En un momento en que la eficiencia energética es cada vez más importante, la industria automotriz está implementando nuevas tecnologías de fabricación de automóviles. Un aspecto crucial es la búsqueda de materiales innovadores para conseguir que los automóviles sean más seguros y livianos.
Las opciones más interesantes en cuanto a materiales modernos, utilizados actualmente por la industria de la automoción, son: fibras de carbono y Kevlar, que llevan tiempo usándose en la industria aeroespacial, y los plásticos expandidos, como el Polipropileno Expandido (EPP) y el Poliestireno Expandido (EPS).
Fibra de carbono: propiedades y aplicaciones
La fibra de carbono es, en realidad, un compuesto reforzado con fibra de carbono. Se trata de un material que suele adoptar la forma de un tejido resinado multicapa, que tiene un peso mínimo, aunque una resistencia mecánica notable.
El carbono tiene una resistencia hasta cuatro veces superior al acero de alta calidad y es extremadamente flexible. Debido a estas dos características, es un material cada vez más utilizado en aviones, naves espaciales y automóviles deportivos, entre otras aplicaciones. Por ejemplo, el conocido automóvil Lexus LFA está construido en un 65% de este material.
Métodos de fabricación de componentes de fibra de carbono
La alta resistencia de la fibra de carbono permite que no solo se utilice para fabricar elementos de la carrocería, como el techo o el maletero, sino también otros muchos componentes: como por ejemplo pilares o paneles de suelo.
Para fabricar componentes de carbono se utilizan moldes que se corresponden con la forma del producto final. Dichos moldes se pueden rellenar de cuatro maneras diferentes:
- El primer método es el más laborioso y consiste en colocar capas de tela, que luego se saturan a mano con resina.
- El segundo sistema implica el uso de los llamados preimpregnados o capas presaturadas con resina.
- La tercera tecnología es el moldeo por transferencia de resina, que consiste en llenar a presión un molde con capas de tela ya colocadas con resina.
- El último y más rápido método se conoce como C-SMC (compuesto de moldeo de láminas reforzadas con fibra de carbono). Consiste en inyectar resina mezclada con fibras muy finas, cortadas en un molde. Este método tiene la desventaja de que el producto final es menos resistente.
¿Es dañina la fibra de carbono?
Aunque muchas personas tienen prejuicios en relación con el supuesto impacto negativo de la fibra de carbono en la salud humana, lo cierto que los productos de carbono, una vez terminados y recubiertos de resina, son completamente seguros.
En realidad, las fibras de carbono ejercen efectos nocivos únicamente en la etapa de fabricación, cuando se cortan. En estas circunstancias, las microfibras pueden causar irritación en los ojos e infecciones en la piel.
En algunos casos, si se inhala durante mucho tiempo, el polvo de la fibra de carbono puede convertirse en un factor de riesgo de enfermedades graves, como la fibrosis o cáncer de pulmón.
Por este motivo, las personas que trabajan diariamente con productos de fibra de carbono usan ropa protectora adecuada, así como una máscara equipada con un filtro especial.
Kevlar: aplicaciones en la construcción de automóviles
¿Qué es el Kevlar o fibras de aramida? Es un polímero sintético que se inventó en la década de 1960, en los Estados Unidos. Todo ocurrió de un modo casual, mientras un equipo de investigadores buscaba un material liviano y fuerte, que pudiera reemplazar el caucho en los neumáticos. El objetivo final era tratar de reducir el consumo de gasolina.
El resultado fue un polímero muy fuerte con un alto grado de ordenación de partículas, que es cinco veces más ligero que el acero y tiene una resistencia a la tracción muy alta, de hasta 3620 MPa. Para romper las fibras de aramida, se necesita el doble de la fuerza de la fibra de carbono y hasta cuatro veces la del acero.
En automoción, el Kevlar se usa, principalmente, en la construcción de carrocerías ligeras de carreras y en automóviles de alto rendimiento. Pero también se puede encontrar en modelos de automóviles corrientes, usándose para reforzar componentes críticos como: correas de distribución y mangueras de radiador.
Cómo proteger el embrague con Kevlar
En los vehículos deportivos, este material se usa para construir componentes de revestimientos especiales, con la importante función de proteger el embrague. El revestimiento de fricción de fibra de Kevlar es muy duradero, incluso a altas temperaturas, por lo que es un material ideal para utilizarse en coches deportivos o en vehículos todoterreno.
Gracias a sus características, proporciona una vida útil del embrague significativamente más prolongada que los revestimientos tradicionales. Se recomienda especialmente para vehículos de alto rendimiento, que operan en condiciones de temperatura extremas.
Propiedades y aplicaciones del grafeno
El grafeno es un material extraordinario, que sin embargo aún no ha sido explorado en todas sus posibilidades. El material, con una estructura bidimensional compuesta por moléculas de carbono que forman un patrón de hexágonos perfectos, es más ligero y resistente que la fibra de carbono y el Kevlar.
Un Km2 cuadrado de grafeno pesa solo 757 gr, pero es extremadamente flexible y tiene excelentes propiedades eléctricas.
Es un material ideal no solo para la producción de componentes extremadamente livianos. En el futuro también podría usarse para producir, por ejemplo, baterías más eficientes o, incluso, pantallas táctiles enrollables.
Actualmente, las últimas aplicaciones del grafeno en la industria automotriz incluyen la producción de pinturas anticorrosivas para automóviles o los pasos de rueda. A modo experimental, se ha usado, incluso, como recubrimiento de un automóvil de carreras monoplaza ultraligero.
Se estima que el grafeno utilizado es un 20 % más ligero que la fibra de carbono y hasta 200 veces más resistente que el acero.
Polipropileno Expandido: propiedades y aplicaciones de este material
Entre los materiales más innovadores e interesantes de la industria automotriz, no puede faltar el Polipropileno Expandido (EPP). Este material se ha ganado un especial reconocimiento en modelismo y en elementos de seguridad para automóviles.
El EPP está compuesto por un 95% de aire, por lo que los componentes fabricados de este marial son, aproximadamente, un 50 % más ligeros que si estuviesen construidos con plásticos tradicionales. Con la ventaja añadida de ser extremadamente fuertes.
La combinación de gran resistencia mecánica y mínimo peso provoca que, en ocasiones, al EPP se lo compare con la fibra de carbono. Su característica distintiva más importante es su «memoria de forma». Esto significa que no se deforma permanentemente al sufrir un impacto, sino que vuelve a su forma inicial.
En estos momentos, el EPP ya ha conseguido revolucionar la producción de los componentes responsables de la seguridad del automóvil, como reposacabezas, bases de asientos, pilares y paneles de puertas de automóviles.
Debido a sus excelentes propiedades aislantes, acústicas y eléctricas, el EPP se usa en aplicaciones tan novedosas, como la producción de paquetes de baterías para automóviles eléctricos, así como en el almacenamiento de hidrógeno.
El proceso de fabricación de los componentes de EPP es muy sencillo e implica inyectar la espuma en un molde a baja presión.
También vale la pena destacar que es un material óptimo para la producción industrial en masa. Otro aspecto a su favor es que es una materia prima ampliamente disponible en sus distintas variedades.
Fibra de carbono, grafeno, Kevlar o EPP: aplicaciones y propiedades
La carrera tecnológica para construir un automóvil ultraligero y súper resistente aún no ha finalizado. Materiales como la fibra de carbono, el grafeno y el Kevlar aún no están muy extendidos para la producción a gran escala, sobre todo por sus precios relativamente altos.
Sin embargo, el moldeo por inyección de componentes EPP es una tecnología muy popular por ser eficaz y competitiva desde un punto de vista económico. Esto permite la fabricación, rápida y rentable, de todo tipo de componentes para automóviles, incluso con formas muy complejas o con insertos adicionales de diferentes materiales.
En Knauf Automotive, estamos especializados en el uso del EPP y otros plásticos innovadores para la fabricación de componentes de gran calidad para muchas de las grandes marcas de automóviles.
Los métodos de producción utilizados en nuestras 44 plantas repartidas en 9 países permiten que todos los parámetros del producto se adapten, con extraordinaria precisión, a las necesidades de diseño individuales.