Revista Polo del Conocimiento


Polo del Conocimiento

 

Aplicaciones en la industria automotriz de materiales reforzados con fibra natural

 

Applications of materials reinforced with natural fiber in the automotive area

 

Aplicaes na indstria automotiva de materiais reforados com fibra natural

 

 

Andres Moreno-Constante I

[email protected]

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

 

Abel Remache-Coyago II

[email protected]

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

 

 

Correspondencia: [email protected]

Ciencias tcnicas y aplicadas

Artculo de investigacin

 

*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 Ingeniera 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 Ingeniera Y Ciencias Aplicadas, Quito, Ecuador.


Resumen

La preocupacin por el agotamiento de las reservas de combustibles fsiles, el aumento del calentamiento global ha llevado a una mayor investigacin sobre la sustitucin de fibras sintticas por fibras naturales, y la cantidad de investigacin sobre fibras naturales tiene un papel importante que desempear hacia un futuro sostenible y respetuoso con el medio ambiente. Adems, los productos a base de fibras naturales se han incrementado sustancialmente. En este artculo se aplic la metodologa PRISMA para la revisin de la literatura disponible, que permite identificar artculos relevantes basados en fibras naturales y su aplicacin en la industria automotriz, a partir de bases de datos reconocidas. Se brind el enfoque para identificar los elementos formados en el automvil como indicadores utilizados por los autores para este anlisis. Algunas propiedades requeridas por simulacin se han obtenido de la literatura, como las propiedades fsicas y mecnicas de los materiales conformados para este tipo de aplicaciones automotrices y mltiples soluciones. En este documento, se presenta una revisin de las aplicaciones actuales de los compuestos de fibras naturales en diferentes usos dentro del automvil junto con alguna informacin sobre el alcance futuro de la investigacin en la industria.

Palabras clave: Fibra natural; automotor; polmero; aplicaciones; fabricacin.

 

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 traduccin

As preocupaes com o esgotamento das reservas de combustvel fssil, o aumento do aquecimento global levaram a novas pesquisas sobre a substituio de fibras sintticas por fibras naturais, e a quantidade de pesquisas sobre fibras naturais tem um papel importante a desempenhar em relao ao futuro. meio Ambiente. Alm disso, os produtos base de fibras naturais aumentaram substancialmente. Neste artigo, a metodologia PRISMA foi aplicada para revisar a literatura disponvel, o que permite identificar artigos relevantes baseados em fibras naturais e sua aplicao na indstria 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 anlise. Algumas propriedades exigidas por simulao foram obtidas na literatura, como as propriedades fsicas e mecnicas de materiais moldados para este tipo de aplicaes automotivas e solues mltiplas. Neste documento, apresentada uma reviso das aplicaes atuais dos compostos de fibra natural em diferentes usos dentro do automvel, juntamente com algumas informaes sobre o escopo futuro da pesquisa na indstria.

Palavras-chave: Fibra natural; automotivo; polmero; Formulrios; manufatura.

 

Introduccin

Desde las ltimas dos dcadas, muchos investigadores se han reorientado en el uso de fibras naturales, como refuerzos para materiales estructurales polimricos. Mucho antes de hace un siglo, la gente de muchos pueblos pequeos 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 presin para reducir las emisiones y mejorar la economa media de combustible de sus modelos de vehculos. Esto abordar tanto los esfuerzos para mitigar el cambio climtico como las enormes facturas de importacin de petrleo (Cueva Snchez et al., 2018). El cambio climtico 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 concienciacin sobre los problemas ambientales ha llevado a un creciente inters de los investigadores compuestos en el uso de materiales "ms verdes" para reemplazar los refuerzos de fibra sinttica y matrices de polmeros petroqumicos. Los compuestos termoplsticos a base de bioplsticos a base de fibra natural podran ser una opcin adecuada con ventajas que incluyen la reduccin de los impactos ambientales, el uso de recursos renovables y el reciclaje (Qin et al., 2020). En comparacin con la fibra sintetizada, la fibra natural ofrece varias ventajas en trminos de biodegradabilidad, peso ligero, bajo precio, superioridad en el ciclo de vida y propiedades mecnicas satisfactorias. Sin embargo, las caractersticas inherentes de las fibras naturales a base de plantas han presentado desafos para el desarrollo y la aplicacin de NFRC, como calidad de fibra variable, propiedades mecnicas limitadas, absorcin de agua, baja estabilidad trmica, incompatibilidad con matrices hidrfobas y propensin a la aglomeracin (Li et al., 2020; Mansor et al., 2021 de Queiroz et al., 2021; Quitiaquez et al., 2020).

Fig 1

Figura 1: Clasificacin 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 vehculo 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 tecnologa patentada de tejidos no tejidos. Hay ms de 1000 especies de biofibras que pueden usarse como refuerzos en compuestos polimricos, algunos ejemplos son: lino, kenaf, yute, hoja de cocotero, sisal, ramio, palma, cscara de mar, vakka, pasto elefante, hoja de abac fibra, harina de tallo de girasoles, y raquial, adems de fibras orgnicas. Como se aprecia en la figura 1 (Kandola et al., 2018; (Briceo-Martnez et al., 2019); (Vadiraj et al., 2019).

En este trabajo se propone revisar las innovaciones tecnolgicas actuales que exigen la mejora continua en la implementacin de fibras naturales en las aplicaciones automotrices. Por otro lado se aprecia las tcnicas computacionales dedicados a modelar y analizar las caractersticas que influyen en las propiedades mecnicas de los compuestos (Mulenga et al., 2021). As como tambin se discuten las soluciones tcnicas a los problemas tradicionales del procesamiento de compuestos de fibra natural, la mejora de las propiedades de traccin, la durabilidad, la estabilidad trmica y la mejora de la incompatibilidad interfacial (Todkar & Patil, 2019).

 

Metodologa

 

Tabla 1: Estructura de bsqueda segn palabras claves y bases de datos de revisin

Palabras Clave

Base de Datos

Encontrados

Seleccionados

Porcentaje

Natural fiber, Polymer, natural fibres, thickness, automotive

Science Direct

14

9

12%

Automotive, natural fiber, natural fibre, polymer, Thickness

Taylor and Francis Online

5

3

4%

Natural fiber, Polymer, natural fibres, thickness, automotive

Springer LINK

10

6

8%

Automotive, natural fiber, natural fibre, polymer

Taylor and Francis Online

9

7

9%

Natural fiber, natural fibre, thickness, Polypropylene, automotive

Science Direct

7

3

4%

Natural fiber, natural fibre, thickness, epoxy, automotive

Science Direct

11

6

8%

Automotive, natural fiber, natural fibre, epoxy

Taylor and Francis Online

4

4

6%

natural fibre, polymer

SCIELO

1

1

1%

Polypropylene, automotive

SCIELO

2

1

1%

Natural fiber, automotive, polymer

DIALNET

2

1

1%

Natural fiber, automotive

DIALNET

4

2

3%

Natural fiber, Polypropylene, automotive

Applied Sciences

26

11

15%

Natural fiber, Polypropylene, automotive, thickness

Applied Sciences

5

2

3%

Natural fiber, Polypropylene, automotive

SAGE Journals

5

5

8%

natural fiber, automotive, polypropylene

Microsoft academic

10

10

14%

 

natural fiber, automotive

REDIB

2

2

3%

Total

117

73

100%

Fuente: Autor

 

La declaracin PRISMA es vlida para cualquier revisin sistemtica con independencia del tema, en este documento aporta en la bsqueda, identificacin, seleccin y evaluacin objetiva de los documentos seleccionados a partir de los resultados obtenidos de los estudios concluidos (Maldonado-Pez et al., 2020). De esta manera se elabor un mapeo sistemtico de la literatura definiendo temticas que influyen entre s relacionando la caracterizacin 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 vehculo y su eficiencia en la aplicaciones de cada tipo (Cueva Snchez et al., 2018). Para orientar el mapeo sistemtico se definieron las siguientes preguntas de investigacin: 1) Cul es el tipo de fibras aplicadas debido a sus caractersticas (forma, tipo, control) presenta mejor rendimiento?; 2) Cmo la fibra natural influye en la composicin del material? 3) Qu propiedades se modifican con el fin de optimizar su aplicacin?

Los textos seleccionados han sido publicados entre 2016 y 2021. Para llevar a cabo la bsqueda se emplearon las bases de datos de Science Direct, Taylor and Francis Online, Applied Sciences, estas entre las ms importantes y se muestra su detalle en Tabla 1. Esto implic la bsqueda en 8 base de datos obteniendo un total de 136 documentos con los parmetros de bsqueda antes mencionados. Se seleccionaron los documentos que cumplieron con los siguientes criterios de inclusin: artculos de revistas, artculos cientficos, documentos de conferencias internacionales, salvo que el ttulo y el documento aporten significativamente al presente trabajo (Karolys et al., 2019). A nivel de criterios de exclusin se separ los documentos que pese a incluir las palabras claves el ttulo y el tema del documento no era un anlisis tcnico que involucra pruebas y resultados tcnicos. Finalmente se analiz 73 documentos para el desarrollo de la investigacin, donde se resumen en la figura 1.

 


Figura 2: Resumen revisin literaria para artculo.

Fuente: Autor

 

Caracterizacin del compuesto de polmero reforzado con fibra natural (NFRP)

Los materiales compuestos tienen excelentes propiedades que ahora se utilizan en todas las aplicaciones de ingeniera, esto se debe a sus caractersticas de peso ligero y propiedades mecnicas superiores (Sharma et al., 2020). Godara et al. (2021) menciona que los compuestos de polmeros de fibra de vidrio y yute son ampliamente utilizados. Segn Arun et al., (2020) establece que varias fibras naturales como el yute, el sisal, el lino y el camo se han utilizado como material de refuerzo con el polmero para formar los compuestos NFRP, en la tabla 2 se aprecia varias aplicaciones. Donde se propone un compuesto polimrico 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

Fabricante

Aplicaciones

BMW

Paneles de puertas, paneles de techo, forros de maletero, respaldos de asientos, paneles de aislamiento acstico, pies moldeados y revestimientos de pozos

Audi

Respaldo del asiento del cup, panel de las puertas, forro del maletero, perchero y forro de la llanta de repuesto

Ford

paneles de puerta Focus, pilares B y revestimiento del maletero

Mercedes-Benz

Cubierta interna del motor, aislamiento del motor, visera solar, aislamiento interior, parachoques, caja de ruedas y cubierta del techo

TOYOTA

Paneles, respaldos de asientos y cubierta de llanta de refaccin

Volkswagen

Paneles de puertas, respaldos de asientos, panel de acabado de la tapa del maletero y revestimiento del maletero

Fuente: (Abuthakeer et al., 2016).

 

Por otro lado, en el moldeo por transferencia de resina asistida por vaco (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 flexin especfica a lo largo de la direccin principal del tejido sobre el laminado de vidrio / epoxi. Se descubri que el aumento es perceptible en relacin a la energa de rotura y la resistencia al cizallamiento interlaminar (Hamidi et al., 2018). Bajo el mismo el mtodo de moldeo (VARTM) utilizando matriz epoxi reforzada con fibra natural. Los resultados muestran que la adicin 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 trmicos y mecnicos, como alternativa utilizados en el interior del vehculo (Karacor & zcanli, 2020).

Se estudi la impregnacin de hidrxido de magnesio (MH) a las fibras de kenaf y la fabricacin de compuestos utilizando la tecnologa de moldeo de transferencia de resina de bolsa de vaco (VBRTM). El mdulo de ruptura y resistencia a la traccin de los compuestos modificados se increment significativamente en un 73,9% y un 54,6% en comparacin con el de los NFRCs regulares. Adems, se encontr que la impregnacin de MH mejor significativamente la compatibilidad de las fibras de kenaf y la matriz de polmeros (Wu et al., 2018).

En general, se encontr que al combinar las propiedades nicas de las nano fibras de celulosa (CNF) con el alcohol polivinlico (PVA) para obtener nanocompuestos de alto rendimiento. Se constat que el CNF era capaz de mejorar la resistencia a la traccin de PVA en un 85% cuando se aadieron el 4,50 % del CNF, lo que indica que el CNF posea propiedades mecnicas intrnsecas significativamente ms altas que las fibras microdimensionadas (Tarrs et al., 2020).

El polietileno de alta densidad (HDPE) se propuso en el moldeo de los composites se realiz en una prensa hidrulica mediante un proceso de prensado en caliente, utilizando un molde metlico., los resultados, se puede enfatizar que el HDPE injertado con tejido de fibra de yute fue importante para la interaccin de los materiales y que el uso de 10% de HDPE injertado fue suficiente para producir una adhesin adecuada de fibras interfaciales / matriz, lo que result en una resistencia a la flexin adecuada (Maciel et al., 2018). Por otro lado, la caracterizacin del comportamiento del estireno de acrilonitrilo butadieno (ABS), poliestireno de alto impacto (HIPS) y polietileno de alta densidad (HDPE) reforzado con fibras cortas de pltanos de Canarias y con diferentes porcentajes para su aplicacin en procesos de moldeo. Donde mejora en el estrs flexural mximo al aumentar el contenido de fibra en los compuestos (Kusić et al., 2020). Las lminas compuestas fueron fabricadas inicialmente utilizando telas de fibra de camo (taffeta y serge 21) y lminas de polipropileno. Durante la carga se observ un comportamiento no lineal debido al patrn de tejido desequilibrado de la tela. De esto se extrae que, a alta temperatura, el polmero se suaviza y los refuerzos de fibra se desmontan lo que resulta en una disminucin en las propiedades mecnicas (Antony et al., 2021).

El Tucum extrada de las hojas de la palmera amaznica Astrocaryum vulgare, se investiga como adherencia interfacial con matriz epoxi. La fibra present una longitud crtica de 6,30 mm, con resistencia al corte interfacial de 2,73 MPa. Los compuestos aumentaron la resistencia a la traccin en un 104% y el impacto Izod absorbido energa en un 157% en comparacin con el epoxi simple, mientras que el rendimiento balstico del 20% vol. los compuestos de fibra de tucum aumentaron 150% (Oliveira et al., 2020).

En la investigacin realizada por Pandey et al., (2016) se presenta seis combinaciones de lino, camo y fibra de vidrio para un sistema de refuerzo hbrido en un compuesto de poliuretano (PU). Por otro lado, la fibra de basalto, debido a su alta resistencia a la traccin y mdulo, se considera para un hbrido con la resina de polister. La importancia relativa se discute sometiendo el compuesto de polmero hbrido desarrollado a un comportamiento dinmico, los diversos parmetros como la forma del modo, el factor de amortiguacin, la frecuencia, la aceleracin y la fuerza (Santosh Gangappa & Sripad Kulkarni, 2021). Segn 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 mecnico a traccin en un 7,7% respecto al material comnmente utilizado. Tambin el esfuerzo a la traccin y la deformacin axial de la mejor combinacin del material fue FL-30%.

En la simulacin de moldeo por inyeccin comercial para polipropileno reforzado con fibra de sisal moldeadas por inyeccin. El uso de μ-CT y LMM permite medir la orientacin de la fibra en diferentes capas a lo largo del espesor de la placa y detectar un efecto de caparazn-ncleo. La orientacin encontrada con el μ-CT se correlaciona bien con la simulacin de moldeo por inyeccin desarrollada para polipropileno reforzado con fibra de sisal (Albrecht et al., 2017). Por otro lado, se estudi un modelo de pruebas de traccin 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: Comparacin de resultados experimentales / de software, varios NFRP

 

Material

Desplazamiento

(mm)

Deformacin

(mm / mm)

Esfuerzo

(MPa)

Ensayo experimental

Simulacin de software

Error (%)

Tejido de carbono

2,56

2,56

0,03

2,13

2,52

18,08

231,43

233,61

0,94

Ensayo experimental

Simulacin de software

Error (%)

Lino

2,70

2,70

0,12

2,25

2,54

12,78

87,64

85,27

2,70

Ensayo experimental

Simulacin de software

Error (%)

Yute

3,74

3,75

0,26

3,12

3,42

9,58

50,62

50,65

0,06

Ensayo experimental

Simulacin de software

Error (%)

Basalto

7,88

8,03

2,06

6,55

6,72

2,53

392,11

392,37

0,06

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

 

Estructuras de los vehculos

Los desarrollos de compuestos agrcolas para aplicaciones estructurales como la automotriz han ganado un enorme inters por parte de los investigadores debido a la singularidad de sus comportamientos. Entre las fibras agrcolas disponibles, la fibra de kenaf ampliamente adoptada como refuerzo en compuestos polimricos a travs de la tcnica de hibridacin se introdujo para mejorar el rendimiento mecnico de los materiales (Yusuff et al., 2021). Las propiedades hidrfilas e hidrfobas de las fibras y polmeros naturales, respectivamente, provocan una interaccin de unin deficiente en la interfaz. El modelo tradicional de retardo de cizallamiento se utiliz popularmente para estudiar el mecanismo de transferencia de tensin 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 direccin longitudinal y la forma irregular de la seccin transversal de las fibras (Lau et al., 2018).

La propagacin 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 mtodos considerados fueron capaces de capturar los modos de onda simtrica y antisimtrica para todas las configuraciones de material. Adems de esto, se intent excitar la tira hbrida a mayor frecuencia y el estudio revel el potencial de capturar todos los modos de onda existentes (Barouni & Rekatsinas, 2021). Se haba explorado la fibra kenaf para mejorar las propiedades mecnicas deseadas como componentes estructurales automotrices, como ejemplo se aprecia en la tabla 4. Adems, el uso de un agente de acoplamiento y un plastificante tambin puede aumentar la unin adhesiva de matriz de fibra (Hassan et al., 2017).

 

Tabla 4: Composicin De Fibra Kenaf

Composicin

Hallazgos

Fibra de kenaf trenzada LFRT (TKLFRT) y LFRT

Aumento del rendimiento de las vigas

Kenaf con bioresina de poli (alcohol furfurlico) PFA

Buen comportamiento de amortiguacin

Telas no tejidas de fibra de kenaf y ramio. Con aglutinante: PVA y Acrlico

copolmero

Mejora el rendimiento compuesto trmico y mecnico.

propiedades

Kenaf con PLA

Buena esttica y resistencia

Fuente: (Hassan et al., 2017).

 

Absorcin de energa

Albahash y Ansari (2017) aplica un procedimiento experimental para investigar el efecto del uso de fibra de yute y se consigue que la absorcin de energa aumenta en un 17,75% y la absorcin de energa especfica aumenta en un 25,122% en el caso de tubo circular de 50 mm de dimetro. En el caso de tubo cuadrado con una longitud lateral de 50 mm, los resultados se mejoran en un 62,764% para la absorcin de energa y un 58,942% para la absorcin de energa especfica. Yusof et al., (2020) realizaron una investigacin para desarrollar un diseo conceptual de la caja de choque automotriz compuesta por polmero de palma aceite (ACB). El diseo con el ranking ms alto (26,6 %) fue elegido el diseo conceptual final, que fue el que tena una estructura de panal para el perfil ms externo, reforzado con una estructura de tela de araa dentro de la pieza, apoyado por la estructura de espuma de fibra extrada del tejido esponja de pjaro carpintero en el centro para maximizar la capacidad de absorcin de energa. El nuevo diseo podra resolver el problema del colapso de flexin durante la colisin. (Yusof et al., 2020).

Estudios elaborados por Lpez-Alba et al. (2018) sobre dos tejidos diferentes (sarga y lpulo) hechos de fibras de lino, as como una alfombra no tejida hecha de una mezcla de fibras de camo y kenaf. En el caso del anlisis cuasi esttico se observa un incremento del 20% en el valor SEA cuando se emplea el refuerzo tejido de la tela Hopsack. La influencia de la configuracin de tejido (Hopsack) parece ser ms estable contra los efectos de pandeo a bajas tasas de carga con valores SEA un 10% ms altos. Se observ un aumento del nivel SEA de hasta el 72% para la matriz PLA en comparacin con la matriz HD-PE. Segn Haghdan y Smith (2015), la identificacin de los mecanismos de fractura dominantes de los compuestos de madera / polister. Por tanto, el aumento del espesor del laminado de madera / polister mejor su capacidad de absorcin de energa, pero redujo notablemente el mdulo de compresin del laminado.

 

Barra antivuelco

Segn Mastura et al., (2017a) propone un nuevo diseo conceptual como principal modificacin son los brazos cnicos reforzados con una costilla de esquina para endurecer la estructura del diseo. Esto podra resolver el problema de la concentracin de tensin, 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 hbrido, la fibra de palma azucarera es la fibra que mejor puede satisfacer los requisitos de diseo, con el 21,51 % de la puntuacin total, seguida del kenaf, que obtuvo el 20,18 %. Por ltimo, se compararon ambas fibras para la evaluacin del ciclo de vida y los resultados muestran que la palma azucarera tiene un impacto un 10 % menor.

 

Sistemas internos y absorcin acstica

En general, los textiles acsticos utilizados para controlar el ruido en los vehculos deben proporcionar reduccin de transmisin en el aire, amortiguacin y absorcin de sonido. Sin embargo, el uso de textiles acsticos en vehculos no slo depende de sus propiedades acsticas, sino tambin de caractersticas adicionales. La seleccin de un material en particular tambin est determinada por su relacin entre rendimiento y coste. Los textiles acsticos empleados para reducir el ruido y las vibraciones se utilizan individualmente o como componentes de materiales compuestos complejos que son un rea interesante de investigacin (Arenas, 2016). La investigacin de Gu et al., (2017) se prepararon muestras no tejidas incrustadas de Kenaf mezcladas con polipropileno y fibras d PET de bajo punto de fusin mediante un proceso de punzonado con agujas. El coeficiente de absorcin acstica de la muestra de tela no tejida dependa en gran medida del peso y el grosor de la tela no tejida y el coeficiente de correlacin estaba por encima de 0,83, respectivamente. Tambin se vio afectado por el dimetro de los poros, es decir, la tela no tejida de bajo tamao de poro mostr un alto coeficiente de absorcin acstica, que fue causado por la alta profundidad de la aguja y la alta relacin de mezcla del PET de baja fusin.

Se investig el efecto de las fibras naturales obtenidas para la preparacin de compuestos de algodoncillo, pasto kusha, sisal, pltano y heno mezclado con polipropileno 10:90 (% en peso). El aumento de espesor no es eficaz a frecuencias de absorcin acstica ms altas. El microscopio electrnico 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 ms adecuados para piezas interiores en la industria automotriz considerando varios criterios de evaluacin simultneamente. 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 evaluacin generales. Se encontr que los compuestos de fibra de palmera datilera / polipropileno eran potenciales considerando todos los criterios de evaluacin (AL-Oqla et al., 2015).

Segn Park y Lee (2021) evaluaron la correlacin entre el ruido y la variacin de friccin. Las pruebas se llevaron a cabo utilizando muestras de cabezales y paneles cortados del vehculo real. Para investigar el efecto de la variacin de friccin y la aceleracin en el ruido causado por el resbaln, la carga se cambi de 800g a 4900g (7,85 N a 48.05 N) y la amplitud del desplazamiento. Luffa cylindrica, tambin llamado calabaza de luffa o esponja de luffa, es una fibra natural que tiene un slido potencial como aislamiento de vibraciones, absorcin de sonido, embalaje, etc. La hibridacin de luffa NFC con otras fibras naturales o sintticas, por ejemplo, vidrio, carbono, cermica, lino, yute, etc., puede mejorar las propiedades. Sin embargo, las fibras de luffa han exhibido una compatibilidad profunda con la matriz epoxi para esta aplicacin (Alhijazi et al., 2020).

 

 

Confort Trmico

El aislamiento trmico de la cabina de accionamiento ofrece una solucin prometedora. Por lo tanto, las simulaciones computacionales de dinmica de fluidos se emplean para analizar el escenario de transferencia de calor conjugado complejo existente. Una investigacin ms detallada utilizando estos modelos numricos proporcion una visin de la comprensin 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 trmico 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 compresin y en comparacin con los plafones falsos disponibles comercialmente. Los compuestos tenan el mejor retardo de llama de V0, conductividad trmica en el rango de 0.058-0.083 W/mK y absorcin de ruido en coeficiente de hasta 0.86. Los compuestos lana-PP tuvieron una excelente estabilidad trmica hasta 250C con una prdida de peso tan baja como el 1,2% (Guna et al., 2019).

 

Mecanizado de compuestos de plstico reforzado con fibras naturales

Chegdani et al., (2018) investiga el efecto trmico sobre la maquinabilidad de compuestos de polipropileno reforzado con fibras de lino unidireccionales (UDF / PP) con respecto a la geometra de contacto de corte. Esta maquinabilidad tambin se mejora cortando con un ngulo de ataque positivo ms pequeo 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 orientacin de la fibra natural en la maquinabilidad de los compuestos NFRP utilizando el modelo Merchant para separar la energa de cizallamiento de la energa de friccin. Por tanto, la orientacin de la fibra afecta significativamente las energas de cizallamiento y friccin que controlan el comportamiento de corte y la formacin 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 tribolgicos del mecanizado NFRP con herramienta DCH. Donde los bordes de corte estn recubiertos con una capa delgada de PVD-TiAlN para asegurar un radio de borde de corte bajo. El diseo funcional del DCH genera un comportamiento de desgaste de la herramienta especfico donde los mecanismos de desgaste difieren en cada orientacin de la hlice de corte.

 

Componentes tribolgicos

Las fibras naturales (vegetales) son biodegradables y, tras los tratamientos superficiales, desarrollan propiedades mecnicas cercanas a las de las fibras sintticas. En virtud de esto, forman una clase importante de refuerzos fibrosos para compuestos polimricos reforzados con fibras. Estos compuestos, a su vez, permiten el desarrollo de componentes tribolgicos con excelentes propiedades de desgaste, friccin y lubricacin que encuentran numerosas aplicaciones en la industria, particularmente en el sector de la automocin (Chand & Fahim, 2020). Adems, el tratamiento de fibra y la orientacin de la fibra son dos factores importantes que pueden afectar a las propiedades tribolgicas donde las fibras tratadas y las fibras orientadas normales exhiben una mejor friccin y comportamiento de desgaste (Upadhyay & Kumar, 2021).

 

Articulaciones adhesivas

Las articulaciones adhesivas experimentales hechas de compuestos polimricos hbridos naturales, sintticos e interlaminares reforzados con fibra. Se encontr que la carga de falla de las articulaciones de adherencia hbrido de yute/vidrio aument aumentando el nmero de capas sintticas externas es decir, la carga de falla de la articulacin hbrida de 3 capas aument en un 28,6% en comparacin con la articulacin hbrida de 2 capas y alcanz la eficiencia de las articulaciones de adherencia sinttica pura debido al compromiso ptimo entre la propiedad del material adherente y un estado de tensin de la unin de unin disminuido (de Queiroz et al., 2021).

 

Caractersticas de amortiguamiento

Azammi et al., (2020) investigaron del efecto del tratamiento alcalino de hidrxido de sodio (NaOH) sobre las propiedades viscoelsticas del anlisis mecnico dinmico (DMA) de los compuestos de caucho natural (NR) relleno de fibra de kenaf / poliuretano termoplstico (TPU). En cuanto a las propiedades fsicas, los composites con la mayor cantidad de NR muestran los mejores resultados, lo que indica una buena adherencia de la fibra. Los compuestos polimricos con la mayor cantidad de TPU muestran las propiedades de amortiguacin ms altas a alta temperatura.

 

Parachoques

La seleccin 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 evaluacin mecnica de las diversas investigaciones utilizando fibra natural hbrida como una limitacin importante en comparacin con los termoplsticos de alfombra de vidrio convencional y los termoplsticos reforzados con fibra larga utilizados como material tpico 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 polister para retrovisores de un vehculo, 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 polister. Las mezclas de octoato de cobalto y perxido 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 adquisicin de este material (Pruna et al., 2020).

Las alfombras automotrices moldeadas con diseo 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 tenan un rendimiento casi igual en trminos de prdida 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 tapicera de automviles 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. Adems, 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. Adems, se encontr que la mezcla de 25% de meta aramida y 75% de fibra de lana era la proporcin de mezcla ptima en trminos del tiempo total de combustin despus de la eliminacin de la fuente de ignicin (Şardağ & Trk, 2020). Las sedas brindan la oportunidad de fabricar compuestos de fibras naturales con alto contenido de fibra; la aplicacin como textiles de fibra vegetal. Descubrimos que los refuerzos de seda no solo son significativamente ms comprimibles que los refuerzos de fibra vegetal. Al analizar la estructura de los tejidos de seda mediante microscopa electrnica de barrido, mostramos que la geometra favorable de la fibra / hilo / tejido, el alto grado de alineacin y dispersin de la fibra y las propiedades tcnicas adecuadas de la fibra permiten un embalaje y una disposicin ptimos (Shah et al., 2014).

El cardanol, un componente del lquido de cscara de anacardo (CNSL), se utiliz como componente bsico 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 trmica, adems del mejor desempeo en la prueba de traccin, mostrando buena incorporacin, dispersin y adherencia al polmero matriz. Despus de 80 das de experimentos de suelo simulado, se descubri que la presencia de fibra tratada permita un mejor comportamiento de biodegradabilidad a los biocompuestos (Silva et al., 2016).

La investigacin de las carillas de madera natural despus de la exposicin ultravioleta (UV) para materiales interiores automotrices se define que el tratamiento con 2% NaClO fue la mejor condicin en este estudio para contra el cambio de color y la foto degradacin causada por la luz UV. A travs de la mejorara de la estabilidad del color destruyendo las estructuras de lignina. Sin embargo, se observ que el 3% de la condicin de NaClO causaba daos superficiales, aunque esta condicin de tratamiento tena el mejor efecto en la foto proteccin (Park et al., 2018). Tambin los paneles de puertas interiores deben cumplir los siguientes requisitos: simplicidad de construccin, facilidad de fabricacin, colocacin 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 mecnico global (Berrezueta & Mndez, 2017).

 

Impresin 3D

Los materiales compuestos y la fabricacin por impresin 3D son en la actualidad una alternativa en la fabricacin de autopartes. La caracterizacin del material compuesto con matriz de resina foto polimrica reforzada con fibras naturales de abac y cabuya fabricados por impresin 3D, para esto se seleccion la rejilla direccional del ducto de aire acondicionado de un automotor (Llanes-Cedeo et al., 2019). Tambin el potencial del filamento compuesto PLA reforzado con fibra natural y fibra de kenaf (KF) para la tecnologa de impresin 3D de modelado de deposicin fusionada (FDM) se aplica cada vez ms. Adems, 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 sustitucin de materiales de freno de primera generacin (amianto) por compuestos polimricos a base de fibra orgnica. Los usos de fibras orgnicas y rellenos como lino, basalto, coco, cscara de grano de palma, cscara de periwinkle y hoja de pia, etc., se estudian como una alternativa a los materiales a base de amianto para las pastillas de freno. Tambin se estudian diferentes combinaciones de fibras orgnicas con diferentes aglutinantes como resina fenlica, polister y epoxi, etc. y se revisa su influencia en el comportamiento de las pastillas de freno (Kumar et al., 2019).

 

Sensores Electrnicos

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. Segn los resultados de Qwiknet, los resultados de prediccin 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 ms importantes y su aplicacin automotriz han contribuido considerablemente en la composicin, las propiedades, y el costo, as como al avance tecnolgico de la industria

En las aplicaciones automotrices se requiere algunos detalles en trminos de sus propiedades fsicas y mecnicas, y sus propiedades de resistencia a los choques como energticos, aqu se presenta en base a muchos ejemplos interesantes sobre diferentes materiales y procesos de fabricacin que se han propuesto en datos publicados.

Los materiales para utilizar como el bio-compuesto hbrido 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 fabricacin y definitivamente conducir al uso de compuestos ms sostenibles y biodegradables.

 

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