Electrificación

La electrificación está sacudiendo la cadena de suministro de piezas de automóviles, lo que obliga a las empresas de productos de caucho a agregar nuevas capacidades a sus áreas de experiencia establecidas en ciencia y tecnología de materiales.

En particular, los vehículos eléctricos utilizarán muchos menos componentes, ya que el software y los dispositivos semiconductores reemplazan las piezas mecánicas utilizadas tradicionalmente en los sistemas de transmisión y manejo de energía. Estos desarrollos son de gran preocupación para los proveedores de materiales y productos de caucho basados ​​en la amplia gama de polímeros básicos y especiales.

La presión para responder a estas tendencias es alta: Claus Moehlenkamp, ​​CEO de Freudenberg Sealing Technologies, por ejemplo, estima que FST podría perder el 70 por ciento de las ventas de automóviles si no se adapta en consecuencia.

“Cualquier proveedor que esté fuertemente enfocado en los sistemas de tren motriz derivados del motor de combustión interna está en riesgo y será desafiado a largo plazo”, dijo Moehlenkamp en una presentación reciente.

Dicho esto, espera que los motores de combustión interna sigan siendo cruciales a corto plazo, especialmente a medida que crecen las ventas de híbridos enchufables con tren motriz eléctrico y motores de combustión interna. FST ha pasado años desarrollando componentes que abordan algunos de los desafíos ICE más difíciles de la industria automotriz, con desarrollos como sellos y juntas sin fricción.

"Estas soluciones ahora deben reorientarse para abordar también los desafíos únicos de los sistemas de celdas de combustible y alimentados por baterías", dijo Moehlenkamp. "Las tecnologías de sellado que reducen la fricción, aumentan la potencia y la eficiencia y abordan los requisitos de diseño compacto y liviano, por ejemplo, serán igualmente importantes en una era de nueva movilidad", dijo.

FST, agregó Moehlenkamp, ​​está presentando "soluciones de sellado únicas" para abordar la gestión térmica, estándares de seguridad más altos, transferencia eléctrica, blindaje electromagnético y una vida útil más larga, entre otras tendencias.

Punto de inflexión

El surgimiento de vehículos eléctricos y vehículos híbridos está contribuyendo a un alto crecimiento en la demanda de cables y conectores eléctricos, cree Hans Peter Wolf, gerente de investigación y desarrollo de caucho de silicona en Dow Silicones Deutschland GmbH.

Se espera que la demanda de sistemas electrónicos automotrices crezca alrededor del 16 por ciento anual, según Wolf, quien espera que los vehículos eléctricos/híbridos representen un tercio de la producción de automóviles para 2025.

"Y, donde en el pasado había alrededor de 20 a 40 conectores eléctricos en un vehículo, ahora hay de 2000 a 4000 de esas piezas de goma, y ​​esto va en aumento", dijo Wolf en una entrevista en DKT 2018 en Nuremberg, Alemania.

Como ejemplos, Wolf citó cómo la cantidad de conectores de cable aumentó de 45 en el VW Beatle a más de 2100 en un automóvil más moderno en 2011, una tendencia que se ha acelerado aún más en los últimos años.

Si bien se trata de piezas de caucho pequeñas, dijo que se produjeron en millones, lo que provocó un "aumento enorme" en la demanda de volumen de materiales de caucho de silicona.

De manera similar, Thomas Koeppl, gerente de productos del grupo, Hexpol TPE GmbH, notó una demanda creciente de elastómeros termoplásticos debido al cambio radical en la cantidad de cableado requerido por la electrificación de vehículos.

En esta área de aplicación, dijo, los TPE se utilizan principalmente en el revestimiento o aislamiento interno de cables, especialmente aquellos que requieren propiedades óptimas de resistencia a la flexión.

Además de los requisitos, como la resistencia al calor y a los medios agresivos, todos los materiales de cableado deben cumplir con normas y especificaciones estrictas sobre retardo de llama y generación de humo, idealmente con retardadores de llama libres de halógenos.

Las baterías pueden representar un riesgo de incendio significativo, dijo Koeppl, y señaló que Hexpol ha desarrollado compuestos especiales resistentes a las llamas para piezas moldeadas por inyección, como sellos y ojales.

Otro requisito de los materiales en los vehículos eléctricos se refiere a la conductividad y las propiedades antiestáticas en aplicaciones como paneles táctiles, sistemas de visualización y piezas de gestión de cables. Para estas aplicaciones, el gerente de Hexpol señaló la disponibilidad de TPE con resistencias de entre 10 power3 y 10 power8 ohmios.

Ruido y vibración

En otra presentación en DKT 2018, Florian Luebke de ContiTech señaló cómo "los vehículos eléctricos presentan nuevos desafíos para el montaje del motor, en parte porque el motor genera excitaciones a frecuencias más altas".

Por lo tanto, se está trabajando para optimizar las características de alta frecuencia de los vehículos impulsados ​​por motores eléctricos, incluidas las características de diseño y los materiales de amortiguación utilizados, dijo Luebke.

Los diseñadores, agregó, también deben abordar las percepciones del ruido de los ocupantes del vehículo, incluidos los sonidos del aire de alta frecuencia y la ausencia de ruidos superpuestos experimentados en los vehículos ICE.

Como un motor eléctrico funciona casi en silencio, otros ruidos se hacen más evidentes, especialmente en el habitáculo. Por lo tanto, los fabricantes de automóviles, dijo Luebke, buscan materiales y piezas interiores con propiedades optimizadas de amortiguación del sonido.

"Los fabricantes de automóviles", dijo, "están buscando opciones para optimizar el ruido propagado por estructuras. Continental puede hacer una contribución significativa con sus sistemas de montaje del motor y los componentes correspondientes".

Los desafíos en torno a las soluciones de montaje antivibración de caucho para vehículos eléctricos también fueron el foco de una presentación de Rob Wardrop de DTR VMS en una reciente conferencia IoM3 Rubber in Engineering Group.

Los problemas incluyen la gestión de la aplicación de pares altos en los vehículos y la reducción de la transmisión de ruido de alta frecuencia, dijo en la reunión RIEG Elastomers in Transport, celebrada el 29 de junio en la Universidad de Warwick en Inglaterra.

"La necesidad de una aplicación muy rápida de un par alto puede generar entradas de 'inclinación/desconexión' en el resto del vehículo si la amortiguación que limita el recorrido no está equilibrada entre los soportes", dijo Wardrop.

DTR VMS utiliza modelos matemáticos para definir los requisitos de progresión de los montajes individuales para controlar la contención de la aplicación de torsión.

Wardrop agregó que el moldeo por inyección doble se puede usar para proporcionar diferentes compuestos de caucho en diferentes partes de una montura.

Por ejemplo, dijo, "el caucho que proporciona limitación de viaje puede tener propiedades separadas de la sección de viaje lineal que proporciona capacidades de ajuste adicionales dentro de un paquete limitado".

Para combatir la transmisión de ruido de alta frecuencia, Wardrop pasó a describir cómo se puede utilizar una combinación de pruebas de alta frecuencia y estudios FEA para desarrollar geometrías de caucho que incorporen elementos que interrumpan los modos resonantes de la sección de trabajo principal del caucho. Esto reduce la amplificación de la transmisión de vibraciones que de otro modo ocurriría cuando el sistema pasara por estas frecuencias.

Además, se pueden utilizar sistemas de aislamiento dual para proporcionar un aislamiento mejorado a frecuencias superiores a la frecuencia resonante de la masa de inercia.

"Como los motores eléctricos pasan muy rápidamente por el rango de baja frecuencia, el efecto negativo potencial de la excitación de esta masa es mínimo", dijo Wardrop.

DTR VMS está trabajando con una serie de soportes de desarrollo de OEM para vehículos eléctricos que se lanzarán al mercado a partir de 2021.

Demanda de adhesivo

Mientras tanto, Frost & Sullivan predice una mayor demanda de adhesivos y selladores para automóviles, como adhesivos de seguridad contra choques, amortiguadores de sonido de aplicación líquida y siliconas resistentes a altas temperaturas.

En un estudio, F&S prevé un aumento en la adopción de vehículos eléctricos que impulse una mayor adopción de dichos productos para la consolidación de piezas y el uso de materiales livianos para compensar los paquetes de baterías pesados.

"Están surgiendo oportunidades debido a la creciente necesidad de unir sustratos diferentes, mayores preocupaciones de seguridad y el enfoque de los OEM en mejorar la apariencia estética", dijo Leonidas Dokos, líder de la unidad comercial, productos químicos y materiales, EIA en F&S.

También señaló la necesidad de que los fabricantes "desarrollen adhesivos y selladores avanzados que ofrezcan un rendimiento superior a los materiales de silicona que se utilizan actualmente en los componentes del motor y la transmisión, y con sustratos aceitosos".

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