Artículo escrito por Juan Ramón Alonso - Responsable de Mercado del Área de Composites y Polímeros Funcionales Sostenibles de GAIKER - Ver original
En las últimas décadas las tecnologías de los materiales compuestos o composites han avanzado mucho, a la par que aquellos sectores que los utilizan han intensificado su uso. El empleo de estos materiales está ligado generalmente al aligeramiento de peso y a su gran resistencia. Es por ello, por lo que sectores que buscan estas propiedades en los materiales, como el del transporte en general, han sido los grandes impulsores de su desarrollo y los beneficiados de las excelentes propiedades que ofrecen. En las últimas décadas la industria aeronáutica ha sido la punta de lanza en la investigación y el uso de los materiales compuestos.
La creciente demanda de ahorro energético está llevando al desarrollo de medios de transporte eficientes con un impacto mínimo en el medio ambiente, reduciendo su consumo, recurriendo a fuentes de energía renovables y disminuyendo su peso. Al mismo tiempo se busca disponer de medios de transporte cada vez más seguros y confortables, con una máxima exigencia en cuanto a calidad, diseño y prestaciones, y todo ello a precios competitivos. Además, cada vez es mayor la demanda de diferenciación, personalización, sostenibilidad, reciclabilidad y calidad percibida.
En el sector automoción existe una directriz clara hacia la reducción de peso, al haber una correlación directa entre el peso de los automóviles y la energía requerida para moverlos. Un ahorro de 10 kg en un vehículo de medio tamaño puede reducir sus emisiones de CO2 en 1 g/km aprox. En Europa los fabricantes están obligados a conseguir un 27% de reducción de emisiones de CO2 por vehículo para alcanzar el objetivo marcado por la Directiva Europea de 95 g/km para 2021 frente a los 135 g/km establecidos desde 2015.
Por otro lado, la tendencia hacia la electrificación es un hecho impulsado por la Unión Europea también, donde varios países han anunciado la prohibición de los vehículos de combustión para dentro de dos décadas. Las principales ventajas de los motores eléctricos sobre los térmicos son la ausencia de gases y partículas de escape, más alta eficiencia de conversión de energía (más del 75% frente al 30% de media para motores de gasolina), la posibilidad de recuperar energía durante el frenado y el detenimiento del motor cuando el vehículo está en punto muerto, así como otras ventajas tales como menores costes de mantenimiento y mayor eficiencia en la conducción debido principalmente a un mayor par motor a bajas revoluciones. Sin embargo, estas tecnologías incrementan el peso del vehículo porque se necesitan grandes conjuntos de baterías, nuevos motores, módulos de electrónica de potencia, y cableados complejos. Por lo tanto, se hace necesaria la reducción al máximo del peso de los componentes del vehículo eléctrico, mediante el empleo de materiales avanzados de baja densidad, resistentes al fuego y a las altas temperaturas.
Los composites ofrecen excelentes prestaciones técnicas, especialmente por su gran potencial de reducción de peso y, consecuentemente, también de consumo de carburante y de emisiones de CO2 de los vehículos. Además, presentan la rigidez adecuada, facilitan la libertad de diseño, posibilitan la integración de funciones, la reducción de componentes, así como la resistencia a la corrosión.
En los próximos años las soluciones para la reducción de peso pasarán por un mix de materiales: acero, aluminio, plásticos y composites, materiales que básicamente configurarán los vehículos ligeros. Además, se debe pensar cada vez más en sistemas multimaterial, desarrollando procesos que combinen el moldeo o la unión de metales con composites, así como la unión de composites con otros materiales como los plásticos y cauchos.
La vida útil de los automóviles se ha acortado y existe una tendencia a la personalización, por lo que las series son cada vez más cortas y la inversión en equipos debe ser más económica para su amortización, otro aspecto que juega a favor de los composites frente a los metales.
El nuevo foco en los vehículos autónomos y la movilidad eléctrica requiere más funcionalidades y soluciones integradas. Esta es otra gran oportunidad para los materiales compuestos, que ofrecen importantes ventajas tales como la transparencia al radar o la posibilidad de integración de sensores y de antenas, cables, sistemas de calefacción y elementos de seguridad.
En lo referente a proceso, los composites necesitan ser adaptados a la producción en masa. Tradicionalmente la industria del composite ha estado basada en un alto componente manual, por lo que se precisa avanzar en su automatización para aumentar la eficiencia, algo que se puede conseguir a través de procesos como el SMC o BMC, HP-RTM, C-RTM.
Los composites termoestables presentan grandes beneficios en cuanto a su ligereza y prestaciones mecánicas, pero presentan la limitación de que una vez curados no se pueden reprocesar, lo que dificulta su reciclado. Las alternativas actuales son los composites termoplásticos, en formato organosheet o cintas unidireccionales, con un gran potencial de aplicación como insertos para refuerzo de piezas moldeadas por inyección o compresión. Otras alternativas son la utilización de resinas líquidas termoplásticas y las nuevas resinas epoxi reciclables.
A pesar de la competencia con las poderosas industrias del acero y el aluminio y sus cadenas de valor bien establecidas, los analistas predicen un futuro muy favorable para el mercado del composite en automoción, con un volumen anual global de 8.000 millones de dólares y un crecimiento del 10% en esta década. La investigación en los procesos de producción, reducción de tiempos de ciclo y reciclabilidad serán aspectos clave para su desarrollo.
En el Centro Tecnológico GAIKER, miembro de Basque Research & Technology Alliance, BRTA, investigamos nuevas tecnologías y desarrollamos conocimiento práctico para transferirlos a las empresas. Somos pioneros en el ámbito de los composites, cuya investigación se remonta a la fundación del Centro hace 35 años. Esta experiencia acumulada, gracias a un equipo humano altamente cualificado, con un conocimiento elevado en la formulación y el comportamiento de los materiales, y unas instalaciones donde se aúnan gran parte de los procesos de transformación de composites como SMC, BMC, RTM, preimpregnados, compresión, filament winding, pultrusión, laminación o transformación de composites termoplásticos, así como nuestros laboratorios de ensayos mecánicos, de fuego, microscopía, reología, análisis instrumental y recubrimientos, nos permite afrontar con garantías los retos derivados de cada uno de los sectores en los que se aplican los materiales compuestos.
Tenemos experiencia reconocida transfiriendo nuestras tecnologías de composites a empresas de los sectores ferroviario, aeronáutico, naval, construcción y químico, entre otros. En el caso concreto de la industria de automoción, trabajamos en proyectos como:
- C2CC (Cradle to Cradle Composites), proyecto europeo para desarrollar componentes de automoción mediante preimpregnados de resinas epoxi reciclables transformables por compresión.
- RTM 4.0, cuyo objetivo es la sensorización y automatización del proceso con el fin de desarrollar gemelos virtuales.
- C-RECYCLING I y II, en los que se investiga el reciclado de preimpregnados aeronáuticos para su utilización en la fabricación de piezas de automoción.
- SENSITES, cuyo objetivo es integrar fibras ferromagnéticas en el composite para conseguir una función sensora.
- MULTIMAT, que persigue desarrollar materiales híbridos composite/metal.
- PANELITE, cuyo objetivo es el desarrollo de paneles sándwich.
- INTRAUNIÓN, para desarrollar mejoras de las uniones SMC/caucho y termoplástico/caucho.
- Desarrollo de soluciones para la fabricación de piezas ligeras y mejora del aislamiento térmico a costes competitivos mediante preimpregnados.
- Aplicación del SMC fenólico a la fabricación de la caja de batería de vehículo eléctrico.
- Desarrollo de soluciones basadas en composite para piezas que requieren elevada resistencia al fuego y a las altas temperas.