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Aplicaciones en la industria automotriz de materiales reforzados con fibra natural

 

Applications of materials reinforced with natural fiber in the automotive area

 

Aplica��es na ind�stria automotiva de materiais refor�ados com fibra natural

 

 

�Andres Moreno-Constante ^I

asmorenoc@uce.edu.ec

https://orcid.org/0000-0002-1509-2329

 

Abel Remache-Coyago ^II

apremache@uce.edu.ec

�https://orcid.org/0000-0001-6863-4104

 

 

Correspondencia: asmorenoc@uce.edu.ec

Ciencias t�cnicas y aplicadas

Art�culo de investigaci�n

 

*Recibido: 10 de abril de 2021 *Aceptado: 03 de mayo de 2021 * Publicado: 01 de junio de 2021

                                I.            Ingeniero Automotriz, Universidad Central del Ecuador, Postgrado Facultad de Ingenier�a y Ciencias Aplicadas, Quito, Ecuador.

                             II.            Magister en Gerencia y Liderazgo Educacional, Master Universitario en Energias Renovables y Sostenibilidad Energetica, Ingeniero Automotriz, Universidad Central del Ecuador, Postgrado Facultad De Ingenier�a Y Ciencias Aplicadas, Quito, Ecuador. �

Resumen

La preocupaci�n por el agotamiento de las reservas de combustibles f�siles, el aumento del calentamiento global ha llevado a una mayor investigaci�n sobre la sustituci�n de fibras sint�ticas por fibras naturales, y la cantidad de investigaci�n sobre fibras naturales tiene un papel importante que desempe�ar hacia un futuro sostenible y respetuoso con el medio ambiente. Adem�s, los productos a base de fibras naturales se han incrementado sustancialmente. En este art�culo se aplic� la metodolog�a PRISMA para la revisi�n de la literatura disponible, que permite identificar art�culos relevantes basados en fibras naturales y su aplicaci�n en la industria automotriz, a partir de bases de datos reconocidas. Se brind� el enfoque para identificar los elementos formados en el autom�vil como indicadores utilizados por los autores para este an�lisis. Algunas propiedades requeridas por simulaci�n se han obtenido de la literatura, como las propiedades f�sicas y mec�nicas de los materiales conformados para este tipo de aplicaciones automotrices y m�ltiples soluciones. En este documento, se presenta una revisi�n de las aplicaciones actuales de los compuestos de fibras naturales en diferentes usos dentro del autom�vil junto con alguna informaci�n sobre el alcance futuro de la investigaci�n en la industria.

Palabras clave: Fibra natural; automotor; pol�mero; aplicaciones; fabricaci�n.

 

Abstract

Concern about the depletion of fossil fuel reserves, increasing global warming has led to increased research on the substitution of synthetic fibers for natural fibers, and, the amount of research on natural fibers have an important role to play towards a sustainable and environmentally friendly future. In addition, products based on natural fibers have increased substantially. This article was applied the PRISMA methodology for the review of the available literature, which allows identifying relevant articles based on natural fibers and their application in the automotive industry, from recognized databases. The approach was provided to identify the elements formed in the automobile as indicators used by the authors for this analysis. Some properties required by simulation have been obtained from the literature, such as the physical and mechanical properties of the shaped materials for this type of automotive applications and multiple solutions. In this document, a review on current applications of natural fiber composites in different uses within the automobile has been presented along with some information on the future scope of research in the industry.

Keywords: Natural fiber; automotive; polymer; applications; manufacture.

 

Resumo

1389 / 5000

Resultados de traducci�n

As preocupa��es com o esgotamento das reservas de combust�vel f�ssil, o aumento do aquecimento global levaram a novas pesquisas sobre a substitui��o de fibras sint�ticas por fibras naturais, e a quantidade de pesquisas sobre fibras naturais tem um papel importante a desempenhar em rela��o ao futuro. meio Ambiente. Al�m disso, os produtos � base de fibras naturais aumentaram substancialmente. Neste artigo, a metodologia PRISMA foi aplicada para revisar a literatura dispon�vel, o que permite identificar artigos relevantes baseados em fibras naturais e sua aplica��o na ind�stria automotiva, a partir de bases de dados reconhecidas. A abordagem foi fornecida para identificar os elementos formados no carro como indicadores utilizados pelos autores para esta an�lise. Algumas propriedades exigidas por simula��o foram obtidas na literatura, como as propriedades f�sicas e mec�nicas de materiais moldados para este tipo de aplica��es automotivas e solu��es m�ltiplas. Neste documento, � apresentada uma revis�o das aplica��es atuais dos compostos de fibra natural em diferentes usos dentro do autom�vel, juntamente com algumas informa��es sobre o escopo futuro da pesquisa na ind�stria.

Palavras-chave: Fibra natural; automotivo; pol�mero; Formul�rios; manufatura.

 

Introducci�n

Desde las �ltimas dos d�cadas, muchos investigadores se han reorientado en el uso de fibras naturales, como refuerzos para materiales estructurales polim�ricos. Mucho antes de hace un siglo, la gente de muchos pueblos peque�os de China y Corea ya mezclaba pajitas con barro para construir muros en las aldeas (Chamba et al., 2020)(Bajwa & Bhattacharjee, 2016). La industria automotriz a nivel mundial est� bajo presi�n para reducir las emisiones y mejorar la econom�a media de combustible de sus modelos de veh�culos. Esto abordar� tanto los esfuerzos para mitigar el cambio clim�tico como las enormes facturas de importaci�n de petr�leo (Cueva S�nchez et al., 2018). El cambio clim�tico ha inducido a enfoques sostenibles y renovables en el desarrollo de materiales biodegradables, lo que se traduce en una menor huella de carbono. Y un aumento a una mayor conciencia del medio ambiente (Dunne et al., 2016; Potluri & Krishna, 2020).

La concienciaci�n sobre los problemas ambientales ha llevado a un creciente inter�s de los investigadores compuestos en el uso de materiales "m�s verdes" para reemplazar los refuerzos de fibra sint�tica y matrices de pol�meros petroqu�micos. Los compuestos termopl�sticos a base de biopl�sticos a base de fibra natural podr�an ser una opci�n adecuada con ventajas que incluyen la reducci�n de los impactos ambientales, el uso de recursos renovables y el reciclaje (Qin et al., 2020). En comparaci�n con la fibra sintetizada, la fibra natural ofrece varias ventajas en t�rminos de biodegradabilidad, peso ligero, bajo precio, superioridad en el ciclo de vida y propiedades mec�nicas satisfactorias. Sin embargo, las caracter�sticas inherentes de las fibras naturales a base de plantas han presentado desaf�os para el desarrollo y la aplicaci�n de NFRC, como calidad de fibra variable, propiedades mec�nicas limitadas, absorci�n de agua, baja estabilidad t�rmica, incompatibilidad con matrices hidr�fobas y propensi�n a la aglomeraci�n (Li et al., 2020; Mansor et al., 2021 de Queiroz et al., 2021; Quitiaquez et al., 2020). �

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Figura 1: Clasificaci�n de las fibras

Fuente: (Awais et al., 2021)

 

Las industrias aeroespacial y automotriz actuales buscan cambiar los materiales convencionales, que son materiales de alta densidad, por materiales compuestos para reducir el peso total del veh�culo y aumentar su rendimiento (Verma & Senal, 2019; Karthi et al., 2019). Se han preparado compuestos reforzados con fibras naturales parcial y totalmente biodegradables utilizando una nueva tecnolog�a patentada de tejidos no tejidos. Hay m�s de 1000 especies de biofibras que pueden usarse como refuerzos en compuestos polim�ricos, algunos ejemplos son: lino, kenaf, yute, hoja de cocotero, sisal, ramio, palma, c�scara de mar, vakka, pasto elefante, hoja de abac� fibra, harina de tallo de girasoles, y raquial, adem�s de fibras org�nicas. Como se aprecia en la figura 1 (Kandola et al., 2018; (Brice�o-Mart�nez et al., 2019); (Vadiraj et al., 2019).

En este trabajo se propone revisar las innovaciones tecnol�gicas actuales que exigen la mejora continua en la implementaci�n de fibras naturales en las aplicaciones automotrices. Por otro lado se aprecia� las t�cnicas computacionales dedicados a modelar y analizar las caracter�sticas que influyen en las propiedades mec�nicas de los compuestos (Mulenga et al., 2021). As� como tambi�n se discuten las soluciones t�cnicas a los problemas tradicionales del procesamiento de compuestos de fibra natural, la mejora de las propiedades de tracci�n, la durabilidad, la estabilidad t�rmica y la mejora de la incompatibilidad interfacial (Todkar & Patil, 2019).

 

Metodolog�a

 

Tabla 1: Estructura de b�squeda seg�n palabras claves y bases de datos de revisi�n

Fuente: Autor

 

La declaraci�n PRISMA es v�lida para cualquier revisi�n sistem�tica con independencia del tema, en este documento aporta en la b�squeda, identificaci�n, selecci�n y evaluaci�n objetiva de los documentos seleccionados a partir de los resultados obtenidos de los estudios concluidos (Maldonado-P�ez et al., 2020). De esta manera se elabor� un mapeo sistem�tico de la literatura definiendo tem�ticas que influyen entre s� relacionando la caracterizaci�n de materiales, tipos de fibras naturales, y las aplicaciones en la industria automotriz. Todo esto con el fin de analizar los efectos de las fibras naturales en los elementos del veh�culo y su eficiencia en la aplicaciones de cada tipo (Cueva S�nchez et al., 2018). Para orientar el mapeo sistem�tico se definieron las siguientes preguntas de investigaci�n: 1) �Cu�l es el tipo de fibras aplicadas debido a sus caracter�sticas (forma, tipo, control) presenta mejor rendimiento?; 2) �C�mo la fibra natural influye en la composici�n del material? 3) �Qu� propiedades se modifican con el fin de optimizar su aplicaci�n?

Los textos seleccionados han sido publicados entre 2016 y 2021. Para llevar a cabo la b�squeda se emplearon las bases de datos de Science Direct, Taylor and Francis Online, Applied Sciences, estas entre las m�s importantes y se muestra su detalle en Tabla 1. Esto implic� la b�squeda en 8 base de datos obteniendo un total de 136 documentos con los par�metros de b�squeda antes mencionados. Se seleccionaron los documentos que cumplieron con los siguientes criterios de inclusi�n: art�culos de revistas, art�culos cient�ficos, documentos de conferencias internacionales, salvo que el t�tulo y el documento aporten significativamente al presente trabajo (Karolys et al., 2019). A nivel de criterios de exclusi�n se separ� los documentos que pese a incluir las palabras claves el t�tulo y el tema del documento no era un an�lisis t�cnico que involucra pruebas y resultados t�cnicos. Finalmente se analiz� 73 documentos para el desarrollo de la investigaci�n, donde se resumen en la figura 1.

 

Figura 2: Resumen revisi�n literaria para art�culo.

Fuente: Autor

 

Caracterizaci�n del compuesto de pol�mero reforzado con fibra natural (NFRP)

Los materiales compuestos tienen excelentes propiedades que ahora se utilizan en todas las aplicaciones de ingenier�a, esto se debe a sus caracter�sticas de peso ligero y propiedades mec�nicas superiores (Sharma et al., 2020). Godara et al. (2021) menciona que los compuestos de pol�meros de fibra de vidrio y yute son ampliamente utilizados. Seg�n Arun et al., (2020) establece que varias fibras naturales como el yute, el sisal, el lino y el c��amo se han utilizado como material de refuerzo con el pol�mero para formar los compuestos NFRP, en la tabla 2 se aprecia varias aplicaciones. Donde se propone un compuesto polim�rico reforzado con celulosa (CRPC) utilizando celulosa de fibras de yute y sisal como refuerzo y epoxi L-12 como matriz. De los resultados revela que el CRPC puede ser un reemplazo prometedor del compuesto NFRP para aplicaciones de menor carga.

 

Tabla 2: Aplicaciones de materiales en el �rea automotriz

Fuente: (Abuthakeer et al., 2016).

 

Por otro lado, en el moldeo por transferencia de resina asistida por vac�o (VARTM) para fabricar laminados compuestos reforzados con preformas de seda tejida. Se investig� que los compuestos de seda incluso exhibieron una mejora del 23% de la resistencia a la flexi�n espec�fica a lo largo de la direcci�n principal del tejido sobre el laminado de vidrio / epoxi. Se descubri� que el aumento es perceptible en relaci�n a la energ�a de rotura y la resistencia al cizallamiento interlaminar� (Hamidi et al., 2018). Bajo el mismo el m�todo de moldeo (VARTM) utilizando matriz epoxi reforzada con fibra natural. Los resultados muestran que la adici�n de diferentes pesos de fibra de vidrio por metro cuadrado a la fibra natural se ha encontrado para aumentar significativamente las propiedades de los compuestos en aspectos t�rmicos y mec�nicos, como alternativa utilizados en el interior del veh�culo (Karacor & �zcanli, 2020).

Se estudi� la impregnaci�n de hidr�xido de magnesio (MH) a las fibras de kenaf y la fabricaci�n de compuestos utilizando la tecnolog�a de moldeo de transferencia de resina de bolsa de vac�o (VBRTM). El m�dulo de ruptura y resistencia a la tracci�n de los compuestos modificados se increment� significativamente en un 73,9% y un 54,6% en comparaci�n con el de los NFRCs regulares. Adem�s, se encontr� que la impregnaci�n de MH mejor� significativamente la compatibilidad de las fibras de kenaf y la matriz de pol�meros (Wu et al., 2018).

En general, se encontr� que al combinar las propiedades �nicas de las nano fibras de celulosa (CNF) con el alcohol polivin�lico (PVA) para obtener nanocompuestos de alto rendimiento. Se constat� que el CNF era capaz de mejorar la resistencia a la tracci�n de PVA en un 85% cuando se a�adieron el 4,50 % del CNF, lo que indica que el CNF pose�a propiedades mec�nicas intr�nsecas significativamente m�s altas que las fibras microdimensionadas (Tarr�s et al., 2020).

El polietileno de alta densidad (HDPE) se propuso en el moldeo de los composites se realiz� en una prensa hidr�ulica mediante un proceso de prensado en caliente, utilizando un molde met�lico., los resultados, se puede enfatizar que el HDPE injertado con tejido de fibra de yute fue importante para la interacci�n de los materiales y que el uso de 10% de HDPE injertado fue suficiente para producir una adhesi�n adecuada de fibras interfaciales / matriz, lo que result� en una resistencia a la flexi�n adecuada (Maciel et al., 2018). Por otro lado, la caracterizaci�n del comportamiento del estireno de acrilonitrilo butadieno (ABS), poliestireno de alto impacto (HIPS) y polietileno de alta densidad (HDPE) reforzado con fibras cortas de pl�tanos de Canarias y con diferentes porcentajes para su aplicaci�n en procesos de moldeo. Donde mejora en el estr�s flexural m�ximo al aumentar el contenido de fibra en los compuestos (Kusić et al., 2020). Las l�minas compuestas fueron fabricadas inicialmente utilizando telas de fibra de c��amo (taffeta y serge 2�1) y l�minas de polipropileno. Durante la carga se observ� un comportamiento no lineal debido al patr�n de tejido desequilibrado de la tela. De esto se extrae que, a alta temperatura, el pol�mero se suaviza y los refuerzos de fibra se desmontan lo que resulta en una disminuci�n en las propiedades mec�nicas (Antony et al., 2021).

El Tucum extra�da de las hojas de la palmera amaz�nica Astrocaryum vulgare, se investiga como adherencia interfacial con matriz epoxi. La fibra present� una longitud cr�tica de 6,30 mm, con resistencia al corte interfacial de 2,73 MPa. Los compuestos aumentaron la resistencia a la tracci�n en un 104% y el impacto Izod absorbido energ�a en un 157% en comparaci�n con el epoxi simple, mientras que el rendimiento bal�stico del 20% vol. los compuestos de fibra de tucum aumentaron 150% (Oliveira et al., 2020).

En la investigaci�n realizada por Pandey et al., (2016) se presenta seis combinaciones de lino, c��amo y fibra de vidrio para un sistema de refuerzo h�brido en un compuesto de poliuretano (PU). Por otro lado, la fibra de basalto, debido a su alta resistencia a la tracci�n y m�dulo, se considera para un h�brido con la resina de poli�ster. La importancia relativa se discute sometiendo el compuesto de pol�mero h�brido desarrollado a un comportamiento din�mico, los diversos par�metros como la forma del modo, el factor de amortiguaci�n, la frecuencia, la aceleraci�n y la fuerza (Santosh Gangappa & Sripad Kulkarni, 2021). Seg�n Paredes Salinas et al., (2017), al preparar un compuesto a base de fibra de vidrio 375 (FV) con adiciones de fibra natural de cabuya (FC) en estratificaciones de fibra natural corta de cabuya (FCO1-30%) y fibra larga del mismo (FL-30%). Los resultados muestran un mejor comportamiento mec�nico a tracci�n en un 7,7% respecto al material com�nmente utilizado. Tambi�n el esfuerzo a la tracci�n y la deformaci�n axial de la mejor combinaci�n del material fue FL-30%.

En la simulaci�n de moldeo por inyecci�n comercial para polipropileno reforzado con fibra de sisal moldeadas por inyecci�n. El uso de μ-CT y LMM permite medir la orientaci�n de la fibra en diferentes capas a lo largo del espesor de la placa y detectar un efecto de caparaz�n-n�cleo. La orientaci�n encontrada con el μ-CT se correlaciona bien con la simulaci�n de moldeo por inyecci�n desarrollada para polipropileno reforzado con fibra de sisal (Albrecht et al., 2017). Por otro lado, se estudi� un modelo de pruebas de tracci�n utilizando software de elementos finitos, con el fin de poder dimensionar componentes reales, un ejemplo de la fiabilidad de los resultados se aprecia en la tabla 3.

 

Tabla 3: Comparaci�n de resultados experimentales / de software, varios NFRP

Fuente: (Oliver-Borrachero et al., 2019).

 

Estructuras de los veh�culos

Los desarrollos de compuestos agr�colas para aplicaciones estructurales como la automotriz han ganado un enorme inter�s por parte de los investigadores debido a la singularidad de sus comportamientos. Entre las fibras agr�colas disponibles, la fibra de kenaf ampliamente adoptada como refuerzo en compuestos polim�ricos a trav�s de la t�cnica de hibridaci�n se introdujo para mejorar el rendimiento mec�nico de los materiales (Yusuff et al., 2021). Las propiedades hidr�filas e hidr�fobas de las fibras y pol�meros naturales, respectivamente, provocan una interacci�n de uni�n deficiente en la interfaz. El modelo tradicional de retardo de cizallamiento se utiliz� popularmente para estudiar el mecanismo de transferencia de tensi�n entre la fibra y la matriz de compuestos avanzados. Sin embargo, dicho modelo no es aplicable a los compuestos NFRP debido a la forma imperfecta de las fibras naturales a lo largo de su direcci�n longitudinal y la forma irregular de la secci�n transversal de las fibras (Lau et al., 2018).

La propagaci�n de ondas de cordero se estudi� con tres tipos diferentes de compuestos de fibra de lino y los modos de onda fundamentales se excitaron en la estructura. Ambos m�todos considerados fueron capaces de capturar los modos de onda sim�trica y antisim�trica para todas las configuraciones de material. Adem�s de esto, se intent� excitar la tira h�brida a mayor frecuencia y el estudio revel� el potencial de capturar todos los modos de onda existentes (Barouni & Rekatsinas, 2021). Se hab�a explorado la fibra kenaf para mejorar las propiedades mec�nicas deseadas como componentes estructurales automotrices, como ejemplo se aprecia en la tabla 4. Adem�s, el uso de un agente de acoplamiento y un plastificante tambi�n puede aumentar la uni�n adhesiva de matriz de fibra (Hassan et al., 2017).

 

Tabla 4: Composici�n De Fibra Kenaf

Fuente: (Hassan et al., 2017).

 

Absorci�n de energ�a

Albahash y Ansari (2017) aplica un procedimiento experimental para investigar el efecto del uso de fibra de yute y se consigue que la absorci�n de energ�a aumenta en un 17,75% y la absorci�n de energ�a espec�fica aumenta en un 25,122% en el caso de tubo circular de 50 mm de di�metro. En el caso de tubo cuadrado con una longitud lateral de 50 mm, los resultados se mejoran en un 62,764% para la absorci�n de energ�a y un 58,942% para la absorci�n de energ�a espec�fica. Yusof et al., (2020) realizaron una investigaci�n para desarrollar un dise�o conceptual de la caja de choque automotriz compuesta por pol�mero de palma aceite (ACB). El dise�o con el ranking m�s alto (26,6 %) fue elegido el dise�o conceptual final, que fue el que ten�a una estructura de panal para el perfil m�s externo, reforzado con una estructura de tela de ara�a dentro de la pieza, apoyado por la estructura de espuma de fibra extra�da del tejido esponja de p�jaro carpintero en el centro para maximizar la capacidad de absorci�n de energ�a. El nuevo dise�o podr�a resolver el problema del colapso de flexi�n durante la colisi�n. (Yusof et al., 2020).

Estudios elaborados por L�pez-Alba et al. (2018) sobre dos tejidos diferentes (sarga y l�pulo) hechos de fibras de lino, as� como una alfombra no tejida hecha de una mezcla de fibras de c��amo y kenaf. En el caso del an�lisis cuasi est�tico se observa un incremento del 20% en el valor SEA cuando se emplea el refuerzo tejido de la tela Hopsack. La influencia de la configuraci�n de tejido (Hopsack) parece ser m�s estable contra los efectos de pandeo a bajas tasas de carga con valores SEA un 10% m�s altos. Se observ� un aumento del nivel SEA de hasta el 72% para la matriz PLA en comparaci�n con la matriz HD-PE. Seg�n Haghdan y Smith (2015), la identificaci�n de los mecanismos de fractura dominantes de los compuestos de madera / poli�ster. Por tanto, el aumento del espesor del laminado de madera / poli�ster mejor� su capacidad de absorci�n de energ�a, pero redujo notablemente el m�dulo de compresi�n del laminado.

 

Barra antivuelco

Seg�n Mastura et al., (2017a) propone un nuevo dise�o conceptual como principal modificaci�n son los brazos c�nicos reforzados con una costilla de esquina para endurecer la estructura del dise�o. Esto podr�a resolver el problema de la concentraci�n de tensi�n, que es una de las principales causas de fallo de la barra antivuelco automotriz. Por otro lado, Mastura et al., (2017b) mediante un material biocomponente h�brido, la fibra de palma azucarera es la fibra que mejor puede satisfacer los requisitos de dise�o, con el 21,51 % de la puntuaci�n total, seguida del kenaf, que obtuvo el 20,18 %. Por �ltimo, se compararon ambas fibras para la evaluaci�n del ciclo de vida y los resultados muestran que la palma azucarera tiene un impacto un 10 % menor.

 

Sistemas internos y absorci�n ac�stica

En general, los textiles ac�sticos utilizados para controlar el ruido en los veh�culos deben proporcionar reducci�n de transmisi�n en el aire, amortiguaci�n y absorci�n de sonido. Sin embargo, el uso de textiles ac�sticos en veh�culos no s�lo depende de sus propiedades ac�sticas, sino tambi�n de caracter�sticas adicionales. La selecci�n de un material en particular tambi�n est� determinada por su relaci�n entre rendimiento y coste. Los textiles ac�sticos empleados para reducir el ruido y las vibraciones se utilizan individualmente o como componentes de materiales compuestos complejos que son un �rea interesante de investigaci�n (Arenas, 2016). La investigaci�n de Gu et al., (2017) se prepararon muestras no tejidas incrustadas de Kenaf mezcladas con polipropileno y fibras d PET de bajo punto de fusi�n mediante un proceso de punzonado con agujas. El coeficiente de absorci�n ac�stica de la muestra de tela no tejida depend�a en gran medida del peso y el grosor de la tela no tejida y el coeficiente de correlaci�n estaba por encima de 0,83, respectivamente. Tambi�n se vio afectado por el di�metro de los poros, es decir, la tela no tejida de bajo tama�o de poro mostr� un alto coeficiente de absorci�n ac�stica, que fue causado por la alta profundidad de la aguja y la alta relaci�n de mezcla del PET de baja fusi�n.

Se investig� el efecto de las fibras naturales obtenidas para la preparaci�n de compuestos de algodoncillo, pasto kusha, sisal, pl�tano y heno mezclado con polipropileno 10:90 (% en peso). El aumento de espesor no es eficaz a frecuencias de absorci�n ac�stica m�s altas. El microscopio electr�nico de barrido analiza las microestructuras de la fibra de algodoncillo. (Hariprasad et al., 2020). Por otro lado, el modelo de toma de decisiones para evaluar y seleccionar los compuestos a base de fibra de refuerzo natural no tejida / polipropilenos m�s adecuados para piezas interiores en la industria automotriz considerando varios criterios de evaluaci�n simult�neamente. Se encontr� que el compuesto de lino / polipropileno tratado con una alternativa de carga de fibra de 30 \ mu g en peso era el mejor con respecto a los criterios de evaluaci�n generales. Se encontr� que los compuestos de fibra de palmera datilera / polipropileno eran potenciales considerando todos los criterios de evaluaci�n (AL-Oqla et al., 2015).

Seg�n Park y Lee (2021) evaluaron la correlaci�n entre el ruido y la variaci�n de fricci�n. Las pruebas se llevaron a cabo utilizando muestras de cabezales y paneles cortados del veh�culo real. Para investigar el efecto de la variaci�n de fricci�n y la aceleraci�n en el ruido causado por el resbal�n, la carga se cambi� de 800g a 4900g (7,85 N a 48.05 N) y la amplitud del desplazamiento. Luffa cylindrica, tambi�n llamado calabaza de luffa o esponja de luffa, es una fibra natural que tiene un s�lido potencial como aislamiento de vibraciones, absorci�n de sonido, embalaje, etc. La hibridaci�n de luffa NFC con otras fibras naturales o sint�ticas, por ejemplo, vidrio, carbono, cer�mica, lino, yute, etc., puede mejorar las propiedades. Sin embargo, las fibras de luffa han exhibido una compatibilidad profunda con la matriz epoxi para esta aplicaci�n (Alhijazi et al., 2020).

 

 

Confort T�rmico

El aislamiento t�rmico de la cabina de accionamiento ofrece una soluci�n prometedora. Por lo tanto, las simulaciones computacionales de din�mica de fluidos se emplean para analizar el escenario de transferencia de calor conjugado complejo existente. Una investigaci�n m�s detallada utilizando estos modelos num�ricos proporcion� una visi�n de la comprensi�n de los modos de transferencia de calor existentes. Esto� contribuyo a derivar eficientemente conceptos de aislamiento concreto, superar las restricciones impuestas por el tiempo y los procedimientos de prueba de costo intensivo (Wirth et al., 2016). Las fibras cortas de lana son excelente aislamiento t�rmico y otras propiedades. En este estudio, compuestos de lana-polipropileno (PP) de bajo costo que contienen hasta un 90% de fibras de lana con fibras PP, ya que la matriz estaba moldeada por compresi�n y en comparaci�n con los plafones falsos disponibles comercialmente. Los compuestos ten�an el mejor retardo de llama de V0, conductividad t�rmica en el rango de 0.058-0.083 W/mK y absorci�n de ruido en coeficiente de hasta 0.86. Los compuestos lana-PP tuvieron una excelente estabilidad t�rmica hasta 250�C con una p�rdida de peso tan baja como el 1,2% (Guna et al., 2019).

 

Mecanizado de compuestos de pl�stico reforzado con fibras naturales

Chegdani et al., (2018) investiga el efecto t�rmico sobre la maquinabilidad de compuestos de polipropileno reforzado con fibras de lino unidireccionales (UDF / PP) con respecto a la geometr�a de contacto de corte. Esta maquinabilidad tambi�n se mejora cortando con un �ngulo de ataque positivo m�s peque�o que aumenta la rigidez de contacto de corte con fibras de lino (Chegdani et al., 2018). Por otro lado, al explorar el efecto de la orientaci�n de la fibra natural en la maquinabilidad de los compuestos NFRP utilizando el modelo Merchant para separar la energ�a de cizallamiento de la energ�a de fricci�n. Por tanto, la orientaci�n de la fibra afecta significativamente las energ�as de cizallamiento y fricci�n que controlan el comportamiento de corte y la formaci�n de virutas del compuesto NFRP (Chegdani et al., 2020).

En su trabajo Chegdani y El Mansori (2019), menciona que las fuerzas de corte in situ se adquieren para evaluar los rendimientos tribol�gicos del mecanizado NFRP con herramienta DCH. Donde los bordes de corte est�n recubiertos con una capa delgada de PVD-TiAlN para asegurar un radio de borde de corte bajo. El dise�o funcional del DCH genera un comportamiento de desgaste de la herramienta espec�fico donde los mecanismos de desgaste difieren en cada orientaci�n de la h�lice de corte.

 

Componentes tribol�gicos

Las fibras naturales (vegetales) son biodegradables y, tras los tratamientos superficiales, desarrollan propiedades mec�nicas cercanas a las de las fibras sint�ticas. En virtud de esto, forman una clase importante de refuerzos fibrosos para compuestos polim�ricos reforzados con fibras. Estos compuestos, a su vez, permiten el desarrollo de componentes tribol�gicos con excelentes propiedades de desgaste, fricci�n y lubricaci�n que encuentran numerosas aplicaciones en la industria, particularmente en el sector de la automoci�n (Chand & Fahim, 2020). Adem�s, el tratamiento de fibra y la orientaci�n de la fibra son dos factores importantes que pueden afectar a las propiedades tribol�gicas donde las fibras tratadas y las fibras orientadas normales exhiben una mejor fricci�n y comportamiento de desgaste (Upadhyay & Kumar, 2021).

 

Articulaciones adhesivas

Las articulaciones adhesivas experimentales hechas de compuestos polim�ricos h�bridos naturales, sint�ticos e interlaminares reforzados con fibra. Se encontr� que la carga de falla de las articulaciones de adherencia h�brido de yute/vidrio aument� aumentando el n�mero de capas sint�ticas externas es decir, la carga de falla de la articulaci�n h�brida de 3 capas aument� en un 28,6% en comparaci�n con la articulaci�n h�brida de 2 capas y alcanz� la eficiencia de las articulaciones de adherencia sint�tica pura debido al compromiso �ptimo entre la propiedad del material adherente y un estado de tensi�n de la uni�n de uni�n disminuido (de Queiroz et al., 2021).

 

Caracter�sticas de amortiguamiento

Azammi et al., (2020) investigaron del efecto del tratamiento alcalino de hidr�xido de sodio (NaOH) sobre las propiedades viscoel�sticas del an�lisis mec�nico din�mico (DMA) de los compuestos de caucho natural (NR) relleno de fibra de kenaf / poliuretano termopl�stico (TPU). En cuanto a las propiedades f�sicas, los composites con la mayor cantidad de NR muestran los mejores resultados, lo que indica una buena adherencia de la fibra. Los compuestos polim�ricos con la mayor cantidad de TPU muestran las propiedades de amortiguaci�n m�s altas a alta temperatura.

 

Parachoques

La selecci�n de materiales de alto rendimiento para el desarrollo de haz de parachoques compuesto automotriz de mejora a las propiedades de impacto. Las propiedades de menor impacto se dedujeron de la evaluaci�n mec�nica de las diversas investigaciones utilizando fibra natural h�brida como una limitaci�n importante en comparaci�n con los termopl�sticos de alfombra de vidrio convencional y los termopl�sticos reforzados con fibra larga utilizados como material t�pico de haz de parachoques. El uso de varios modificadores como endurecedores no ha sido capaz de lograr una fuerza comparable con GMT y LFRT (Adesina et al., 2019).

 

Accesorios

Se investiga la cabuya como material de refuerzo con matriz poli�ster para retrovisores de un veh�culo, para el cual se fabric� un molde base. Sobre el molde se realizar� el aplicado y moldeado del retrovisor utilizando la fibra de cabuya y una resina poli�ster. Las mezclas de octoato de cobalto y per�xido de metil-etilcetona (MEKP) con la fibra natural reducen considerablemente el peso; el costo de manufactura se ve reducido aproximadamente en un 40 % debido a la facilidad de manejo de la fibra y la adquisici�n de este material (Pruna et al., 2020).

Las alfombras automotrices moldeadas con dise�o de terciopelo hechas de fibras de tereftalato de polietileno (PET) recicladas mediante un proceso de punzonado se evalu� que las fibras recicladas de los residuos de botellas utilizadas en el estudio tienen menor tenacidad y mayor alargamiento que las fibras de PET virgen. Los resultados mostraron que las alfombras fabricadas con 85% de rPET \ alpha + \ sim 15% de PET bicomponente ten�an un rendimiento casi igual en t�rminos de p�rdida de fibra y apariencia de alfombra con alfombras que constaban de 80% de PET \ alpha + \ sim 20% de PET bicomponente. Las alfombras hechas de fibras de PET recicladas ofrecen al fabricante bajos costos de materia prima (Atakan et al., 2018).

Las telas de tapicer�a de autom�viles pueden mejorarse mediante el uso de mezclas con diferentes contenidos de meta aramida, se prob� diferentes proporciones de mezcla de hilos de lana y meta aramida resistentes a las llamas. Adem�s, los valores de permeabilidad al aire de estos tejidos aumentaron con el aumento del contenido de meta-aramida en la mezcla. Las mezclas que contienen 25% de fibra de meta-aramida exhibieron los mayores incrementos en los valores de permeabilidad al aire de los tejidos. Adem�s, se encontr� que la mezcla de 25% de meta aramida y 75% de fibra de lana era la proporci�n de mezcla �ptima en t�rminos del tiempo total de combusti�n despu�s de la eliminaci�n de la fuente de ignici�n (Şardağ & T�rk, 2020). Las sedas brindan la oportunidad de fabricar compuestos de fibras naturales con alto contenido de fibra; la aplicaci�n como textiles de fibra vegetal. Descubrimos que los refuerzos de seda no solo son significativamente m�s comprimibles que los refuerzos de fibra vegetal. Al analizar la estructura de los tejidos de seda mediante microscop�a electr�nica de barrido, mostramos que la geometr�a favorable de la fibra / hilo / tejido, el alto grado de alineaci�n y dispersi�n de la fibra y las propiedades t�cnicas adecuadas de la fibra permiten un embalaje y una disposici�n �ptimos (Shah et al., 2014).

El cardanol, un componente del l�quido de c�scara de anacardo (CNSL), se utiliz� como componente b�sico para el desarrollo de una matriz termo endurecible, que fue reforzada con fibras de calabaza esponja crudas y modificadas (Luffa cylindrica) (Balaji et al., 2019). Los resultados de DSC y TG mostraron que entre los biocomposites, el reforzado con fibras de calabaza esponja tratadas con NaOH 10% en peso (BF10) tuvo la mayor estabilidad t�rmica, adem�s del mejor desempe�o en la prueba de tracci�n, mostrando buena incorporaci�n, dispersi�n y adherencia al pol�mero matriz. Despu�s de 80 d�as de experimentos de suelo simulado, se descubri� que la presencia de fibra tratada permit�a un mejor comportamiento de biodegradabilidad a los biocompuestos (Silva et al., 2016).

La investigaci�n de las carillas de madera natural despu�s de la exposici�n ultravioleta (UV) para materiales interiores automotrices se define que el tratamiento con 2% NaClO fue la mejor condici�n en este estudio para contra el cambio de color y la foto degradaci�n causada por la luz UV. A trav�s de la mejorara de la estabilidad del color destruyendo las estructuras de lignina. Sin embargo, se observ� que el 3% de la condici�n de NaClO causaba da�os superficiales, aunque esta condici�n de tratamiento ten�a el mejor efecto en la foto protecci�n (Park et al., 2018). Tambi�n los paneles de puertas interiores deben cumplir los siguientes requisitos: simplicidad de construcci�n, facilidad de fabricaci�n, colocaci�n de materiales y bajo costo. Donde los datos experimentales indican que los materiales procesados con fibras naturales (fibras de yute-kenaf) tienen un mejor rendimiento mec�nico global (Berrezueta & M�ndez, 2017).

 

Impresi�n 3D

Los materiales compuestos y la fabricaci�n por impresi�n 3D son en la actualidad una alternativa en la fabricaci�n de autopartes. La caracterizaci�n del material compuesto con matriz de resina foto polim�rica reforzada con fibras naturales de abac� y cabuya fabricados por impresi�n 3D, para esto se seleccion� la rejilla direccional del ducto de aire acondicionado de un automotor (Llanes-Cede�o et al., 2019). Tambi�n el potencial del filamento compuesto PLA reforzado con fibra natural y fibra de kenaf (KF) para la tecnolog�a de impresi�n 3D de modelado de deposici�n fusionada (FDM) se aplica cada vez m�s. Adem�s, surgen algunas preocupaciones para lograr la sostenibilidad a largo plazo y la aceptabilidad del mercado de los filamentos compuestos KF/PLA (Lee et al., 2021).

 

Sistema de frenos

La sustituci�n de materiales de freno de primera generaci�n (amianto) por compuestos polim�ricos a base de fibra org�nica. Los usos de fibras org�nicas y rellenos como lino, basalto, coco, c�scara de grano de palma, c�scara de periwinkle y hoja de pi�a, etc., se estudian como una alternativa a los materiales a base de amianto para las pastillas de freno. Tambi�n se estudian diferentes combinaciones de fibras org�nicas con diferentes aglutinantes como resina fen�lica, poli�ster y epoxi, etc. y se revisa su influencia en el comportamiento de las pastillas de freno (Kumar et al., 2019).

 

Sensores Electr�nicos

Los sensores son fuertemente aplicados en la industria, el sensor de fibra �ptica basado en textiles, se analiz� el efecto de la cubierta de los asientos automotrices, incluido el material facial y el respaldo de espuma en el rendimiento de un sensor. Seg�n los resultados de Qwiknet, los resultados de predicci�n para los conjuntos de datos de entrenamiento y pruebas fueron del 75 y 83,33%, respectivamente (Haroglu et al., 2017).

 

Conclusiones y recomendaciones

A partir del estudio de la literatura de las fibras naturales y sus aplicaciones en el �rea automotriz, se pueden mencionar los siguientes datos relevantes:

Las fibras naturales m�s importantes y su aplicaci�n automotriz han contribuido considerablemente en la composici�n, las propiedades, y el costo, as� como al avance tecnol�gico de la industria

En las aplicaciones automotrices se requiere algunos detalles en t�rminos de sus propiedades f�sicas y mec�nicas, y sus propiedades de resistencia a los choques como energ�ticos, aqu� se presenta en base a muchos ejemplos interesantes sobre diferentes materiales y procesos de fabricaci�n que se han propuesto en datos publicados.

Los materiales para utilizar como el bio-compuesto h�brido puede ser un reemplazo prometedor del compuesto NFRP para aplicaciones de menor y mayor carga en las industrias automotrices y, por lo tanto, modificar el proceso para reducir el tiempo de fabricaci�n y definitivamente conducir al uso de compuestos m�s sostenibles y biodegradables.

 

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� 2020 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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