16/10/2018 | 5 MINUTOS DE LECTURA

Pruebas científicas buscan mejorar los acabados de los autos

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Investigadores de Estados Unidos diseñaron pruebas para proveer a los fabricantes de recubrimientos de autos una mejor comprensión de los mecanismos que actúan en los procesos de daño, para que puedan elaborar recubrimientos más fuertes y resistentes.

Todos conocemos esa horrible sensación: salir del supermercado y descubrir que un carrito de compras golpeó tu automóvil. Puede que algún día esto sea sólo un mal recuerdo si los fabricantes de carrocerías utilizan las nuevas pruebas desarrolladas por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de los Estados Unidos (NIST, en inglés) junto con tres socios de la industria. Los datos de estos estudios podrían ayudar que al exterior de los vehículos se defienda mejor contra golpes, abolladuras, arañazos y demás cosas que lo golpean en el camino.

Investigadores de cuatro organizaciones (NIST y socios de la industria Eastman Chemical Co., el Centro Técnico de Hyundai America y Anton Paar USA) describen tres versiones de un método de laboratorio rápido y confiable para simular procesos de daño (raspones y arañazos) en las capas transparentes de automóviles (la capa superior o superficial de un recubrimiento exterior compuesto de polímero) en un nuevo artículo en la revista Progress in Organic Coatings. Las pruebas están diseñadas para proveer a los fabricantes una mejor comprensión de los mecanismos que están detrás de esos procesos de daño, para que los futuros materiales de recubrimiento puedan ser más fuertes y resistentes a los arañazos.

Contar con recubrimientos más fuertes y robustos es importante para satisfacer las demandas industriales y de los consumidores. Por ejemplo, las estadísticas muestran que: las personas mantienen sus autos por más tiempo y desean que permanezcan atractivos (quienes poseen autos por más de dos años aumentaron 41 por ciento de 2006 a 2015); casi 600,000 conductores trabajan para servicios de viajes compartidos en los Estados Unidos que requieren que mantengan la apariencia del vehículo; la durabilidad mejorada de la pintura está entre los tres principales requisitos de rendimiento para los fabricantes de equipos originales; y 60 por ciento de las quejas de los consumidores sobre los autos se atribuyen a rayones de pintura y pequeñas imperfecciones.

Actualmente, los fabricantes de recubrimientos para automóviles utilizan dos métodos de prueba simples para evaluar la resistencia al rayado de la capa transparente y predecir el rendimiento en el campo: el crockmeter y el lavado de autos Amtech-Kistler. El primero es un dispositivo que utiliza un "dedo" robótico que se mueve hacia adelante y hacia atrás con diversos grados de fuerza para imitar el daño causado por el contacto humano y las superficies abrasivas. El segundo es una rueda giratoria de cepillos que simula el impacto de los lavados de automóviles en las capas transparentes.

“Desafortunadamente, ambos métodos sólo evalúan el rendimiento de la capa transparente en función de la apariencia, una medida cualitativa en la que los resultados varían de una prueba a otra, y no proporcionan los datos cuantitativos que nos ayuden científicamente a comprender qué sucede con los acabados de los autos en la vida real", explica Li Piin Sung, físico del NIST y uno de los autores 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 una aguja con punta de diamante a través de la superficie de una muestra de polímero compuesto para mapear su morfología, luego usaron la aguja para crear un rasguño y, finalmente, volvieron a pasar la aguja y volvieron a mapear la superficie. Se realizaron tres escalas diferentes de pruebas de rasguño: nano, micro y macro, utilizando puntas de diferentes tamaños y diferentes rangos de fuerza.

Las diferencias cuantitativas entre los perfiles prerrasguño y postrrasguño, junto con los análisis microscópicos de los daños, proporcionaron datos valiosos sobre la vulnerabilidad a la deformación (¿a qué profundidad llega el arañazo?), la resistencia a la fractura (¿cuánta fuerza se necesita para agrietarse el compuesto?) y la resiliencia (¿cuánto se recupera el material del daño físico?).

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

Cuando los rasguños en la capa transparente tienen unos pocos micrómetros de profundidad y anchura, y se producen sin fractura, y se les denomina marte. Estas deformaciones poco profundas y difíciles de ver, dijo Sung, suelen ser el resultado del lavado de automóviles. Explicó que la prueba de nanorrasguño realizada en el NIST proporcionó los mejores datos sobre los mecanismos de rayado y arañazos ligeros, mientras que las pruebas de micro y macro rasguño realizadas por los socios del NIST dieron mejor información detallada sobre las deformaciones más grandes, más profundas y más visibles, conocidas como rasguños de fractura: las lesiones causadas por llaves, ramas de árboles, carritos de compras y otros objetos sólidos.

"Los datos de la prueba de nanorrasguños también fueron los mejores para determinar qué tan bien respondió el recubrimiento al agravio físico en función de su densidad de reticulación, la medida de qué tan estrechamente están unidos los componentes del polímero", dijo Sung. "Con esta comprensión a nivel molecular, las fórmulas de la capa transparente se pueden mejorar para que produzcan materiales lo suficientemente densos como para ser fuertes y resistir 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 rendimiento de la capa transparente, deben realizarse pruebas de nano, micro y macro rasguño junto con los métodos estándar actuales de la industria. "De esa manera, se obtiene una imagen completa de un recubrimiento de carrocería, caracterizado cualitativa y cuantitativamente, de modo que los recubrimientos más resistentes creados en el laboratorio funcionarán igual de bien en la carretera", dijo Sung.

[Elaborado a partir de información del NIST.]

 

 

 

 


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