01/08/2019 | 4 MINUTOS DE LECTURA

Para mejorar los recubrimientos en autos, las nuevas pruebas hacen más que rayar la superficie

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Los investigadores describen tres versiones de un método de laboratorio rápido y confiable para simular procesos de rayado en recubrimientos transparentes para automóviles.

Una serie de pruebas desarrolladas por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST, por sus siglas en inglés) y tres socios de la industria podrían finalmente ayudar a que el exterior de su vehículo se defienda mejor contra marcas, abolladuras y rayones.

En un artículo de la revista Progress in Organic Coatings, investigadores de cuatro organizaciones –NIST, asociado con Eastman Chemical Co.; el Centro Técnico de Hyundai América; y Anton Paar USA– describen tres versiones de un método de laboratorio rápido y confiable para simular los procesos de rayado en revestimientos transparentes de automóviles. Las pruebas están diseñadas para dar a los fabricantes una mejor comprensión de los mecanismos detrás de esos procesos, para que los futuros materiales de revestimiento puedan ser más resistentes y resilientes a los rayones.

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Actualmente, los fabricantes de recubrimientos para automóviles utilizan dos métodos de prueba simples para evaluar la resistencia al rayado del revestimiento transparente y predecir su desempeño en campo: el crockmeter y el lavado de carro Amtech-Kistler. El primero es un dispositivo que utiliza un “dedo” robotizado que se mueve adelante y atrás con diversos grados de fuerza para imitar el daño causado por el contacto humano y las superficies abrasivas. El segundo consiste en una rueda giratoria de cepillos que simula el impacto de los lavados de automóviles en el recubrimiento transparente.

“Desafortunadamente, ambos métodos solo evalúan el desempeño del recubrimiento transparente con base en la apariencia, una medida cualitativa donde los resultados varían de una prueba a otra, y no proporcionan datos cuantitativos que nos ayuden científicamente a comprender qué sucede con los acabados de autos en la vida real”, afirma la Física del NIST, Li Piin Sung, una de las autoras del nuevo artículo. “Hemos demostrado un método de prueba que caracteriza los mecanismos de rayado a nivel molecular, porque ahí es donde ocurren la química y la física... y donde los recubrimientos pueden diseñarse para ser más resistentes”.

Para su método de prueba, los investigadores primero pasaron un lápiz con punta de diamante a través de la superficie de una muestra de polímero compuesto para mapear su morfología, luego usaron el lápiz para crear un rayón y, finalmente, se volvió a pasar y mapear la superficie. Se realizaron tres escalas diferentes de pruebas de rayones: nano, micro y macro, utilizando puntas de diferentes tamaños y diferentes rangos de fuerza.

Las diferencias cuantitativas entre los perfiles pre-rayón y post-rayón, junto con los análisis microscópicos de los rayones, proporcionaron datos valiosos sobre la vulnerabilidad a la deformación, la resistencia a la fractura y la resiliencia.

El NIST realizó la prueba de nano-rayón con un radio de punta de 1 micrómetro (un micrómetro es la millonésima parte de un metro, lo que equivale aproximadamente a una quinta parte del diámetro de un hilo de telaraña) y un rango de fuerza entre 0 y 30 micronewtons (un micronewton es la millonésima parte de un newton, o aproximadamente 20 millonésimas de una libra de fuerza). Anton Parr hizo la prueba de micro-rayón con una punta de 50 micrómetros y un rango de fuerza entre 25 micronewtons y 5 newtons (equivalente a 5 millonésimas de libra a 1.25 libras fuerza), mientras que Eastman Chemical realizó la prueba de macro-rayón con una punta de 200 micrómetros y un rango de fuerza entre 0.5 y 30 newtons (0.1 a 7.5 libras fuerza).

Cuando los rayones en el recubrimiento transparente tienen unos pocos micrómetros de profundidad y ancho, y se producen sin fractura, se les denomina mars. Estas deformaciones poco profundas y difíciles de ver, dice Sung, suelen ser el resultado del lavado de automóviles. Explicó que la prueba de nano-rayón proporcionó muy buenos datos sobre los mecanismos de daños y rayones ligeros, mientras que las pruebas realizadas de micro y macro-rayón fueron mejores para obtener información detallada sobre deformaciones más grandes, profundas y visibles, conocidas como rayones de fractura, los cuales son daños típicos causados por llaves, ramas de árboles, carritos de mercado u otros objetos sólidos.

“Los datos de la prueba de nano-rayón también fueron los más adecuados para determinar qué tan bien respondió el recubrimiento al agravio físico en función de su densidad de entrecruzamiento, esto es, la medida de qué tan estrechamente están unidos los componentes del polímero", afirma Sung. “Con esta comprensión a nivel molecular, las fórmulas de recubrimientos transparentes pueden mejorarse para que produzcan materiales lo suficientemente densos como para ser resistentes y resilientes a los rasguños, pero no tanto como para que no se puedan trabajar fácilmente”.

Los investigadores concluyeron que, para obtener la evaluación más precisa del desempeño de recubrimientos transparentes, las pruebas de nano, micro y macro-rayón deben realizarse junto con los métodos estándar actuales de la industria. “De esa manera, se obtiene una imagen completa del recubrimiento de la carrocería del auto, caracterizado cualitativa y cuantitativamente, de modo que los recubrimientos más resistentes creados en el laboratorio funcionen igual de bien en la carretera”, indicó Sung.

Artículo: L. Feng, N. BenHamida, C-Y. Lu, L.P. Sung, P. Morel, A.T. Detwiler, J.M. Skelly, L.T. Baker y D. Bhattacharya. Fundamentos y Caracterización de Resistencia a los Rasguños en Recubrimientos Transparentes para Autos. Progress in Organic Coatings. Publicado en la edición de diciembre de 2018. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2018.09.011

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