Propuesta metodológica para el estudio de viabilidad e idoneidad en el uso de nanocompuestos para piezas plásticas de automoción

Abstract

Nanotechnology and specially nanomaterials, offer a range of opportunities for the automotive industry. The improvement of physical and chemical properties or the development of new functionalities in the vehicle has driven a growing interest in the application of these new technologies. In this new paradigm, lack of information and regulation, and the uncertainty associated with certain aspects of nanotechnology, including their impact on health and the environment, make it difficult evaluate the technological alternatives to objectively. However it is necessary to evaluate not only the viability, but also the suitability of the application of nanocomposites in cars, given the large volume of the sector's market. This research is focused in the application of nanocomposites for the production of large plastic parts of the vehicle, in order to obtain compounds with lower density maintaining or improving the mechanical performance by reducing its weight. On one hand, the feasibility study is approached from an experimental point of view through the characterization and production of real parts, while simultaneously, on the other hand, a helpful tool for decision making which evaluates the application of nanotechnology alternatives is proposed. As experimental case study, a modified polypropylene compound with embedded inorganic nanofibers is analysed. Impact properties and scratch resistance are characterized, but also the study of durability of this new compound is conducted with special emphasis. Its application is technically feasible but not economically in all cases studied. Extrapolating from experimental case, the called "Multi‐Criteria Value Analysis" tool is developed. It bases on existing multi‐criteria methods for defining and structuring the appropriate functional, environmental and economic criteria for assessing alternatives in the application of compounds and polymeric nanocomposites in interior vehicle parts

La nanotecnologia i en particular els nanomaterials, ofereixen un ventall de noves oportunitats per a l'automoció. La millora de les propietats fisicoquímiques o el desenvolupament de noves funcionalitats dels materials al vehicle han impulsat un interès creixent en l'aplicació d'aquestes tecnologies en el sector. En aquest nou paradigma, la manca d'informació i regulació, i la incertesa associada a certs aspectes de la nanotecnologia, com els seus efectes en la salut i el medi ambient, fan que sigui difícil l'avaluació objectiva d'alternatives tecnològiques. No obstant això és necessari poder avaluar, no solament la viabilitat, sinó també la idoneïtat de l'aplicació de nanocompostos en quantitats significatives, donat el gran volum de mercat que presenta el sector. En la present investigació s'analitza l'aplicació de nanocompostos per a la producció de grans peces plàstiques del vehicle, amb l'objectiu d'aconseguir compostos amb menor densitat que mantinguin o millorin les prestacions mecàniques reduint el seu pes. D'una banda s'aborda l'estudi de viabilitat des d'un punt de vista experimental mitjançant la caracterització i la producció de peces reals, mentre paral∙lelament es proposa una eina d'ajuda per a la presa de decisió que permet valorar l'aplicació d'alternatives nanotecnològiques. Com a cas d'estudi experimental s’agafa un compost de polipropilè modificat que incorpora unes nanofibres inorgàniques al seu interior. S'estudien detalladament les propietats a impacte i resistència al ratllat i posant especial èmfasi en l'estudi de durabilitat d'aquest nou compost. La seva aplicació resulta viable tècnicament, però econòmicament no és favorable en tots els casos estudiats. Extrapolant a partir del cas experimental, es desenvolupa l'eina "Anàlisi de Valor Multicriteri", que es basa en mètodes multicriteri ja existents per definir i estructurar els criteris funcionals, ambientals i econòmics a valorar en la selecció de compostos i nanocompostos polimèrics per a peces de l’interior del vehicle.

La nanotecnología y en particular los nanomateriales, ofrecen un abanico de oportunidades para la automoción. La mejora de las propiedades físico químicas o el desarrollo de nuevas funcionalidades de los materiales en el vehículo han impulsado un interés creciente en la aplicación de estas nuevas tecnologías en el sector. En este nuevo paradigma, la falta de información y regulación, y la incertidumbre asociada a ciertos aspectos de la nanotecnología, como sus efectos en la salud y el medio ambiente, hacen que sea difícil la evaluación objetiva de alternativas tecnológicas. No obstante es necesario poder evaluar, no solamente la viabilidad, sino también la idoneidad de la aplicación de nanocompuestos en cantidades significativas, dado el gran volumen de mercado que presenta el sector. En la presente investigación se analiza la aplicación de nanocompuestos para la producción de grandes piezas plásticas del vehículo, con el objetivo de conseguir compuestos con menor densidad que mantengan o mejoren las prestaciones mecánicas reduciendo su peso. Por un lado se aborda el estudio de viabilidad desde un punto de vista experimental mediante la caracterización y la producción de piezas reales, mientras paralelamente se propone una herramienta de ayuda para la toma de decisión que permite valorar la aplicación de alternativas nanotecnológicas. Como caso de estudio experimental se toma un compuesto de polipropileno modificado que incorpora unas nanofibras inorgánicas en su interior. Se estudian detalladamente las propiedades a impacto y resistencia al rayado y poniendo especial énfasis en el estudio de durabilidad de este nuevo compuesto. Su aplicación resulta viable técnicamente, pero económicamente no es favorable en todos los casos estudiados. Extrapolando a partir del caso experimental, se desarrolla la herramienta “Análisis de Valor Multicriterio”, que se basa en métodos multicriterio ya existentes para definir y estructurar los criterios funcionales, ambientales y económicos a valorar en la selección de compuestos y nanocompuestos poliméricos para piezas del interior del vehículo