Plasma: una tecnología que impactará al sector automotriz

Por Felipe Sánchez Banda

Saltillo, Coahuila. 9 de julio de 2018 (Agencia Informativa Conacyt).- Ante la necesidad de materiales avanzados para el sector automotriz, surgió el Laboratorio Nacional en Innovación y Desarrollo de Materiales Ligeros para la Industria Automotriz (Laniauto) como un proyecto para dar mayor valor a la industria automotriz a través de la investigación y el desarrollo tecnológico.

En marzo de 2018, se exportaron 327 mil 955 vehículos ligeros, mostrando un incremento de 7.5 por ciento, con respecto a los vehículos exportados en el mismo mes de 2017. Esto representa un récord histórico, tanto para cualquier mes como para el acumulado al primer trimestre del año, según estadísticas de la Asociación Mexicana de la Industria Automotriz, A.C. (AMIA).

De acuerdo con la AMIA, en el tercer mes del presente año, los vehículos mexicanos representaron 13.6 por ciento del total de vehículos ligeros vendidos en Estados Unidos. Mientras que, en el acumulado hasta marzo de 2018, se exportaron 598 mil 28 unidades, las cuales representan 14.6 por ciento del total de las ventas de vehículos ligeros en dicho país en este año.

La industria automotriz constantemente está innovando en nuevos desarrollos y procesos para la manufactura de materiales más competitivos y esto incluye la incorporación de nuevas tecnologías que ya están demostrando sus grandes ventajas para la fabricación de autopartes más competitivas.

Una de estas tecnologías es el plasma, misma que se desarrolla y se está comenzando a aplicar por un grupo de científicos liderados por la doctora Guadalupe Neira Velázquez, del Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA), modificando superficies, partículas y nanopartículas para fabricar materiales avanzados. Esta tecnología constituye una alternativa innovadora, sustentable y de bajo costo, para generar productos automotrices de vanguardia.

Tecnología del plasma

Aplicación en modificación y síntesis de materiales y nanomateriales en atmósfera controlada.Para el Laniauto, la tecnología de plasma es una línea de investigación estratégica, debido a las múltiples propiedades potenciales que pueden surgir a partir de su desarrollo.

“La tecnología de plasma, en términos generales, se conoce como el cuarto estado de la materia y no es más que un estado en el cual la materia está ionizada y lo que se hace es aplicar una energía a un gas o a un material. En este caso, lo que normalmente utilizamos son gases, cuando se ioniza, lo que ocurre es que esos iones golpean la superficie de un material y se injertan grupos funcionales que, dependiendo del tipo de gas que se utilice, promueven una mayor adherencia entre los materiales”, explicó el doctor Ernesto Hernández Hernández, adscrito al Departamento de Materiales Avanzados del CIQA y responsable técnico de Laniauto.

El plasma es un gas ionizado que puede encontrarse tanto en forma natural como generado en el laboratorio. De forma natural, el plasma está presente en el sol, los rayos de las tormentas eléctricas y las auroras polares, por citar algunos ejemplos. Incluso se estima que 99 por ciento de la materia conocida en el universo es plasma, así lo señaló el doctor Gustavo Soria Argüello, catedrático Conacyt adscrito al Departamento de Síntesis de Polímeros del CIQA y colaborador del proyecto.

“Desde el punto de vista de laboratorio, podemos generar el plasma a través de descargas eléctricas controladas; para generar esas descargas eléctricas construimos aquí en CIQA fuentes electrónicas de potencia de alto voltaje y los reactores de plasma”, añadió.

Al generar el plasma mediante el uso de reactores, se crea un medio químicamente activo, propicio para purificación, modificación, funcionalización o compatibilización de materiales, lo cual permite aprovechar aún más sus propiedades, de forma rápida y amigable, con el medio ambiente ya que emplea cantidades mínimas de reactivos químicos.

La tecnología de plasma actualmente está en auge para diferentes aplicaciones dentro del sector automotriz, principalmente en mejoramiento de la adhesión de materiales de naturaleza distinta.

“Esta tecnología es la única que ha demostrado que tiene la capacidad de mantener estas propiedades por largo tiempo, estamos hablando al menos de 10 años, el tiempo medio de uso de un auto”, añadió Hernández Hernández, quien forma parte del programa Cátedras del Conacyt. 

Entre los principales proyectos que desarrollan los investigadores, relacionados con tecnología de plasma como parte de Laniauto, son procesos de polimerización por plasma para la modificación o funcionalización de nanopartículas y partículas en general. Enfocados en la modificación de materiales grafénicos: grafeno, nanoplaquetas de grafeno y nanotubos de carbono, principalmente.

“La intención de la polimerización por plasma es realizar recubrimientos parciales ad hoc sobre la superficie de las nanopartículas, que ayuden a compatibilizar la nanopartícula con diferentes matrices poliméricas, el objetivo es obtener materiales con propiedades de alto desempeño”, puntualizó Soria Argüello.

A partir de este proyecto, pueden surgir diversas aplicaciones para estos materiales dentro de la industria automotriz.

Materiales competitivos

Los materiales desarrollados a partir de tecnología de plasma pueden tener múltiples aplicaciones en el sector automotriz, dentro de los procesos de manufactura de vehículos, por ejemplo: fabricación de las partes de carrocería, partes de colisión, gabinetes de partes eléctricas, en blindaje electromagnético, interiores, además de componentes plásticos que estén dentro y fuera de un automóvil: faros, gomas, limpiadores, empaques, sellos, etcétera.

Doctor Ernesto Hernández Hernández.“Buscamos obtener materiales que tengan mejores propiedades mecánicas, conductividad térmica o eléctrica dependiendo de la aplicación. La intención es proporcionar materiales que superen el desempeño de los productos actuales y, en un futuro, poder transferirlos hacia la industria automotriz”, detalló Soria Argüello.

La aplicación de tecnología de plasma en el desarrollo de estos materiales con mayores propiedades cuenta con diversas ventajas para su producción. De entrada, son procesos rápidos y evita procesos químicos complejos que emplean grandes cantidades de reactivos y solventes.

En cuestión económica, de acuerdo con el doctor Soria Argüello, la infraestructura para generar el plasma solo implica inversión inicial, los gases (oxígeno y nitrógeno) que se emplean para generarlo son de bajo costo y las cantidades de gases nobles o reactivos químicos que se utilizan son muy pequeñas en comparación con los químicos tradicionales, lo que reduce considerablemente los costos.

En el presente, los especialistas analizan la posibilidad de llevar el proyecto hacia un escalamiento industrial mediante el desarrollo de sistemas en continuo y la incorporación de cámaras de tratamiento de mayor volumen, ya que a escala laboratorio se ha demostrado el gran potencial de esta tecnología.

Los investigadores añadieron que ya existe acercamiento con algunas empresas que buscan optimizar procesos o propiedades de sus productos, donde el plasma sería una buena opción como: la adhesión en el ensamble de pantallas táctiles, faros de los autos, sellos herméticos, entre otros, que se trabajan con esta tecnología en Laniauto, según las necesidades y condiciones de cada material.

Respecto al futuro del proyecto, Hernández Hernández comentó que el siguiente paso es iniciar pruebas a nivel prototipo, según los requerimientos de la industria automotriz.

“Lo que tenemos que hacer es empezar a realizar pruebas en prototipo, necesitamos hacer pruebas de adhesión y pruebas bajo las normas de la industria automotriz, ahí es donde necesitamos aplicar mucho el esfuerzo. Por fortuna tenemos todo el conocimiento técnico; sin embargo, necesitamos ir aprendiendo más de las normas y de las necesidades más específicas que demanda la industria”.

Los científicos tienen cerca de tres años desarrollando esta investigación, aunque ya cuentan con diferentes reactores para el tratamiento de superficies por plasma, señalaron que seguirán mejorándolos para buscar en el mediano plazo transferencia tecnológica de los desarrollos.

Los especialistas de Laniauto enfatizaron que están abiertos a trabajar en colaboración con gente interesada, tanto del sector académico como industrial, que desee participar en la investigación, ya que es una de las tecnologías que sigue creciendo cada vez más y esto proporcionará un valor agregado a los productos en el área de materiales.

“Está abierta la invitación a cualquier institución que desee colaborar con nosotros, que tenga alguna aplicación en donde el plasma puede ayudar a mejorar sus procesos o materiales. Lo mismo para la industria, estamos abiertos a cubrir necesidades o resolver problemas que tengan, lo cual también es parte de la misión del laboratorio y de nosotros como colaboradores”, subrayó Soria Argüello.

 

 

 

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