Sin embargo, la estructura química de los termoplásticos de altas temperaturas más conocidos limita actualmente en gran manera las posibilidades que existen para su optimización, ya que, si se mejora la fluidez mediante una reducción del peso molecular esto genera un empeoramiento inevitable de la resistencia al impacto y del comportamiento a la ruptura por tensiones, y la aplicación de aditivos para mejorar la fluidez implica inconvenientes en la mayoría de los casos, ya que los aditivos tienden a formar gases a las elevadas temperaturas a las que están expuestos en el interior de los faros.
Debido a estas razones BASF ha optado por probar nuevos caminos para mejorar las propiedades del material plástico de alto rendimiento PESU, como p.ej., su fluidez, y mezclando con otras materias termoplásticas ha creado un nuevo blend que reúne toda una serie de ventajas que van desde una mejor transformación hasta propiedades de uso optimizadas. Y aunque el nuevo Ultrasonâ E 2010 MR HP (las siglas del inglés HP significan High Productivity, o alta productividad) no pueda competir en la espiral de fluidez con los tipos Ultradurâ High Speed, el producto muestra un buen aumento de la fluidez que, en comparación con PESU puro, asciende de un 10 hasta un 20 por ciento mayor.
Mediante la mezcla se consiguió también mejorar otras propiedades del material de forma significativa, lo que ha proporcionado en la suma de todas esas modificaciones un espectro muy interesante de propiedades. Así es como la resistencia térmica de las piezas metalizadas puede mantenerse muy similar a la del PESU puro y al mismo tiempo reducir la densidad y la absorción de agua del material. Además de estas ventajas este nuevo blend muestra, a pesar de poseer una fluidez mejorada, una resistencia al impacto que es comparable a la de materiales de PESU de mayor peso molecular. Ultrasonâ E 2010 MR HP, sin embargo, no es un material adecuado para aplicaciones transparentes, ya que al ser una mezcla posee una permeabilidad a la luz considerablemente menor. Por otra parte es esa menor transparencia precisamente en la producción de faros la que proporciona mayores ventajas en el control de calidad, ya que en el caso de materiales transparentes las imperfecciones no se hacen visibles hasta que no se ha concluido el proceso de metalización. Además, con una transparencia reducida es más fácil prescindir de una pigmentación adicional.
Mejor comportamiento a la expansión durante el procesamiento Al moldear por inyección este nuevo blend los defectos e imperfecciones no solo son más fáciles de detectar sino que también resultan más fáciles de evitar. Los termoplásticos de altas temperaturas no suelen mostrar (o si es así, solo de forma muy reducida) un ensanchamiento durante su transformación (hinchamiento), propiedad que es responsable, por ejemplo, de generar una superficie surcada por líneas, el llamado “efecto disco”, cuando se dan temperaturas de molde o velocidades de moldeo demasiado bajas. Pero también en uniones de cantos vivos o al fluir sobre nervaduras, esta reducida capacidad de hinchamiento ocasiona con frecuencia numerosas dificultades. Si el aire de la cavidad no se desaloja uniformemente, detrás de estas zonas críticas pueden formarse fácilmente finas líneas de flujo.
El nuevo material, sin embargo, muestra un hinchamiento significativamente mayor al que se da en PESU sin modificar, lo que reduce el riesgo de que se produzcan dichos defectos durante el moldeo por inyección. Este mejor comportamiento de hinchamiento, así como la optimización de las otras propiedades, se deben a la morfología específica de este nuevo blend. La finísima distribución de los componentes de la mezcla permite obtener por ejemplo una optimización de la resistencia al impacto. No obstante, y debido a que tanto la receta como las condiciones bajo las que se elabora el compound afectan de forma significativa al perfil de propiedades, BASF está llevando a cabo actualmente los últimos ensayos para optimizar al máximo el Ultrasonâ E 2010 MR HP. Las primeras muestras, sin embargo, ya se encuentran disponibles.
Negro pero frío y un nuevo blend
Exposición del Dr. Ruediger Bluhm,Desarrollo técnico de mercado Ultrason,BASF Aktiengesellschaft, Ludwigshafen (Alemania)
El desarrollo de piezas destinadas a los faros delanteros de automóviles está cada vez más determinado por dos tendencias:
1. la integración de nuevas funciones tales como p. ej. las luces que se adaptan al dar vuelta en una curva, y 2. la utilización de lámparas delanteras como elemento de diseño
De estas dos tendencias se derivan a su vez exigencias cada vez mayores en lo que respecta a funcionalidad y estética de los materiales termoplásticos empleados para esta aplicación. Considerando estos aspectos BASF ha desarrollado dos nuevos tipos de UltrasonÒ que amplían en gran manera las posibilidades de aplicación del PESU (poliétersulfona) en la fabricación de faros para automóviles: el Ultrason E 2010 MR negro HM optimizado para un manejo de la temperatura, y el blend de PESU Ultrason E 2010 MR HP, que ha sido optimizado en lo que respecta a tenacidad y propiedades para el moldeo.
Nuevo sistema de pigmentos negro para una mejor disipación térmica. Aplicaciones típicas de la poliétersulfona (PESU) en el campo de los faros son los reflectores, la carcasa y los biseles de las luces antiniebla. Para la carcasa y, dependiendo de la forma, en parte también para los reflectores, se suelen emplear materiales opacos y casi siempre en color negro que, independientemente del color, deben presentar una elevada calidad de superficie.
Los materiales plásticos negros tienen la ventaja de que precisan de una menor cantidad de pigmentos para su coloración, cosa que permite obtener también una mejor calidad de la superficie plástica. El único inconveniente que encontramos en estos casos es que los materiales negros muestran una mala permeabilidad a la radiación térmica.Conseguir una buena disipación térmica en los faros representa, por tanto, un reto para los ingenieros que se ocupan del desarrollo de materiales. Las temperaturas más elevadas, como es natural, se detectan en el área localizada justo encima de la lámpara. Particularmente en el caso de los materiales negros esa radiación térmica es absorbida por la superficie de forma total y si el calor no se disipa con una velocidad adecuada, se produce en estas áreas una acumulación indeseada del calor. Para evitar este estancamiento térmico existen dos posibilidades: una consiste en incrementar la conductividad térmica y la otra en reducir el espesor de pared. Sin embargo, una mayor conductividad térmica solo puede obtenerse incorporando aditivos de carga que repercuten de forma negativa en la calidad de la superficie, y una reducción del espesor de las paredes no es siempre practicable debido a las estrictas limitaciones que vienen dadas por la fluidez o el grado de rigidez que se precisa en la pieza moldeada. Por las mismas razones resulta prácticamente imposible obtener mejoras de la ventilación y, por tanto también, del enfriamiento.
BASF ha desarrollado por ello un nuevo producto en la gama Ultrasonâ, el Ultrason E 2010 MR negro HM, que reduce los índices de calentamiento a través de una mejor transmisión del calor, o lo que es igual, de una reducción de la absorción térmica. Esta solución está basada en el empleo de un nuevo pigmento que absorbe la luz visible pero que deja pasar parte de la radiación térmica. Las siglas del inglés HM significan “Heat Management” (gestión del calor).
Radiación térmica y longitud de onda Mientras que la longitud de onda de la luz visible es inferior a un micrómetro la longitud de onda de la radiación térmica que predomina en un faro suele oscilar entre los 2 y 15 micrómetros. El objetivo fue, así pues, obtener una absorción lo más elevada posible a una longitud de onda inferior a 1 micrómetro y con ello un color negro en luz visible.A una longitud de onda superior a 1 micrómetro la transmisión debía ser, sin embargo, lo más elevada posible y así minimizar el riesgo de calentamiento de la superficie que se produce debido a la absorción de la radiación térmica. Todos estos criterios pudieron satisfacerse a través de la nueva tecnología de coloración HM.
El método de análisis Lo efectivo que resulta este nuevo sistema de coloración negro puede comprobarse realizando un sencillo test que consiste en calentar placas de dos milímetros de espesor durante dos minutos con una lámpara halógena de 20 vatios y, aproximadamente 10 segundos después de haber apartado la fuente calorífica, medir los resultados con un termómetro de infrarrojos. Comparando la prueba Q31, que fue coloreada con negro de carbono convencional y que alcanzó una temperatura de 190 °C, se observa que las pruebas que fueron coloreadas mediante la tecnología HM mostraron temperaturas máximas de entre 40 y 60 °C más bajas que la anterior. En los casos en los que el material plástico contenía una cantidad doble de pigmento negro HM la temperatura máxima alcanzó únicamente los 150 °C. Un aumento de la cantidad de pigmento utilizado resulta necesario en algunos casos, dependiendo del grosor de pared, para obtener el mismo aspecto o tonalidad negra.
Primer blend de PESU Las aplicaciones en la construcción de faros para el automóvil demandan las más altas exigencias en cuanto a la calidad de la superficie plástica. Pero además de este importante aspecto deben considerarse también otros criterios tales como la resistencia térmica, la resistencia al impacto, la fluidez y el comportamiento al desmoldeo o la tendencia a formar gases y la expansión térmica. Sin embargo, la estructura química de los termoplásticos de altas temperaturas más conocidos limita actualmente en gran manera las posibilidades que existen para su optimización, ya que, si se mejora la fluidez mediante una reducción del peso molecular esto genera un empeoramiento inevitable de la resistencia al impacto y del comportamiento a la ruptura por tensiones, y la aplicación de aditivos para mejorar la fluidez implica inconvenientes en la mayoría de los casos, ya que los aditivos tienden a formar gases a las elevadas temperaturas a las que están expuestos en el interior de los faros.
Debido a estas razones BASF ha optado por probar nuevos caminos para mejorar las propiedades del material plástico de alto rendimiento PESU, como p.ej., su fluidez, y mezclando con otras materias termoplásticas ha creado un nuevo blend que reúne toda una serie de ventajas que van desde una mejor transformación hasta propiedades de uso optimizadas. Y aunque el nuevo Ultrasonâ E 2010 MR HP (las siglas del inglés HP significan High Productivity, o alta productividad) no pueda competir en la espiral de fluidez con los tipos Ultradurâ High Speed, el producto muestra un buen aumento de la fluidez que, en comparación con PESU puro, asciende de un 10 hasta un 20 por ciento mayor.
Mediante la mezcla se consiguió también mejorar otras propiedades del material de forma significativa, lo que ha proporcionado en la suma de todas esas modificaciones un espectro muy interesante de propiedades. Así es como la resistencia térmica de las piezas metalizadas puede mantenerse muy similar a la del PESU puro y al mismo tiempo reducir la densidad y la absorción de agua del material. Además de estas ventajas este nuevo blend muestra, a pesar de poseer una fluidez mejorada, una resistencia al impacto que es comparable a la de materiales de PESU de mayor peso molecular. Ultrasonâ E 2010 MR HP, sin embargo, no es un material adecuado para aplicaciones transparentes, ya que al ser una mezcla posee una permeabilidad a la luz considerablemente menor. Por otra parte es esa menor transparencia precisamente en la producción de faros la que proporciona mayores ventajas en el control de calidad, ya que en el caso de materiales transparentes las imperfecciones no se hacen visibles hasta que no se ha concluido el proceso de metalización. Además, con una transparencia reducida es más fácil prescindir de una pigmentación adicional.
Mejor comportamiento a la expansión durante el procesamiento Al moldear por inyección este nuevo blend los defectos e imperfecciones no solo son más fáciles de detectar sino que también resultan más fáciles de evitar. Los termoplásticos de altas temperaturas no suelen mostrar (o si es así, solo de forma muy reducida) un ensanchamiento durante su transformación (hinchamiento), propiedad que es responsable, por ejemplo, de generar una superficie surcada por líneas, el llamado “efecto disco”, cuando se dan temperaturas de molde o velocidades de moldeo demasiado bajas. Pero también en uniones de cantos vivos o al fluir sobre nervaduras, esta reducida capacidad de hinchamiento ocasiona con frecuencia numerosas dificultades. Si el aire de la cavidad no se desaloja uniformemente, detrás de estas zonas críticas pueden formarse fácilmente finas líneas de flujo.
El nuevo material, sin embargo, muestra un hinchamiento significativamente mayor al que se da en PESU sin modificar, lo que reduce el riesgo de que se produzcan dichos defectos durante el moldeo por inyección. Este mejor comportamiento de hinchamiento, así como la optimización de las otras propiedades, se deben a la morfología específica de este nuevo blend. La finísima distribución de los componentes de la mezcla permite obtener por ejemplo una optimización de la resistencia al impacto. No obstante, y debido a que tanto la receta como las condiciones bajo las que se elabora el compound afectan de forma significativa al perfil de propiedades, BASF está llevando a cabo actualmente los últimos ensayos para optimizar al máximo el Ultrasonâ E 2010 MR HP. Las primeras muestras, sin embargo, ya se encuentran disponibles.
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