Ingeniería de confiabilidad y la industria automotriz

Existe una tendencia sostenida en el diseño automotriz para lograr una mayor confiabilidad, ya que las preferencias de los consumidores ahora favorecen la comodidad y la conveniencia. Utilizar los materiales más adecuados ayudan a prolongar la vida útil de los circuitos electrónicos y las protegen del medio ambiente, la interferencia electromagnética, fallas por temperatura y mayor resistencia a golpes e impactos. Muchas de las nuevas características son logradas gracias a la digitalización y automatización de los vehículos que ahora dependen de circuitos electrónicos para llevar a cabo diferentes procesos; Sin embargo, la transición hacia la operación automática plantea nuevos problemas para los diseñadores. La integración de múltiples sistemas digitales ahora trae nuevos desafíos relacionados con la confiabilidad. Los siguientes párrafos destacan cómo los diseñadores de automóviles pueden aprovechar la amplia cartera de productos de MG Chemicals para encontrar soluciones a estos desafíos.

Elegir el adhesivo automotriz adecuado

Los adhesivos cuentan con una amplia gama de productos que son utilizados para la unión de diversos materiales y también pueden ofrecer funciones secundarias como la disipación térmica, la retardancia de llama y el blindaje contra interferencias electromagnéticas (EMI). Los adhesivos se pueden subdividir en función de su módulo de compresión, que mide la facilidad o dificultad con que un ensamble se comprimirá cuando se someta a presión. Los adhesivos 9200, 8332 o 9310 tienen altos módulos de compresión y son ideales para pegar componentes estructurales o sellar piezas que requieren resistir golpes y vibraciones frecuentes. Estos productos mejoran la rigidez de las piezas pegadas, reducen o eliminan la necesidad de soldadura y ayudan a reducir el peso total. Los adhesivos epoxicos curan para formar un material rígido y una fuerza de adhesión muy alta. Los adhesivos especiales como nuestro ignífugo 9200FR se pueden usar para unir paquetes de baterías y materiales laminados alrededor del tren motriz en vehículos eléctricos ya que son retardantes al fuego. Los adhesivos de silicón como TSE322SK, TN8000 y TN3085 son materiales ideales para sellar, ya que su elasticidad y flexibilidad proporcionan la longevidad y la resistencia necesarias para soportar tensiones repetidas a lo largo de la junta. 

La gestión térmica es una preocupación primordial del diseño; La miniaturización de los circuitos electrónicos ha aumentado la generación de calor de los componentes, sistemas de entretenimiento del vehículo, los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADA), las unidades de control del motor (ECU), los convertidores de potencia CC-CC y los sistemas de baterías. MG Chemicals cuenta con una gama de adhesivos epoxi térmicamente conductores con tiempos de trabajo que van desde 5 minutos hasta tiempos ilimitados y con viscosidades que van desde un líquido autonivelante, hasta una pasta. La elección del adhesivo más apropiado depende de dos factores principalmente: el tiempo de curado y la viscosidad. La Tabla 1 a continuación proporciona un resumen de nuestros adhesivos térmicamente conductores junto con sus principales características.

Tabla 1: Resumen de las principales características de los adhesivos epoxicos térmo-conductores.

También se tienen adhesivos y encapsulantes de silicon para aplicaciones que requieren mayor flexibilidad para ensambles sometidos a compresión elástica repetida o para piezas que pueden requerir reparación o retrabajo en un futuro. La Tabla 2 lista los adhesivos de silicón térmicamente conductores que están disponibles.

Tabla 2: Resumen de las características clave de los adhesivos de silicona térmicamente conductores

Los adhesivos eléctricamente conductores son otro rango de adhesivos especiales que utilizan plata para ser capaces de conducir una corriente eléctrica. Estos adhesivos se utilizan principalmente como conductores eléctricos en la reparación de pistas y para pegar o sellar piezas EMI, como nuestro adhesivo 9410 que se utiliza para sellar carcasas que funcionan como protección contra interferencias de radiofrecuencia (RF).

Revestimientos protectores automotrices

Con respecto a los recubrimientos protectores para automóviles, gran parte de la discusión se centra en las capas protectoras utilizadas para preservar la pintura de la carrocería. La discusión también debe enfocarse en los recubrimientos que protejan los diversos componentes y circuitos electrónicos, asegurando la operación continua y la longevidad de los sistemas. Dentro del sector automotriz, existen expectativas de que el mercado de recubrimientos conformados alcance un crecimiento de casi dos dígitos en los próximos años (Automotive Conformal Coatings Market, 2021), debido al cambio en la demanda de los consumidores que requieren mayor seguridad y comodidad necesitando para esto de sistemas de monitoreo gobernados por la electrónica. Actualmente, los vehículos nuevos vienen equipados con sensores para los sistemas de control del aire en el vehículo (HVAC), sistemas de frenado automático (ABS), accionamiento de bolsas de aire. Las unidades de control electrónico (ECU) controlan subsistemas eléctricos como asientos de pasajeros, sincronización de válvulas, sistemas antirrobo y frenado electrónico. Los sistemas electrónicos también controlan las transmisiones de señal de alta precisión necesarias para el motor, el frenado y los sistemas de seguridad. En general, la elección del producto más adecuado a utilizar incorpora la consideración de muchas variables, entre las que destaca la exposición al medio ambiente, temperatura de operación, proceso de manufactura, etc…

Dentro de la cabina del vehículo, donde la exposición a productos químicos agresivos es mínima, los recubrimientos acrílicos termoplásticos y los recubrimientos híbridos de silicona / acrílico como nuestro 422B y 422C son ideales. Proporcionan una excelente protección contra la humedad y el polvo y se pueden quitar fácilmente para reparaciones en caso de que los componentes del circuito se dañen. Los recubrimientos termoestables como nuestros 4225 y 4200UV tienen una excelente resistencia a los disolventes y pueden soportar la exposición a sal de carretera, vapores de combustible, aceites y éteres de glicol, lo que los convierte en opciones ideales para ECU (Unidades de control electrónico). Otra consideración al elegir recubrimientos conformados es el costo; Sin embargo, los ingenieros y compradores tienden a cometer el error de extrapolar el precio en función del costo a granel del material (costo de un litro, galón, etc.). Este análisis es incorrecto ya que no considera la restricción de cobertura de las diferentes opciones de recubrimiento, por lo que es mejor evaluar el precio en términos del costo / pieza a un espesor de película seca dado. La Tabla 3 a continuación compara un recubrimiento acrílico a base de solvente con un recubrimiento curable UV utilizado para recubrir una pieza de 4 “x 6” para ayudar a ilustrar este concepto.

Tabla 3: Análisis de costos por pieza de un recubrimiento UV versus acrílico a base de solvente

En resumen, la elección del recubrimiento conformado considera muchos factores y no siempre es un proceso sencillo y lineal. Las fortalezas y debilidades de cada tipo de recubrimiento deben sopesarse frente a los requisitos y limitaciones del proyecto. La Figura 2 es una tabla de resumen que compara las principales químicas conformes.

Protección EMP para vehículos

Con una gran dependencia de los sensores y controladores electrónicos para operar, una de las mayores amenazas para el mal funcionamiento automotriz son las ondas electromagnéticas invisibles que pueden interrumpir la función del circuito, al igual una señal transmitida por un circuito puede crear un efecto no deseado en otro circuito. Los recubrimientos conformados discutidos en el párrafo anterior protegen las ECU, PCB y sensores del medio ambiente en el que operan. Mientras que los recubrimientos conductores de electricidad protegen los componentes de la interferencia eléctrica y magnética de los componentes electrónicos cercanos que pueden afectar el funcionamiento adecuado de estos. Los mismos criterios para seleccionar el recubrimiento conformado correcto se aplican a la selección de un recubrimiento conductor, donde los recubrimientos acrílicos y a base de agua son apropiados para los componentes electrónicos dentro de la cabina del vehículo. Los termoestables como los recubrimientos conductores epoxicos o el recubrimiento electro-conductor de poliuretano 842UR resisten bien la exposición química y son más adecuados para sensores y componentes cercanos al motor o en el exterior del vehículo. La reducción del ruido o la atenuación de las señales electromagnéticas entrantes es otra consideración crucial al elegir un recubrimiento, ya que mide el nivel de protección que el dispositivo recibe del recubrimiento. La efectividad de blindaje es una medida de la pérdida relativa de potencia de una señal a una frecuencia dada a medida que se mueve de un transmisor a un receptor a través de un medio. La efectividad del blindaje se mide en decibelios (dB), en donde una medición más alta indica un mayor nivel de protección. A continuación, La Figura 3 muestra el concepto básico de atenuación y compara la efectividad relativa de blindaje de recubrimientos comunes.

A diferencia de los recubrimientos conformados, que se aplican directamente sobre circuitos y componentes, los recubrimientos electro-conductores se utilizan típicamente en las casas u oficinas en el perímetro exterior; Sin embargo, hay casos en los que componentes específicos requieren blindaje (conocido como blindaje a nivel de paquete). La Figura 4 ilustra los diferentes tipos de blindaje necesarios para lograr el cumplimiento electromagnético.

Mejora de la protección mediante resinas para encapsular

La protección contra contaminantes externos que ofrecen los recubrimientos conformados se extiende a los impactos físicos utilizando resinas para encapsular con base epoxica, de poliuretano o de silicón. Estas resinas cubren tarjetas de circuitos electrónicos y sensores dentro de las carcasas y ayudan a proteger los componente, los puntos de soldadura y los dispositivos de montaje superficial (SMD) de daños físicos debido a golpes e impactos directos y del medio ambiente. Las resinas epoxi se curan logrando un acabado rígido y proporcionan la mayor protección contra impactos físicos y exposición a productos químicos agresivos. Además, sus excelentes propiedades dieléctricas los convierten en la opción ideal para encapsular estatores de motores eléctricos, pasos de cables, contactos y relés, evitando el riesgo de descargas eléctricas y cortocircuitos. Las resinas de baja permitividad como nuestras 832HD, 832B y 832C son adecuadas para encapsular conectores, controladores y arneses, lo que garantiza una alta fidelidad de señal. 

Encapsulado térmicamente conductor (termo-conductor)

Estos encapsulantes son materiales de baja viscosidad cargados con materiales cerámicos que funcionan de la misma manera que un adhesivo térmicamente conductor. La diferencia entre los 2 tipos de productos es que la aplicación de adhesivos es localizada, mientras que un compuesto para encapsulado tiene la función de rellenar un volumen específico para recubrir los componentes y/o circuito. Productos como nuestros 832TC, 834B, 834FX y 834HTC ayudan con la disipación de calor alrededor de paquetes de baterías y módulos. 834B, FX y HTC son compuestos ignífugos que pueden ayudar a retrasar la propagación del fuego en los sistemas de baterías y otros circuitos electrónicos.

Para más información de productos mándanos correo a servicio@unionesadhesivas.mx