Fabricantes de autos y proveedores de niveles colaboran para establecer las mejores prácticas

por Roy Pask

Un grupo de proveedores para la industria automotriz y fabricantes de automóviles han formado una colaboración con la singular finalidad de tener un impacto positivo sobre el suministro de asientos para autos. El Panel de la industria de la espuma de poliuretano moldeada ha dado comienzo al proceso de revisión de las especificaciones de asientos de espuma para automóviles con el fin de establecer similitudes en los métodos de pruebas para eliminar los requisitos que no agregan valor y para establecer las mejores prácticas para medir el rendimiento de los asientos de espuma. El grupo ha puesto de lado las diferencias competitivas para lograr estas metas.

En el momento de seleccionar a los miembros del equipo se escogieron expertos en sus respectivos campos. El equipo cuenta con proveedores de materia prima, moldeadores de espuma de poliuretano y fabricantes de asientos, así como ingenieros en materiales de Ford, General Motors y DaimlerChrysler. El equipo en conjunto representa más de 300 años de experiencia. Un beneficio secundario de las actividades del grupo es la coordinación de actividades similares en organizaciones que preparan normas como ASTM International y la sociedad Society of Automotive Engineers. De esta manera es posible unir los recursos y minimizar la duplicación de actividades.

El proceso

El equipo, con el fin de tener una perspectiva común, primero analizó la complejidad de las especificaciones existentes para la elaboración de espumas para asientos. Sus investigaciones descubrieron, por ejemplo, que hay 32 métodos para medir la firmeza de la espuma, 10 métodos para compresión y 12 pruebas diferentes de fatiga para los asientos de espuma. Nunca se ha comprobado que alguna de esas versiones de pruebas sea mejor que las otras. Si el equipo pudiera por lo menos ponerse de acuerdo en algunos métodos comunes, entonces la situación mejoraría considerablemente. Después de compilar la lista de pruebas que hay en las especificaciones existentes, procedieron a evaluar cada prueba y se pidió a los integrantes del equipo que indicaran cuáles pruebas eran las más importantes y cuales aportaban muy poco valor al rendimiento del asiento.

También se evaluaron las pruebas con el fin de determinar cuáles eran pertinentes a los diferentes pasos del proceso de manufactura, incluso el moldeo/desmoldeo de los cojines, el forrado y la construcción del asiento terminado. Se analizó asimismo si era pertinente la prueba a la durabilidad y comodidad del asiento en la práctica. Un ejemplo. Si bien la resistencia al desgarramiento tiene mucho que ver en el proceso de moldeo, desmoldeo y forrado de los cojines, se determinó que las propiedades de resistencia a la tracción y alargamiento tienen muy poco que ver en esos procesos. ¿Se daría una situación en que la espuma para asientos llegara a estirarse casi hasta su máxima extensión? Después del análisis se convino un conjunto de propiedades físicas fundamentales para las espumas de asientos. Además, se identificó una batería de pruebas obligatorias. Equipados con la batería de pruebas, el panel comenzó la Fase 1 del proceso de revisión de las especificaciones actuales para espuma de asiento de los fabricantes de autos.

Fase 1

El grupo comenzó con DaimlerChyrsler. Su especificación para espuma de asientos, MS-DC634, no había sido revisada desde 1980. Gran parte de los requisitos de prueba se referían a la norma ASTM D 2406, Método de Prueba de Materiales Celulares Flexibles – Espuma de Uretano Moldeada (Method of Testing Flexible Cellular Materials-Molded Urethane Foam), la cual se retiró en 1980. MS-DC634 también suponía una variedad de métodos internos de Chrysler. La meta de la revisión de Fase 1 era 1) utilizar los métodos de consenso general nombrados arriba siempre que fuera posible, 2) sustituir los métodos discontinuados o internos con normas de la industria o normas internacionales y 3) eliminar los requisitos que no agregan valor y los que no tienen nada en particular.

Para lograrlo, se orquestaron una variedad de cambios a ASTM D 3574, Métodos de Prueba para Materiales Celulares Flexibles – Espumas de Uretano en Trozo, Adheridas y Moldeadas (Test Methods for Flexible Cellular Materials—Slab, Bonded, and Molded Urethane Foams) (que sustituyó a D 2406) mediante el Subcomité D20.22 sobre Materiales Celulares – Plásticos y Elastómeros (Cellular Materials — Plastics and Elastomers). Eso incluyó añadir una prueba estándar de pérdida de la histéresis para espumas flexibles, añadir las condiciones de envejecimiento con calor húmedo y la adición de un sistema de llamadas por línea para espumas flexibles, que se puede usar en los dibujos de ingeniería de cojines para asientos.

Por medio del proceso de colaboración y el intercambio de conocimientos y recursos, el Panel industrial fue capaz de modificar MS-DC634, obtener todas las aprobaciones en DaimlerChrysler y publicar la especificación en un periodo de aproximadamente cuatro meses. Los cambios fueron tantos que se le dio un nuevo número a la especificación, DC648, con el fin de minimizar la confusión con la inmensamente alterada especificación MS-DC634. Ahora se están llevando a cabo actividades similares con Ford y General Motors para revisar sus especificaciones de espuma para asientos; se espera completar el proyecto en el 2006.

Fase 2

Las revisiones de la Fase 1 serán bastante directas. Sin embargo, para lograr las otras metas de identificar las mejores prácticas en la industria y mejorar la precisión de los métodos existentes que se utilizan en las especificaciones para cojines de asientos de automóvil se requerirá una gran cantidad de trabajo. Se formaron varios equipos para manejar áreas específicas de la investigación. El cronograma para las revisiones de la Fase 2 depende el éxito de estos equipos.

Grupo de volátiles
El Grupo de Volátiles tiene varios objetivos. En las pruebas de olor el equipo está tratando el asunto de la subjetividad de los resultados de prueba y los problemas de salud del laboratorio de pruebas con SAE J1351, Prueba Caliente de Olor para Materiales de Aislamiento. Este método utiliza paneles de la nariz humana para evaluar si los olores son desagradables. En SAE se formó un Comité para la Evaluación de Olores con Instrumentos con el fin de crear una norma que mida los olores mediante instrumentos para sustituir a SAE J1351 Los miembros del Grupo de Volátiles se han unido al comité SAE para coordinar actividades.

Pruebas de olor de conformidad con SAE J1351

Las pruebas de empañamiento simulan el depósito de materiales volátiles en el vidrio del parabrisas, lo cual potencialmente podría impedir la visión del conductor. Las metas del equipo con uniformar los parámetros de prueba, comprar las mediciones de brillo con las mediciones gravimétricas y validar las diferencias entre los instrumentos de prueba. Las actividades se están coordinando por medio de la Asociación de Materiales Automovilísticos, la cual produjo SAE J1756, Procedimiento de Prueba para Determinar las Características de Empañamiento de los Materiales del Interior de Automóviles.

Finalmente, el equipo ha establecido una variedad de objetivos en cuanto a pruebas de manchado. Estas incluyen establecer vinilos estándar en la industria para hacer pruebas de manchas, comparando los métodos de manchado por contacto con los métodos de manchado por vapor, comparando fuentes de energía para las pruebas de manchado como calor o luz e investigando si las anticuadas mediciones de color con escala de grises se pueden sustituir por mediciones con espectrofotometría de color. Es posible que el equipo recomiende cambios a ASTM D 925, Métodos de Prueba para el Manchado de Superficies por Caucho (Contacto, Migración y Difusión) (Test Methods for Rubber Property-Staining of Surfaces [Contact, Migration, and Diffusion]) Cuando terminen todo el trabajo, el Grupo de Volátiles recomendará las mejores prácticas al Panel Industrial y comunicará sus hallazgos a los comités del SAE y AMA.

Grupo de Rotura, Margen de Compresión, Inflamabilidad
La misión de este equipo era investigar las diferentes pruebas de rotura de ASTM y Deutsches Institut für Normung, o DIN, que se están usando en la industria automotriz para determinar cuál es más pertinente a la manufactura y uso de cojines para asiento. Tuvieron que comprar pruebas de inicio de rotura con pruebas de propagación de la rotura. Sus investigaciones indicaron que ASTM D 624, Método de Prueba para Resistencia a la Rotura de Caucho Vulcanizado Convencional y Elastómeros Termoplásticos (Test Method for Tear Strength of Conventional Vulcanized Rubber and Thermoplastic Elastomers) era más pertinente a las espumas para asientos que D 3574, una prueba de rotura que típicamente se indica en especificaciones de hule para asientos.

Rotura de pierna de pantalón 50 mm/min
Rotura Die “C” 500 mm/min
Rotura de papel DIN 100 mm/min

Un beneficio secundario de estas actividades, se estableció una relación directa entre las prueba de rotura D 624 Die C y las mediciones de resistencia a la tensión y elongación. Partiendo de estas observaciones el equipo recomendó que se eliminaran los requisitos de resistencia a la tensión y elongación de las especificaciones de espuma para asientos.

En las pruebas de margen de compresión la misión era 1) uniformar los parámetros de prueba y 2) investigar si la prueba de compresión en líquido podría reemplazar los dos juegos de pruebas (sin envejecer y envejecido en la humedad) que normalmente se ven en las especificaciones de espuma para asientos. En investigaciones anteriores de miembros del equipo se demostró que el valor de compresión en húmedo está directamente relacionado con la durabilidad del cojín del asiento. Los requisitos de inflamabilidad de las espumas para asientos son disposición de ley federal de EE.UU. de manera que el grupo no pudo hacer mucho. Sin embargo, una mejora en la nueva especificación MS-DC648 fue una nota refiriendo al usuario a la versión MVSS 302 de la ASTM, es decir ASTM D 5132, Método de Prueba para la Velocidad a la que Arden los Materiales Poliméricos Utilizados en los Compartimientos para Ocupantes de Vehículos Automotores (Test Method for Horizontal Burning Rate of Polymeric Materials Used in Occupant Compartments of Motor Vehicles), para instrucciones más definitivas sobre la ejecución de las pruebas de inflamabilidad de lo que se indica en el Código Federal de Reglamentos. D 5132 también contiene datos de precisión del método de prueba para fines de evaluación. Partiendo de su trabajo, este equipo pudo hacer sus recomendaciones finales al Panel Industrial y su trabajo ha quedado esencialmente concluido.

Prueba de CPF/Pérdida de histéresis		Prueba IFD

Grupo de Firmeza
El Grupo de Firmeza tiene la misión de estudiar aproximadamente 32 métodos para medir el soporte de carga que se encuentran en las especificaciones para asientos de automóviles. Su meta es determinar cuál método tiene 1) la mejor precisión, 2) la mejor correlación con mediciones del punto H (realizadas en asientos de automóvil completamente instalados para determinar la altura de los ojos del conductor en relación con el área visual del parabrisas) y 3) la mejor correlación con durabilidad del cojín del asiento. Parte de su investigación incluyó estudiar parámetros de pruebas tales como precargas y tiempos de permanencia para ver qué impacto tendrían sobre la precisión del método de prueba. También compararon los métodos actuales IFD (fuerza de deflexión del abollamiento) y IRGL (longitud medida de la abolladura residual) que se encuentran en ASTM D 3574, así como la prueba CPF (fuerza de penetración constante) que suelen usar con frecuencia algunos diseñadores de asientos.

La prueba CPF es muy similar a ASTM D 5672, Método de Prueba para Probar la Medición de la Deflexión de la Fuerza de Abollamiento de los Materiales Celulares usando una Técnica de Deflexión de 25 mm (1 pda.) (Test Method for Testing Flexible Cellular Materials Measurement of Indentation Force Deflection Using a 25-mm [1-in.] Deflection Technique), que se ha utilizado por muchos años en la industria de la fabricación de muebles tapizados. Se están llevando a cabo otros estudios para investigar la relación entre la pérdida de histéresis y la durabilidad de los cojines para asiento. Las primeras indicaciones del equipo han demostrado buena correlación del punto H con tanto la prueba IRGL como la CPF, mientras que las mediciones de histéresis parecen estar más ligada a la pérdida por fatiga del cojín. Posiblemente una combinación de pérdida de histéresis y CPF podría utilizarse para ajustar los valores del punto H así como para predecir la durabilidad. Esta prueba combinada podría ejecutarse en tres minutos, en comparación con los 10 minutos que tarda la prueba IFD estándar. El Grupo de Firmeza, como en el caso de los otros equipos, cuando todo su trabajo esté completo, hará su mejor recomendación al Panel Industrial para un voto de consenso.

Grupo de Durabilidad
Como el Grupo de Firmeza, el Grupo de Durabilidad tiene que investigar un gran número de pruebas de fatiga de cojines para asiento. El método que más se cita para fatiga en especificaciones de asientos para automóviles es la prueba de fuerza de martilleo constante de ASTM D 3574. Pero los diseñadores de asientos no están seguros de que este método de prueba les proporcione la correlación de respuesta del asiento instalado que ellos requieren. Como parte de evaluar todas las pruebas, el equipo espera cuantificar los efectos de la deflexión, la frecuencia cíclica y el tiempo (número de ciclos) sobre el proceso de fatigación. También están investigando los efectos de la forma del abollador (redonda, cilíndrica, en forma de glúteos, etc.) y los efectos de la temperatura de prueba (ambiente frente a elevada).

ASTM D 3574 Prueba de Fuerza de Martilleo Constante (Constant Force Pounding Test)

Después de algunas discusiones, el equipo determinó que las variables más importantes en el proceso de fatigación son la frecuencia, el número de ciclos y la cantidad de carga o deflexión aplicada sobre el cojín. Eso no fue inesperado. El proceso de carga y descarga de la prueba es muy interesante. La prueba de fuerza de martilleo constante aplica una carga de 750N sobre el cojín y luego completamente se aparta del cojín durante cada ciclo, otra prueba tiene ciclos entre 150N y 750N. Hay otra prueba cuyo ciclo es entre 45 y 55 por ciento de deflexión. Las frecuencias fluctúan entre 1 Hz y 5 Hz. Las duraciones de los ciclos de prueba varían desde 80.000 hasta 300.000 ciclos. ¿Cuál es la mejor medición de firmeza para hacer la medición antes y después del ciclo? ¿Qué influencia tiene la cadencia elástica en el proceso de fatigación? ¿Hay acumulación de calor viscosos en un cojín en las frecuencias más elevadas? Estas son todas las cosas que el equipo espera entender antes de hacer su recomendación para una prueba de consenso de fatiga.

Resumen

La fuerza de este equipo yace en sus miembros y las compañías de sus miembros. Sin el compromiso de intercambiar recursos y conocimientos, y sin una gran cantidad de colaboración, esta historia no tendría tanto éxito como ha resultado tener. Recientemente se presentó un resumen de la misión y logros del Panel de la Industria de la Espuma de Poliuretano Moldeada durante una presentación de la sesión de tres horas de la industria automotriz en el congreso mundial de la API (Alliance for the Polyurethane Industries) en Houston en octubre del 2005. El congreso contó con más de 1.300 asistentes. Otros grupos están comenzando a reconocer el valor de crear un Panel Industrial verticalmente integrado como este.

No obstante habrá obstáculos. Nadie está esperando tener especificaciones idénticas para cada fabricante de autos. Pero, por otra parte, si el panel puede lograr una parte de sus objetivos, entonces la situación se mejoraría tremendamente en términos de fabricar asientos para automóvil económicos y de alto rendimiento. Al final de cuentas, el grupo espera capturar su trabajo mediante la publicación de “Best Practices, History, Design, Manufacturing and Testing of Automotive Seating” (Las mejores prácticas, historia, diseño, manufactura y pruebas de asientos para automóviles) para uso futuro en la industria. //

Roy Pask es supervisor de física de polímeros del Departamento de IyD de BASF Urethanes Tiene más de 30 años de experiencia haciendo pruebas de espumas de uretano. Además de servir en el Panel de la Industria de la Espuma de Poliuretano Moldeada, Pask es presidente del Subcomité D20.22 de ASTM. También es copresidente del Comité de Materiales para Interiores de la asociación Automotive Materials Association. Además, Pask representa a BASF en varios otros comités de la sociedad Society of Automotive Engineers, en la alianza Society of Automotive Engineers, en la asociación Polyurethane Foam Association y en el consejo Carpet Cushion Council