Motor automotriz de plástico

El motor automotriz de plástico tiene sus orígenes a finales de la década de 1970 con la investigación y el trabajo realizado por Matthew (Matti) Holtzberg de Polimotor Research y sus asociados. ^{[ 1 ]} Desde entonces, Holtzberg y otros han realizado un trabajo constante en el campo.

Matti Holtzberg intentó por primera vez fabricar pistones de polímero para un motor Austin Mini en 1969. Los pistones solo funcionaron durante 20 minutos antes de fallar. Holtzberg solucionó el problema equipando los pistones con coronas de aluminio y vendió estos pistones a fabricantes de coches de carreras a principios de la década de 1970. ^{[ 2 ]}

Matti Holtzberg fundó Polimotor Research Inc. en 1979. Su sede estaba en Fair Lawn, Nueva Jersey . En la década de 1980, la empresa, en colaboración con sus proveedores y patrocinadores, creó y compitió con motores compuestos en gran parte por polímeros.

A lo largo de la década de 1980, Holtzberg obtuvo 10 patentes para piezas de motor de materiales compuestos y sus métodos de producción. Las patentes se emitieron entre 1983 y 1988 y se describen con más detalle en esta sección.

La primera patente concedida fue para cables de encendido, citando el estado de la técnica anterior para otros materiales conductores no metálicos y su capacidad para reducir los problemas relacionados con la interferencia de radiofrecuencia . Estos cables consistían en hebras conductoras compuestas de grafito /resina y una funda protectora de silicona . Las hebras se trenzaban y se introducían a través del material de matriz líquida, quedando finalmente rodeadas por la funda. Ambas partes se extruían juntas para formar el cable y asegurar una estructura bien compacta de miles de filamentos individuales de compuesto de grafito. ^{[ 8 ]}

La mayoría de las patentes corresponden a componentes de motor de poliamida-imida , con la posibilidad de incorporar refuerzos de grafito, vidrio o titanio como material compuesto. Se afirma que estas invenciones ofrecen una relación rigidez-peso superior, son hasta un 70 % más ligeras que las piezas tradicionales y reducen las vibraciones y las fuerzas dentro del motor. Asimismo, se afirma que las piezas compuestas reducen los requisitos de producción gracias al moldeo por inyección, lo que conlleva una menor necesidad de acabado.

Aunque la temperatura, el tiempo y otras variables del proceso difieren entre las piezas, el proceso general de fabricación es el siguiente. El componente se moldea primero por inyección y se deja enfriar por debajo de su temperatura de deformación plástica. Luego se somete a un postcurado mediante polimerización en estado sólido en una serie de pasos de temperatura. Esto se realiza en una atmósfera inerte que ayuda a expulsar los subproductos de las reacciones hasta que el polímero sea químicamente estable. Durante este proceso, la temperatura de deflexión térmica del material también aumenta. La pieza se enfría y se somete a un postprocesamiento. El postprocesamiento puede consistir en mecanizado, inserción o adhesión de piezas metálicas o una simple limpieza de la pieza. ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

En 1990, Matti Holtzberg fundó Composite Castings LLC, con sede en West Palm Beach, Florida . ^{[ 2 ]} Para 2011, habían desarrollado un bloque de motor compuesto de epoxi reforzado con carbono V4 con materiales suministrados por Toho Tenax . Holtzberg afirma que el bloque es hasta un 50 % más ligero que un modelo equivalente de aluminio. Los bloques se producen con forma final, por lo que se requiere un mínimo trabajo de acabado para que estén listos para su uso. Holtzberg afirma que esto reduce los costos de herramientas y producción en un 50 % en comparación con la fundición a presión. ^{[ 19 ]}

En abril de 2015, el grupo Fraunhofer, en colaboración con la división de polímeros de alto rendimiento de Sumitomo Bakelite Co., anunció el desarrollo de un motor de investigación monocilíndrico con una carcasa fabricada con resina fenólica reforzada con fibra de vidrio moldeada por inyección (composición 55/45, respectivamente). El motor pesa aproximadamente un 20 % menos que uno equivalente de aluminio . Su diseño utiliza inserciones metálicas en zonas sometidas a altas tensiones térmicas y mecánicas, por ejemplo, en la camisa del cilindro. ^{[ 20 ]}

El motor fue presentado en la Feria de Hannover de 2015. ^{[ 20 ]}

En mayo de 2015 se informó que la empresa química belga Solvay había mostrado interés en revivir el concepto con la ayuda de Matti Holtzberg. ^{[ 4 ]} Se planea que el motor pese menos de 148 libras (67 kg) y genere más de 420 caballos de fuerza (310 kW) ; también se planea que sea turboalimentado. ^{[ 4 ]} Varios componentes serán reemplazados por sus contrapartes de polímero, que se pueden ver en la tabla a continuación. ^{[ 21 ]}  

Se planeó instalar el motor en un chasis Norma M-20 y competir en Lime Rock en 2016 y una posible entrada a Le Mans en 2017. ^{[ 31 ] [ 32 ]} Sin embargo, esto no se materializó.