MATERIALES COMPUESTOS Curso 2012/2013

APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA EN EL

SECTOR AUTOMOVILÍSTICO (CONVENCIONAL Y DE COMPETICIÓN)

Manuel Ángel García Romeral López Bartolomé Mas Monserrat Rosa María Moronta Pérez

Beatriz Rico Oller Ainhoa Riquelme Aguado

ÍNDICE Pág.

1. Introducción ........................................................................................................... 1

2. Materiales Compuestos de matriz polimérica en automóviles convencionales ......... 2

2.1. Materiales Compuestos poliméricos reforzados con fibra de carbono ............ 2

2.2. Materiales Compuestos poliméricos reforzados con fibra de vidrio ............... 5

2.3. Termoplásticos reforzados con fibra larga (LFT)........................................... 5

2.3.1. Técnicas de fabricación ...................................................................... 6

2.3.2. Matrices termoplásticas ...................................................................... 7

3. Reciclaje de materiales compuestos utilizados en automóviles ................................ 7

4. Proyecto HIVOCOMP……………………………………… .............................. ..10

5. Materiales Compuestos de matriz polimérica en automóviles de competición ....... 12

5.1. Introducción................................................................................................ 12

5.2. Diseño de los coches de F1 ......................................................................... 12

5.3. Evolución de los materiales compuestos en la F1 ........................................ 15

5.4. Otras fibras ................................................................................................. 18

6. Avances e investigaciones en Materiales Compuestos de matriz polimérica para el sector del automóvil ..................................................…………………………….20

6.1. Introducción................................................................................................ 20

6.2. Fibras Naturales .......................................................................................... 21

6.2.1. Materiales compuestos de madera-plástico (WPC) .......................... 22

6.2.2. Aplicaciones en la industria automovilística .................................... 22

6.3. Materiales Compuestos en el paragolpes y sistemas de protección

anticolisiones ........................................................................................................ 23

7. Algunos fabricantes de Materiales Compuestos de matriz polimérica para

automóviles ......................................................................................................... .25

8. Referencias y bibliografía empleada .................................................................... .28

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1. INTRODUCCIÓN

Los materiales plásticos en sus diferentes versiones, tienen una gran difusión en la industria del automóvil. A nivel mundial, sólo este sector consume más de la cuarta parte de la producción de materiales compuestos de matriz polimérica.

La mayor ventaja de la utilización de los materiales compuestos de matriz polimérica en el sector del automóvil es la importante reducción de peso (hasta 50%) y mejora de prestaciones con menores costes de fabricación. Otras ventajas también importantes son la mayor resistencia a la abrasión y al desgaste (interesante en cojinetes y casquillos), el buen comportamiento ante cargas dinámicas (amortiguación), la absorción de impactos sin deformación apreciable, la resistencia a agentes químicos (combustible, refrigerante, etc.) y a la corrosión, el aislamiento térmico y la aerodinámica (debido a la facilidad de moldeo y conformación). Además cabe destacar la funcionalidad estética y la flexibilidad en el diseño.

En función del rango de solicitaciones mecánicas a las que va a estar sometido, de la estabilidad dimensional requerida y de la resistencia a los agentes atmosféricos se realiza la elección de un material para el diseño de un componente específico de un automóvil, teniendo además en cuenta aspectos estéticos, posibilidad de reciclado y costes de producción. En general, las matrices más utilizadas en este sector se recogen en la Figura 1.

Figura-1: Materiales plásticos utilizados en la industria del automóvil

En los últimos años, el uso de PEEK (polieteretercetona) como matriz polimérica en materiales compuestos reforzados con fibras ha tenido un gran auge, debido a las posibilidades de desarrollo en la fabricación de componentes mecánicos y en otras aplicaciones diversas. Además, presenta unas excelentes cualidades mecánicas, químicas y térmicas.

Son muchas las aplicaciones que se les da a los materiales compuestos de matriz polimérica en la industria del automóvil, pero se pueden destacar las que aparecen a continuación, que quedan recogidas en la Figura 2:

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Elementos de carrocería: paneles exteriores de revestimiento (puertas, aletas capós, carenados), embellecedores (alerones, tapacubos), elementos de defensa (paragolpes, cantoneras), rejillas,

Componentes mecánicos: cierres, juntas, cojinetes, componentes del motor, elementos de unión.

Instalaciones: climatización, refrigeración, eléctrica.

Habitáculo: salpicadero, paneles interiores, mandos.

Figura-2: Aplicación de los materiales plásticos en el automóvil

2. MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA EN

AUTOMÓVILES CONVENCIONALES

2.1. MATERIALES COMPUESTOS POLIMÉRICOS REFORZADOS CON FIBRA DE CARBONO

Los materiales compuestos de grafeno o nanotubos de carbono son algunos de los materiales compuestos más utilizados debido a su extrema dureza (superior a la del diamante) o las asombrosas capacidades conductoras de electricidad, que permiten pensar en aplicaciones casi infinitas como por ejemplo aumentar la vida de los dispositivos electrónicos o conseguir pantallas tan delgadas como un papel y con capacidad de enrollarse.

Entre sus aplicaciones destacan los avances para mejorar la seguridad y el mantenimiento en vehículos. Así existen innovadores sensores inteligentes para pedales, volantes, cinturones de seguridad y textiles. Estos sensores detectan cambios en el estado de los elementos, alertan de posibles accidentes y ponen en marcha mecanismos de seguridad de los vehículos. Por ejemplo, los sensores en los pedales de los frenos de los automóviles consiguen, a través de monitorización, optimizar la frenada, es decir, que se reduzca el tiempo y la distancia recorrida desde que el conductor pisa el freno hasta que el vehículo se detiene.

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Los materiales compuestos de matriz polimérica reforzados con fibra de carbono, tienen muy buenas propiedades mecánicas por lo que también son muy utilizados en el sector automovilístico, si bien presentan algunas dificultades de implantación en el mercado debido a su método de fabricación. Por ejemplo Toyota fabricaba vehículos con un 65% en peso de material compuesto como el LFA, y su objetivo era fabricar vehículos con un 100% en peso de material compuesto sin embargo el proyecto no era viable económicamente y el proyecto tuvo que suspenderse. Pero el conocimiento adquirido será transferido a otros modelos de la gama Toyota y Lexus. El objetivo ahora pasa por producir componentes ligeros en material compuesto para ser incluidos en vehículos de gran consumo, ayudando de esta manera a reducir peso y consumos.

Muchos son los fabricantes (desde Lamborghini a General Motors) que buscan producir sus vehículos en este material compuesto ligero y muy resistente, pero extremadamente caro.

El principal problema proviene de los tiempos de producción. La forma de construir un material compuesto es la siguiente: se colocan de manera ordenada las telas de fibra (se trabaja más como un taller de costura que como una fábrica de automoción) en las direcciones deseadas, procediendo posteriormente a la introducción de la resina. Durante este proceso son muy importantes las direcciones de fibra, ya que la colocación de esas fibras determinará las propiedades mecánicas del material. Una vez que se han integrado las fibras con la resina se ha de proceder al proceso de curado de la resina. Estos procesos pueden ser tan largos en tiempo (del orden de días) que prácticamente imposibilitan la producción en serie al ritmo que la industria del automóvil requiere. Por ejemplo el habitáculo de un Toyota LFA tardaba casi 2 semanas en construirse debido a las complicaciones de los procesos de producción. Lo que provocaba que la empresa Toyota perdiera dinero en este proyecto. Y de hecho, ningún modelo de coche producido en gran serie hasta el momento lleva una estructura en material compuesto. La única compañía que se ha atrevido a intentarlo ha sido BMW con su nueva gama eléctrica para mantener el peso contenido, pero aún así los problemas asociados a la fabricación de estos materiales hacen de ello un proceso caro y complejo. Para mejorar ese aspecto, los fabricantes buscan nuevas soluciones, como nuevas matrices poliméricas que curen más rápido que la epoxi o nuevos procesos productivos que mejoren la automatización del mismo.

Un ejemplo de utilización de materiales compuestos poliméricos reforzados con fibra de carbono en vehículos es el chasis del modelo Ferrari FX70 (Figura 3). En su fabricación se utilizan hasta cuatro tipos distintos de fibra de carbono, junto a un laminado de tejido de fibra de aramida (Kevlar). Además, debido a las peculiaridades de la fabricación de materiales compuestos, todo el proceso se ha realizado de forma manual, desde el corte de las fibras al posicionado de las mismas. La estructura principal fue realizada en T800, un tipo de fibra de carbono con certificación aeronáutica (es la misma que se utiliza en aviones como el Boeing 787). Este tipo de

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fibra se utiliza como refuerzo tanto en tejido bidimensional como en forma de cinta unidimensional. El siguiente tipo de fibra es la T1000, la cual se utiliza en piezas de alto rendimiento dentro de la industria aeronáutica y de tanques presurizados; así como en el morro de los Fórmula 1. Se trata de la fibra con mayor resistencia a tracción disponible en el mercado, y en el caso de Ferrari se utiliza por sus grandes capacidades de absorción de impactos. Al igual que en el caso de la T800 se utiliza tanto en forma de tejido bidimensional como en tiras unidimensionales. En otras zonas se utiliza la también fibra de alto módulo elástico M46J, la cual consigue que el chasis presente una rigidez estructural elevada. Una vez más, la disposición de las fibras puede ser unidireccional o en tejido bidimensional a 90º. Finalmente, a toda esta amalgama de distintos tipos de fibras de carbono, se le añade la aramida (Kevlar) para proteger los bajos del coche de los impactos de piedras u otros elementos, incrementando de esta manera la durabilidad de la estructura.

Figura-3: Chasis del modelo Ferrari FX70

Otro ejemplo de utilización de materiales compuestos poliméricos reforzados con fibra de carbono en vehículos son el Audi R8 y el RS3, ambos vehículos de alta gama que incorporan partes de fibra de carbono como el capó de fibra de carbono y la cubierta trasera. Sin embargo la utilización de fibra de carbono en vehículos de gama media podría estar más cerca debido a la alianza entre Audi y Voith GmbH con la que van a desarrollar una cadena de procesos altamente automatizados para grandes volúmenes de producción de automóviles. Voith tiene muchos años de experiencia en el desarrollo de polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP), por lo que aplicará su know-how tecnológico para el sector del automóvil. Además la compañía Ford ya ha presentado el primer prototipo de capó de materiales compuestos con fibra de carbono para el modelo Ford Focus (Figura 4), aunque avisan de que estos ejemplares no estarán a la venta en un futuro próximo.

Figura-4: Prototipo del capó de material compuesto de fibra de carbono del Ford Focus

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2.2. MATERIALES COMPUESTOS POLIMÉRICOS REFORZADOS CON FIBRA DE VIDRIO

Aunque la resistencia mecánica y peso de los GFRP (glass fibre reinfoced polymers en inglés) no iguala a los materiales compuestos poliméricos reforzados con fibra de carbono, su bajo coste los convierte en una solución ideal para piezas que no dispongan de requerimientos estructurales tan exigentes como es un chasis de un automóvil.

Los GFRP llevan décadas usándose en los paneles de carrocería de muchísimos modelos, su bajo peso y facilidad de conformación hace que se puedan crear formas complicadas en los mismos sin necesidad de utilizar prensas complejas, y extremadamente caras, como en los materiales metálicos.

Su uso estructural en transporte viene limitado por sus propiedades mecánicas, que lo ponen en desventaja frente a los materiales compuestos poliméricos reforzados con fibra de carbono.

Un ejemplo de utilización de materiales compuestos poliméricos reforzados con fibra de vidrio, es el Audi Crossline Coupe, el cual está construido sobre una base de aluminio, y materiales compuestos reforzados tanto con fibra de carbono como con fibra de vidrio, con lo que obtiene un peso total de 1.390 kg. Estando la carrocería entera confeccionada con materiales compuestos poliméricos reforzados con fibra de vidrio.

Otro ejemplo de uso de material compuesto de matriz polimérica con refuerzo de fibra de vidrio es el uso de fibra de vidrio reforzada PA 66 en colectores de admisión del motor. Las ventajas sobre colectores de aluminio son: una reducción de hasta 60% en peso, y una mejora de la calidad de la superficie y la aerodinámica.

También se fabrican pedales de embrague hechos de materiales compuestos de matriz polimérica reforzados con fibra de vidrio (PA 66 (DWP 12 -13) ) que se pueden moldear como unidades individuales, que tienen la ventaja de simplificar la producción y el funcionamiento del diseño.

2.3. TERMOPLÁSTICOS REFORZADOS CON FIBRA LARGA (LFT)

Este material ofrece, además de un ahorro de peso, toda una serie de importantes ventajas, como una mayor resistencia, mayor rigidez, mayor seguridad, mayor funcionalidad y mayor durabilidad para la pieza en cuestión, con el menor coste posible.

Los LFT se utilizan ampliamente en los soportes de la posición delantera, en los del panel de instrumentos, en los soportes de los paneles de las puertas, en las consolas, los pedales, en protecciones inferiores del chasis y en los marcos para el montaje de techos convertibles de modelos como, por ejemplo, el C3 Pluriel de Citroën, el X3 o la

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Serie 5 Touring de BMW, la versión más nueva del VW Golf o el Opel Astra (Figura 5).

Figura-5: Techo convertible del Citroën C3 (izquierda) y prototipos de un soporte de montaje fabricados en LFT (derecha)

2.3.1. Técnicas de fabricación

Aún se está buscando el método perfecto que permita integrar en el plástico las fibras más largas posibles sin dañarlas, en las mejores condiciones y con el menor coste posible. El método más antiguo de fabricación de piezas de plástico reforzadas con fibra larga es el método GMT. En este procedimiento, los termoplásticos reforzados con tejidos de fibra de vidrio se transforman generalmente en prensas como productos semielaborados. Sin embargo, si se tienen en cuenta una serie de requisitos establecidos, pueden utilizarse otras técnicas, como el moldeo por inyección convencional o el moldeo por transferencia de resina. Recientemente, la técnica D-LFT también ha irrumpido con fuerza como una de las técnicas más prometedoras para tratar fibras algo más largas.

En el caso de la técnica D-LFT, en lugar de un producto semielaborado, se crea un material compuesto a base de una matriz de polipropileno, con los aditivos correspondientes y un contenido en fibra de vidrio entre el 20 y el 40 por ciento. Inmediatamente después de haberse realizado la mezcla, se introduce en la prensa de conformación mediante un equipo de descarga, donde la pieza se prensa.

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2.3.2. Matrices termoplásticas

La empresa Ticona ha desarrollado los llamados “materiales avanzados”, materiales compuestos de matriz termoplástica reforzados con fibra larga de vidrio, de carbono, de aramida y, en algunos casos especiales, filamentos de acero fino.

Dispone de dos materiales con matriz de PP o PA en el mercado: “Celstran” (longitud de la fibra de 12 mm) y “Compel” (longitud de la fibra de 25 mm). Para fabricar estos materiales, la empresa utiliza un procedimiento de pultrusión especial patentado, en el que el porcentaje de fibra oscila entre el 30 y el 60%.

La elección del material para la matriz –al igual que el porcentaje de fibras de refuerzo– depende en cada caso de la aplicación. Los productos LFT de Ticona son compatibles con casi todos los métodos existentes hoy día: moldeo por inyección, moldeo por transferencia de resina, extrusión, moldeo por soplado y termomoldeo. Además, cabe destacar que para la transformación de estos materiales termoplásticos solamente tiene lugar un proceso físico, mientras que, en el caso de los termoestables, se producen dos procesos químicos: la reticulación del material y el endurecimiento resultante de ello.

3. RECICLAJE DE MATERIALES COMPUESTOS UTILIZADOS EN AUTOMÓVILES

Un punto muy importante referente al uso de materiales compuestos de matriz polimérica dentro de la industria automovilística es el reciclado al final de la vida útil del vehículo.

El concepto de reciclado apareció hace más de dos siglos, debido a la necesidad de prolongar los recursos naturales no renovables, que además una vez terminada la vida útil, estos pueden tener un valor económico. Esta fue la principal razón que promovió el reciclado. Por otra parte, se incluyó en el concepto que si se reutilizan los recursos existentes se promueve el mantenimiento del medio ambiente.

Dentro de lo que en este trabajo se aborda, el reciclaje de los plásticos no se inició hasta los años 70. Convirtiéndose a su vez en un negocio muy rentable para muchas industrias dedicadas a este tipo de procesos. Ya que si adquieres productos a coste reducido o cero (ya que se considera que ese producto ya no tiene ningún valor una vez finalizada su vida útil), si eres capaz de transformar el producto de una forma eficiente y venderlo como una materia prima, ya estás obteniendo beneficios económicos.

Pero generalmente cuando se habla de reciclaje no todo son alegrías, centrándonos ya en la industria automovilística, las organizaciones gubernamentales y mundiales relacionadas con la preservación del medio ambiente, están imponiendo

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legislaciones muy restrictivas respecto al uso de materiales que no posibilitan su reciclaje.

En la UE la normativa impone que el fabricante tiene que hacerse cargo de recoger todo aquel vehículo matriculado después del Julio de 2002, una vez finalizada la vida útil de forma gratuita para el propietario. Y hacerse cargo de los costes de reciclaje(o al menos de gran parte de ellos). Otro punto muy importante es que desde hace unos años al menos un 85% en peso de los componentes de un automóvil deben ser reciclables o reutilizables. Esta cuota de reciclabilidad en los próximos años (inicialmente fijado en el 2015) se verá aumentada hasta el 95%. Este punto es mucho más restrictivo que el de recogida gratuita y correr con los costes, porque esto no deja de ser económico. Pero en el caso de no ser capaz de alcanzar la cuota fijada, el fabricante no podrá poner sus vehículos en el mercado.

Los métodos de reciclaje, principalmente, se pueden organizar en cuatro grandes grupos:

Reutilización: Se basa en separar las piezas que directamente, o después de ciertas revisiones, reparaciones y/o actualizaciones se pueden volver a utilizar, ya sea para la misma función u otra diferente.

Separación y refundido: Se procesan los materiales de tal forma que se obtiene con ellos una materia prima de la misma naturaleza que la del material original.

Trituración: Muchos materiales, hasta el momento, no se conoce como poder reciclarlos según los dos métodos anteriores. Pero si que se pueden triturar y utilizar para otros usos, ya sea como un refuerzo, relleno, etc.

Reciclaje térmico: Finalmente, ya como última opción (descartando el almacenaje en un vertedero), algunos materiales se pueden quemar y utilizar su poder calorífico para la obtención de energía. Muchos autores no conciben este último tipo como un reciclaje real, ya que el material se destruye y a su vez genera emisiones que pueden no ser beneficiosas para el medio ambiente.

Cuando hablamos de reciclaje de materiales compuestos dentro de la industria automovilística hay que distinguir entre los tres tipos de matriz posible: termoestable termoplástica y elastomérica. El tratamiento es totalmente diferente dependiendo de la naturaleza del polímero.

Los materiales termoplásticos por definición son reciclables. Y cuando se habla de reciclaje de dichos polímeros hace referencia a que se pueden refundir una y otra vez, manteniendo las propiedades del polímero inicial.

El proceso para el reciclaje de estos, normalmente, consiste en separar el componente según el tipo de termoplástico que sea, para posteriormente triturarlo y mediante un separador magnético eliminar todos los posibles metales que pueda

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contener (siempre que estos sean magnéticos), finalmente se refunde, para el conformado de nuevos componentes. Hay que tener en cuenta que algunos materiales durante su vida útil pueden estar en contacto con fluidos y contaminantes, por ello puede ser necesario una limpieza previa a todo el proceso aquí descrito.

Siguiendo la definición estrictamente, tendríamos una fuente infinita de dichos materiales, refundiendo y conformando una y otra vez. Pero esto no sucede así, el material cada vez que se refunde va perdiendo sus propiedades, debido a que se va degradando, principalmente por la absorción de contaminantes.

Uno de los mayores problemas es la separación por tipos, ya que no es tan evidente, debido a que muchas veces el componente no es de un solo tipo de material o puede darse caso en el que la cantidad de polímeros que acaban en una planta de separación son muy diferentes, debido a ello la tecnología para separar polímeros esta en continuo desarrollo.

Cabe remarcar que este proceso de reciclaje de termoplásticos es posible debido a que la mayoría se refuerzan con partículas. En el caso de estar reforzados con fibra se puede fundir y separar la fibra, pero el proceso es más complejo.

Por otra parte la reciclabilidad de los componentes de matriz termoestable es mucho más complicada. La dificultad proviene de que estos materiales tienen una estructura reticulada que no permite el fundido, se mantienen estables con la temperatura hasta que alcanzan la degradación. A día de hoy es un problema no resuelto. Siendo este un gran limitante a la hora de incluir materiales compuestos termoestables dentro de la industria automovilística.

Hasta día de hoy lo que más se puede aproximar al reciclaje de este tipo de materiales es la separación según la naturaleza del conjunto matriz/refuerzo, para triturarlo y obtener polvo y fibras. En el caso de los polvos se ha propuesto utilizarlo como partículas de refuerzo. Mientras que en el caso de las fibras se baraja como opción utilizarlos como refuerzo en asfaltos o cementos.

Por otra parte se utiliza con estos compuestos la incineración para recuperarlo en forma de energía calorífica. Que como ya se ha comentado antes, generalmente conlleva el problema de no recuperar realmente el material y la producción de vapores y partículas contaminantes.

Recientemente se está estudiando el método de Solvólisis, que consiste en procesos de despolimerización termo-química utilizando agua como solvente. Con ello se rompen los enlaces de la resina termoestable y se separan las fibras de refuerzo. Del proceso se obtienen las fibras con propiedades menores a las originales de dicha fibra, pero que se les pueden dar usos para donde dichas propiedades mecánicas no sean cruciales. Y por otra parte se obtiene una gran variedad de productos químicos de valor elevado, como son el ácido benzoico, benzaldehído y acetaldehído benceno, entre otros.

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Por último los materiales con matriz elastomérica, normalmente se puede considerar que se trata de polímeros termoplásticos con cierto entrecruzamiento, pero con la diferencia que los enlaces no son covalentes, sino puentes de hidrógeno o enlaces iónicos. Esto se conoce como entrecruzamiento reversible, que es lo que permite que se deformen y luego recuperen su forma inicial.

Dependiendo del tipo de elastómero es posible refundirlo o no. En la industria automovilística el elastómero por excelencia es el caucho utilizado en los neumáticos reforzados con negro de humo, acero, telas, etc. Para el reciclaje de neumáticos se utilizan varios métodos.

Primeramente para neumáticos muy caros, como puedan ser los procedentes de aviones, camiones o autobuses, se puede retirar la capa gastada y con presión y temperatura aplicar una nueva capa de caucho nueva, dicho proceso se conoce como recauchutado.

Otro método muy utilizado es revenderlos, puede que para cierto uso ya no sean validos, pero si pueden serlo para otro usuarios, ya sea como neumático o dándole otro uso totalmente distinto.

Hasta hace poco se han utilizado en incineradoras para la producción de energía, pero en muchos países ya está totalmente prohibido destinar los neumáticos a este uso.

Una de las soluciones más interesantes consiste en la trituración de los neumáticos para usarlos en suelos deportivos o zonas de ocio infantil, o bien se pueden usar para la construcción de carreteras. Para esto al triturarlo hay que retirar los posibles contaminantes, como aceros o fibras, que puedan contener.

Finalmente otro método de recuperación de los neumáticos usados es someterlos a un proceso de termólisis, que consiste en descomponer el polímero rompiendo el enlace químico a alta temperatura y en ausencia de oxígeno, con lo que se obtienen hidrocarburos. Estos hidrocarburos son los que se utilizan inicialmente para el conformado de nuevos neumáticos.

4. PROYECTO HIVOCOMP

El proyecto HIVOCOMP (Advanced materials enabling high-volume road transport applications of lightweight structural composite parts) es un proyecto Europeo, lanzado oficialmente en octubre de 2010 y que se extenderá hasta septiembre de 2014, que pretende conseguir la producción en mayor volumen de plásticos reforzados con fibra de carbono (CFRP), combinando tiempos de producción (ciclos) muy cortos con un rendimiento que cumple con los requisitos de automoción. En la Figura 6 se recoge el resumen de este proyecto: presupuesto, la duración, los colaboradores, etc.

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Figura 6. Resumen proyecto HIVOCOMP

Se centra en el desarrollo y la demostración de la viabilidad de dos sistemas de materiales novedosos muy prometedores:

• Materiales avanzados de matriz termoestable de poliuretano (PU) que ofrecen una combinación de comportamiento mecánico mejorado y tiempos de ciclo reducidos en comparación con los sistemas de matriz convencionales.

• Materiales compuestos poliméricos basados en termoplásticos PP y PA6 auto-reforzados que incorporan refuerzos continuos de fibra de carbono, que ofrecen una mayor dureza y reduce los tiempos de ciclo en comparación con las actuales soluciones de termoplásticos y termoestables.

Se ha logrado un progreso considerable en el desarrollo de las resinas basadas en poliuretano y tras haberse completado el estudio, todos los socios están trabajando con la resina mejorada. Las principales mejoras han sido en los parámetros relacionados con el procesamiento, tales como viscosidad de la resina reducida y la mejora de la cinética de reacción, que permite un tiempo de ciclo reducido.

Además se han elaborado tres conceptos de hibridación para el polipropileno auto-reforzado y materiales compuestos de poliamida: híbridos de capa por capa (layer-by-layer), de intra-capa (intra-layer) y de intra-hilo (intra-yarn); mostrando todos ellos mejoras en rigidez y consiguiéndose diferentes grados de endurecimiento en comparación con los compuestos de fibra de carbono regulares de PP.

Por último, dentro del proyecto, se han definido cinco aplicaciones de alto volumen con diferentes requisitos de proceso y rendimiento, que están recogidas en la Figura 7. Se está realizando un análisis del coste y del ciclo de vida, y posteriormente serán diseñados y fabricados por los socios industriales de proyecto HIVOCOMP.

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Figura-7: Aplicaciones de HIVOCOMP

5. MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA EN AUTOMÓVILES DE COMPETICIÓN

5.1. INTRODUCCIÓN

Cualquier estructura ingenieril, independientemente de su función puede fabricarse de uno o más materiales. La introducción del chasis de material compuesto reforzado con fibra de carbono fue uno de los avances más significativos de la historia de la Fórmula 1. El desarrollo tecnológico logrado con estos materiales avanzados significó coches más ligeros, rápidos y seguros que nunca.

Todos los fabricantes de Fórmula 1 eligen polímeros epoxi reforzados de fibra de carbono (CFRP) para la construcción de las estructuras primarias y secundarias. Las primarias incluyen el chasis, estructuras de impacto frontales y traseras, laterales y alas, las secundarias incluyen vainas laterales, cubiertas del motor, paneles de protección de bajos, espejos retrovisores y cajas de instrumentos. Es más sencillo hacer una lista de los elementos que no están hechos de polímeros reforzados con fibras (FRP), como son el motor, el sistema de transmisión y las ruedas.

5.2. DISEÑO DE LOS COCHES DE F1

El diseño general de los monoplazas no ha variado desde los años 60. El componente central es el chasis (Figura 8), que aloja al conductor, la celda de combustible y la suspensión delantera.

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Figura-8: Chasis de coche de Fórmula 1

El ensamblaje se completa añadiendo la caja de cambios y la suspensión trasera, que se muestran en la Figura 9.

Figura-9: Caja de cambios y suspensión trasera

Además, el chasis tiene la función secundaria de proteger al piloto en caso de accidente. La regulación limita el peso del coche más el piloto en 605 kg, así que se intenta construir el coche ajustándose al límite a ese valor para ser competitivo.

Se ha estimado que una masa de 20 kg sobre el peso límite representa una pérdida de 0.4 segundos en un circuito típico de F1. Parece poco pero en este deporte puede suponer varias posiciones en una carrera completa. Con materiales modernos es relativamente fácil fabricar un coche que satisfaga la legislación y tenga un peso inferior al establecido. Esto hace que a primera vista los esfuerzos por reducir el peso de los coches parezcan inútiles, pero disminuir el peso del chasis sí reporta ventajas, ya que al estar siempre acelerado, una masa inferior permite a los ingenieros variar la posición del

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centro de gravedad del coche e influir mucho en su manejo. La búsqueda de menor peso y mejor rendimiento han estimulado la introducción de nueva tecnología en el diseño y construcción. Los componentes estructurales del coche deben ser rígidos, suficientemente fuertes para satisfacer los requerimientos mecánicos, tolerantes y resistentes al impacto y de peso mínimo. La solución a este problema se logra optimizando la geometría, la calidad de construcción y usando los materiales más apropiados.

En el campo de los materiales compuestos de matriz polimérica en la F1 dominan los de matriz termoestable, especialmente las resinas epoxi. En la Tabla 1 se observa el porqué de la sustitución de aleaciones metálicas.

Al contrario de lo que muchos creen, los materiales compuestos no son materiales maravillosos, de hecho sus propiedades mecánicas no son mejores que las de los metales, además exhiben menores deformaciones a fallo que las aleaciones metálicas de resistencia similar. Lo que los hace atractivos son sus densidades inferiores y por lo tanto sus propiedades específicas mejores y el aligeramiento de los componentes, aunque este aligeramiento no es tan grande como supondría la Tabla 1 porque las fibras son muy anisotrópicas. Además estos módulos y resistencias específicos solo responden a ciertos regímenes de carga. Aún así ahorros de peso del 30-50% ya se han conseguido frente a componentes metálicos.

Tabla-1: Propiedades mecánicas de metales y materiales compuestos

Durante los últimos 20 años se ha ido aumentando el uso de materiales compuestos en componentes sometidos a altas tensiones. Estos están diseñados para tener una cantidad precisa de fibras en la posición y orientación correctas con un mínimo de polímero que aporte soporte y distribuya las cargas. La industria de los materiales compuestos alcanza esta precisión utilizando preimpregnados o “prepregs” como producto intermedio, se fabrica mediante sucesivas capas de “prepregs” y curándolas bajo temperatura y presión. Muchos componentes consisten en paneles sándwich, pieles delgadas de alta resistencia, separadas y unidas a interiores de

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honeycomb ligeros y gruesos. Cuanto más grueso es el interior, mayor es la rigidez y resistencia del componente con un aumento mínimo de peso (Figura 10).

Figura-10: Resistencia y rigidez en paneles sándwich

5.3. EVOLUCIÓN DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA F1

La primera aplicación en Fórmula 1 de material compuesto se remonta a los años 20 en forma de chasis de acero y madera. Hasta 1950 el método predominante de construcción de chasis de F1 consistía en estructuras tubulares de aluminio rodeadas por paneles de aluminio. En ese momento se introdujeron resinas poliéster con fieltro de fibra de vidrio orientado al azar. Este material permitió una producción relativamente barata de componentes con curvaturas complejas y reemplazó al aluminio. En los paneles laterales, las pieles estaban hechas de preimpregnados de fibra continua de vidrio en matriz epoxi y el corazón de panales de abeja de aluminio unidos con una película adhesiva. El uso de polímeros reforzados con fibra de vidrio (GFRP) continúo hasta finales de los 80.

El primer chasis verdaderamente de material compuesto se construyó en los 60 por los coches Cooper. La estructura consistía en una piel exterior de aluminio trabajada a mano, un honeycomb de aluminio y una piel interior de GFRP. Una piel exterior formada por una única pieza se producía a partir de varios paneles para dar lugar a la forma final aerodinámica. El interior de honeycomb de aluminio se unía a la estructura en otra operación. Aunque este coche nunca alcanzó la pista, supuso las bases del diseño de chasis de F1 durante las siguientes 2 décadas.

El chasis de material compuesto de fibra de carbono lo introdujo por primera vez McLaren en 1980, y consistía en una disposición pseudo-monolítica colocada sobre un molde de aluminio usando prepregs unidireccionales de fibra de carbono. El molde se desmontaba a través de la abertura de la cabina y se llevaba a una autoclave. Se necesitaban tres etapas de curado, una para la piel de material compuesto interior, otra para la película adhesiva de epoxi que se unía al interior de honeycomb y una tercera para pegar la piel exterior. El diseño y construcción básicos permaneció invariable durante varios años. En 1980 la reputación de los materiales compuestos en cuanto a resistencia a impacto era mala debido a problemas en motores de aviones y algunos fallos graves aparecidos en los primeros componentes de coches. De hecho, muchos

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diseñadores mostraron sus dudas en la utilización de materiales tan frágiles en una aplicación sometida a altas tensiones. A pesar de esto, el McLaren MP4/1, el primer automóvil de competición con monocasco de fibra de carbono (Figura 11) fue un éxito y pronto fue copiado por el resto de equipos.

Figura-11: Primer coche F1 con monocasco de fibra de carbono

En 1981 se comprobó que además de mejorar las propiedades mecánicas y menor peso del chasis de material compuesto de fibra de carbono, el daño causado por los accidentes se limitaba a los alrededores del impacto. Las reparaciones se ejecutaban rápidamente y efectivamente con pequeñas o nulas pérdidas de rendimiento y que su reacción frente a colisiones graves era extraordinaria. Las energías de absorción de los materiales compuestos han contribuido mucho a la seguridad de los pilotos de este deporte. Todos hemos visto accidentes espectaculares en la F1 en las que el coche queda destrozado y el piloto sale por su propio pie.

El siguiente avance en la construcción de chasis ocurrió en 1983, el equipo alemán ATS desarrollo una carcasa hecha en “female composite tooling” (moldes negativos) (Figura 12). Las dos mitades de la estructura estaban fabricadas de prepregs tejidos, reforzados, y unidos por una línea central. Este proceso mejoró mucho la eficiencia de la envoltura aerodinámica ya que la carrocería necesaria para cubrirla era mínima. Además daba oportunidad para optimizar la geometría y por tanto la eficiencia estructural. Este método de fabricación necesitaba una junta en la carcasa principal y una gran habilidad del laminador para producir componentes reproducibles. Avances en la forma aerodinámica, chasis estructural y técnicas de laminación han asegurado un desarrollo continuo del chasis y otras piezas de material compuesto.

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Figura-12: ATS D6 fabricado por moldeo en negativo.

Durante el diseño del MP4/1, McLaren utilizó materiales compuestos de carbono en todos los componentes en los que aportaba ventajas en las propiedades mecánicas o reducción de la complejidad del diseño. Desde entonces ha habido un proceso de reemplazamiento continuo de los metales. A principio de los 90, desarrolló miembros de suspensión de material compuesto, que actualmente utilizan todos los equipos. (Figura 13).

Figura-13: Suspensión de material compuesto

Además del ahorro de peso, las varillas de cierre de válvulas y varillas de suspensión de CFRP tienen una resistencia a fatiga casi infinita, lo que los hace mucho más rentables que el acero. La última innovación fue la introducción de una caja de cambios de material compuesto por los equipos Arrows y Stewart en 1998, aunque el verdadero potencial de estas estructuras se descubrió en 2004 por el quipo BAR-Honda. Las cajas de cambios de material compuesto (Figura 14) son más ligeras que las

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tradicionales de aleaciones metálicas, hasta un 25% más rígidas, pueden operar a mayores temperaturas y son fáciles de modificar y reparar.

Figura-14: Caja de cambios de material compuesto

Los materiales compuestos de fibra de carbono ocupan el 85% del volumen de un coche de Fórmula 1 actual y sólo el 25% de su masa. El chasis, la carrocería, sistemas de enfriamiento de radiadores y frenos, estructuras de impacto delanteras y traseras, suspensión, caja de cambios, volante y la columna de dirección son de material compuesto de fibra de carbono. Además de estos componentes estructurales existen materiales compuestos especiales, como frenos carbono-carbono, embragues y recubrimientos ablativos dentro y alrededor de los tubos de escape.

5.4. OTRAS FIBRAS

Aparte de las fibras de carbono, en la Fórmula 1 también se han utilizado tres tipos de fibra polimérica, fibra de aramida (Kevlar), “Zylon” y filamentos de polietileno muy orientados.

Las fibras de aramida, son similares a las inorgánicas (de carbono o de vidrio) en cuanto a las propiedades a tensión pero tienen mucha menos resistencia a compresión, menor densidad y mayor dureza. Se pueden incorporar a materiales compuestos de la misma forma que las fibras de carbono (apilamiento manual, devanado de filamentos, prepregs,…) y se han utilizado habitualmente para la resistencia al impacto y a la abrasión. El desarrollo de fibras de carbono de módulo intermedio y mayor resistencia unidas a matrices epoxi endurecidas con termoplásticos, han hecho que los materiales compuestos de kevlar se vayan quedando obsoletos; pero siguen siendo obligatorios en la estructura de los parachoques frontales y otros apéndices aerodinámicos en la parte delantera del coche, para reducir la probabilidad de daño que puedan producir fragmentos de material compuesto en los neumáticos. Otra fibra de aramida ampliamente utilizada es la conocida como “Nomex”, una fibra corta menos orientada que se emplea en material interior hexagonal.

“Zylon” es una fibra extremadamente resistente consistente en cadenas lineales rígidas de moléculas de poli(p-fenileno-2, 6-benzobisoxazol) (PBO) . Un panel de

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blindaje de epoxi/Zylon se coloca para la célula de supervivencia de cada monocasco para proteger al piloto.

“Dyneema” y “Spectra” son nombres comerciales de filamentos continuos de polietileno muy orientado. Su gran resistencia y baja densidad (0.97 g/cm3) le otorgan propiedades específicas superiores al resto de fibras estructurales. Su principal problema es que no pueden utilizarse a alta temperatura ya que funden a 133-136ºC y existe una pérdida progresiva de su alineamiento. Además la superficie grasa asociada a las poliolefinas a menudo conduce a una baja adhesión entre las fibras y la matriz. Se utilizan en F1 ocasionalmente en forma de híbridos co-tejidos con fibras de carbono en estructuras de impacto reglamentarias. El objetivo es explotar su alta resistencia a tensión para mantener la integridad de los componentes y optimizar la desintegración controlada de las fibras de carbono y honeycomb que facilitan la absorción de energía. Un material compuesto de fibras de carbono/kevlar tendría la misma función pero sería más pesado.

Las propiedades mecánicas principales de los materiales compuestos (resistencia, rigidez y fallo por deformación) se rigen principalmente por las propiedades de las fibras, su fracción en volumen, orientación y carga aplicada a su arquitectura en la estructura. Las cintas unidireccionales ofrecen la mejor translación de las propiedades de la fibra porque las fibras no están tan distorsionadas como en los prepregs. Además el contenido en resina es mayor en prepregs lo que reduce las propiedades mecánicas.

Existen tres motivos para el uso de tejidos en los materiales compuestos, la facilidad de conformado de geometrías complejas (drapabilidad), la reducción del tiempo de fabricación y el aumento de la resistencia al daño. Las cintas de fibra unidireccionales tienen una resistencia mínima en la dirección perpendicular a las fibras, para solucionar este problema se utilizan tejidos con suficiente resistencia perpendicular para conformar la superficie.

Son posibles un gran número de variaciones en las propiedades de los materiales compuestos tejidos combinando diferentes hilos y tejidos.

La matriz sirve para unir las fibras en la estructura y protegerlas de daños mecánicos y ambientales, además contribuye en gran medida a las propiedades secundarias del material compuesto. Las estructuras laminadas se caracterizan generalmente por su mal comportamiento en direcciones distintas de las de las fibras. Esto las hace más sensibles al daño por impacto. Sistemas de resinas endurecidas se han empleado para aumentar el trabajo de fractura en la región interlaminar. Esto se ha logrado usando mezclas de resinas, básicamente polímeros termoplásticos duros para detener y desviar las grietas que se propagan en la zona interlaminar. El endurecimiento de resinas que curen a baja temperatura (120ºC) es relativamente sencillo, mientras que las resinas mejoradas requieren más temperatura (180ºC), generan más daño a las fibras

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y son más caras. En los últimos años se han desarrollado sistemas de curado a 135ºC que combinan la facilidad de procesado y un mejor comportamiento térmico.

6. AVANCES E INVESTIGACIONES EN MATERIALES COMPUESTOS DE

MATRIZ POLIMÉRICA PARA EL SECTOR DEL AUTOMÓVIL

6.1. INTRODUCCIÓN

La reducción de peso es una constante preocupación desde la crisis energética sufrida en la segunda mitad del siglo XX, siendo un objetivo muy importante en la industria del automóvil. Por esta razón los fabricantes necesitan aligerar el peso de los vehículos para mejorar el rendimiento de combustible y cumplir los requerimientos sobre emisiones contaminantes. Pero no debemos olvidar que aparte de aligerar el peso, los vehículos también deben ser elementos seguros y con un precio competitivo. Es en este sentido cuando en un principio los materiales compuestos de matriz polimérica parecía que iban ser los componentes dominantes en la fabricación de turismos, en cambio el sector metalúrgico encontró formas de plantar cara a estos materiales compuestos, de forma que han podido mantener su funcionalidad a base de evolucionar materiales ya conocidos como pasa con la utilización de “espumas” de aluminio y los aceros de alta resistencia para el chasis y elementos que tengan que absorber choques. Esta situación da lugar a que las empresas dedicadas a metales y materiales compuestos de matriz polimérica compitan en cuanto a innovación y desarrollo de estos productos para automoción.

Debemos tener en cuenta también la búsqueda de un desarrollo sostenido en la fabricación de estos elementos es fundamental, debiendo ir de la mano de la innovación y los métodos de producción en que se aplica. Actualmente es difícil encontrar una solución técnica operativa y económicamente viable de reciclaje de estos compuestos en automóviles. Estos materiales compuestos son esencialmente termoestables y estos retos del sector dependen de la movilización de todos los actores y de sus esfuerzos de investigación-desarrollo. Por todo ello las empresas del sector ven en la innovación un medio privilegiado para hacer frente a los imperativos cruzados de sus proveedores y clientes. Algunos innovan poniendo en el mercado nuevos productos: resinas y nuevos semiproductos más seguros y más rápidos. Otros desarrollan procedimientos poniendo a punto métodos o herramientas más rápidas, más potentes y utilizando herramientas de diseño más eficaces.

De hace unos años se puede mencionar como ejemplo en el desarrollo e innovación del sector la utilización de poliamida PA 6.6 reforzada con fibra larga de vidrio y tintada en tono gris para el Citroën C3. El techo practicable permite convertir una berlina convencional en un cabrio, un spider o incluso en una pick-up, gracias al marco rotativo que permiten estos materiales compuestos. La utilización de termoplásticos reforzados con fibra larga de vidrio permite optimizar en particular la resistencia, la rigidez y la termoestabilidad de las piezas de forma considerable.

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6.2. FIBRAS NATURALES

Las fibras largas encargadas de proporcionar una elevada resistencia y durabilidad a la pieza no tienen por qué ser siempre de vidrio, carbono o aramida, también se está estudiando actualmente el uso de fibras naturales de más de 30 mm en los procesos de fabricación en serie. Un ejemplo son los revestimientos interiores de los automóviles a base de PP reforzado con fibras de lino. Las fibras naturales tienen cada vez más posibilidades de formar parte de nuevos productos reforzantes, y es que su aplicación ha ido aumentando en los múltiples sectores en los que operan los materiales compuestos (Figura 15).

Figura-15: Uso de polímeros con fibras naturales por sectores

La utilización de este tipo de materiales conferiría mayor libertad a la hora de conformar la estructura de la pieza (mediante un proceso de extrusión) y permitiría eliminar los desperdicios o al menos minimizarlos reintroduciéndolos en la línea. Este método con fibras naturales, sin embargo, todavía no se ha utilizado a escala industrial. Por este motivo, se empezó a trabajar en la fabricación de este tipo de materiales compuestos mediante la técnica de plastificación-prensado.

En Alemania existe el Thüringer Institut für Textil-und Kunststoffforschung e.V (TITK) que se encarga de estudiar estos tipos de materiales compuestos, e indican que ya son de amplia utilización en fabricación en serie, como los revestimientos interiores a base de PP reforzado con fibras de Lino. La utilización de extrusión en el conformado de estos materiales da mayor libertad en su proceso productivo y además eliminaría desperdicios de material. El TITK está fabricando materiales compuestos con refuerzo de fibra larga mediante la técnica de plastificación-prensado mediante la técnica D-LFT mencionada en anteriores apartados. La empresa Dieffenbacher ha fabricado revestimientos de bajos de vehículo a base de PP reforzado con lino y sisal. No obstante, los resultados de los ensayos revelaron que las propiedades físicas de las piezas fabricadas con este método no se correspondían siempre en su totalidad con los de las piezas de fibra de vidrio fabricadas mediante moldeo por compresión. Sin

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embargo, se muestran optimistas a que estas propiedades puedan mejorarse bastante si se consiguen optimizar las condiciones de proceso, la unión fibra-matriz y la tenacidad al impacto.

6.2.1. Materiales compuestos de madera-plástico (WPC)

Los materiales compuestos tipo WPC son unos materiales más ecológicos que los materiales compuestos habituales con una gran durabilidad. Consisten en la unión de fibra vegetal y un termoplástico o termoestable. En líneas generales puede decirse que presentan elevada resistencia y dureza, bajo coste, baja densidad, pocas emisiones de CO2, biodegradables y renovables. Todo esto antes mencionado se traduce en mejoras de resistencia mecánica, reducción de peso y consumo de combustible, menor coste de producción, mayor seguridad para los pasajeros y actúa como antiastillaje.

Estos materiales compuestos entran en el grupo de los llamados green composites y en ellos se utilizan polímeros como elementos matriz tales como polipropileno, polietileno, PVC y resinas fenólicas y epoxis. Las fibras naturales pueden clasificarse según su origen en vegetales, animales o minerales. Este tipo de fibras presenta las ventajas descritas anteriormente, pero también presenta algunos inconvenientes como son su tendencia a formar agregados durante el procesado, baja estabilidad térmica, baja resistencia a la humedad, la poca mezclabilidad entre madera y polímero y la temperatura de procesado que no debe ser elevada.

6.2.2. Aplicaciones en la industria automovilística

Hoy en día el mercado WPCs es un negocio de billones de dólares, que encuentra en los fabricantes de automóviles a sus mejores clientes. Se utiliza en piezas del interior de los cuadros de mando, paneles de las puertas, cojines de asientos, respaldos y también la utilización de fibras de lino en los frenos de disco de los coches.

Con la gran concienciación que existe hoy en día sobre la protección del medio ambiente, es importante para los fabricantes mejorar la reciclabilidad de sus productos, ya que la UE obligará a que en 2015 el 95% del peso de un vehículo sea de materiales reciclables, y es esto donde se deben aprovechar las características de los WPCs.

Empresas pioneras en este sentido son Daimlier-Benz, que en 1991 comenzaron a investigar la sustitución de la fibra de vidrio de sus coches por fibra vegetal, Mercedes Benz utiliza paneles de puerta basados en yute, Daimlier-Chrysler introduce estas fibras en sus productos a partir del año 2000 y en la actualidad trabajan con ellas todos los grandes fabricantes alemanes del sector. Daimlier-Crysler es una marca que actualmente trabaja en la investigación y desarrollo de materiales compuestos de poliéster y lino para aplicaciones exteriores. Mercedes-Benz ha conseguido con estos materiales compuestos una reducción del 20% de su peso sin perder propiedades mecánicas.

Algunos pesos de elementos fabricados con fibras vegetales son: en puertas delanteras 1.2-1.8kg, en puertas traseras 0.8-1.5kg, huecos y soportes hasta 2kg,

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respaldos 1.6-2kg, deslizadores del techo de cristal hasta 0.4kg y cabezales 2.5kg (Figura 16).

Figura 16: Aplicaciones de composites de fibra vegetal en un coche

6.3. MATERIALES COMPUESTOS EN EL PARAGOLPES Y SISTEMAS DE PROTECCIÓN ANTICOLISIONES

Los materiales compuestos en automoción para paragolpes se aplican de forma que soporten sin problemas los requerimientos mínimos de su función y que también sean elementos ligeros. Este sistema consiste en 3 partes fundamentales: carcasa, absorbedor de energía y viga. El desarrollo del sistema paragolpes utilizando el moldeo en láminas compuesto (SMC) es un campo en el que actualmente se está investigando mucho, de manera que se está probando con diferentes matrices para un refuerzo de fibra de vidrio. Tampoco podemos olvidar la parte referida al diseño en este sentido, ya que de hecho hay claras diferencias en cuanto a diseño y características de los elementos paragolpes según estemos hablando de coches de gama media, alta y de camiones.

En el caso de camiones y autobuses se está probando con un híbrido de fibra de vidrio, más ligera que su equivalente en acero, y se ha descubierto que la fracción volumétrica del material embebido afecta significativamente a las propiedades de absorción de energía del material compuesto.

Los fundamentos de un buen diseño de sistemas anticolisiones deben tener en cuenta los siguientes aspectos:

Mantener un volumen de supervivencia o el espacio de los ocupantes. Delimitar el número de ocupantes en ese espacio. Que la desaceleración que soporten los ocupantes esté dentro de límites tolerables. Mantener la integridad de la jaula de seguridad. Reducir al mínimo los riesgos de impactos posteriores al choque.

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Se dice que un material tiene buena resistencia al impacto si absorbe la mayoría de la resistencia del impacto resultante del accidente. La Figura 17 muestra el comportamiento ideal de un material entre la carga de aplastamiento y longitud.

Figura 17: Curva ideal Crush Load vs. Crush Lenth

Un dato importante a tratar a la hora de elegir materiales para estas funciones es tener en cuenta la energía específica de absorción, que viene dada por:

Donde:

W = Energía total de absorción (área bajo la curva). V = Volumen de material aplastado. ρ = Densidad del material.

Por su parte, la Figura 18 compara la energía específica de absorción (SEA en inglés) de metales y materiales compuestos:

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Figura-18: Energía específica de metales y composites

Queda claro que los materiales que cumplan esta función deben cumplir por un lado una función estructural de forma que mantengan la integridad y por otro lado que se deformen y absorban toda la energía posible; en este sentido y tras ver la anterior Figura, parece que los materiales compuestos de matriz polimérica cumplen esta función.

Figura-19: Paragolpes de un camión

7. ALGUNOS FABRICANTES DE MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA PARA AUTOMÓVILES.

Hay que recordar que en la industria del automóvil además de las conocidas empresas mencionadas en anteriores apartados, existen otro gran número de proveedores que investigan y desarrollan productos específicos que son vendidos a las marcas comerciales, además de centros de investigación y desarrollo de materiales compuestos, para finalmente ser montados en los vehículos que todos conocemos. Aquí se recogen algunas de estas empresas.

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Grupo Antolín-Irausa, S.A.

Ctra. Madrid-Irún km 522.8

E09007 – Burgos (España)

Fabricante de elementos interiores de múltiples tipos de materiales compuestos. De matriz polimérica cabe destacar componentes de puertas.

RAMPF Tooling GmbH & Co. KG

Robert-Bosch-Straβe 8-10

DE 72661 Grafenberg

No es un fabricante que suministre pedidos para montaje de piezas en los coches, sino que es una empresa que proporciona la maquinaria, herramientas y tecnología a las grandes empresas para que manufacturen los productos de matriz polimérica.

Changshu Jianan FRP Products CO., Ltd

Longdeng, Haiyu Town, Changshu City, Jiangsu Province, China

P.C: 215519

Fabricante de paragolpes, cuadros de instrumentos y cubiertas de motocicletas.

KIY Carbon Co., Ltd.

Jia Hongtai Industrial Park, Longgang District, Shenzen City, Guangdong Province, China.

Empresa especializada en materiales compuestos de fibra de carbono, produce componentes para Porsche, entre ellas las carcasas interiores y embellecedores. También trabaja para las grandes compañías de motociclismo: Aprilia, BMW, Ducati, Harley Davidson, Honda, Kawasaki, Suzuki…, encargándose de las carcasas.

Dezhou Aerosa Composites CO., Ltd

Jinghua Road, Economic and Development Zone

Dezhou City, China

P.C: 253000

Especialistas en fabricación de materiales compuestos reforzados con fibra de carbono, aunque su principal negocio está en el sector energético, también suministra sus productos a la industria del automóvil.

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Saint-Gobain

42 Avenue de la Salanque B.P. 1

Bompass, F-66430

Importante empresa europea dedicada al suministro de materiales compuestos de matriz polimérica relacionados con sellantes, aislantes y espumas aplicadas a diferentes partes del coche.

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8. REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA EMPLEADA

1. http://www.motorpasionfuturo.com/industria/toyota-esta-pensando-en-producir-componentes-para-sus-coches-en-materiales-compuestos-de-fibra-de-carbono

2. http://www.motorpasionfuturo.com/mecanica-eficiente/tecnologia-del-transporte-materiales-ligeros-ii-los-materiales-no-metalicos

3. http://blog.cochesalaventa.com/audi-voith-introducir-nueva-asociaci-n-de-fibra-de-carbono.html

4. http://www.autoevolution.com/news-image/voith-to-manufacture-carbon-fiber-parts-for- audi-31372-1.html

5. http://tectonicablog.com/?p=57034

6. http://www.upm.es/institucional/UPM/CanalUPM/Noticias/256f930386597210VgnVCM10000009c7648aRCRD

7. Estructuras del vehículo. Ed. Paraninfo 2010. 9788497327725. autores: Eduardo Águeda Casado, Jose Luis Garcia Jimenez, Tomas Gomez Morales, Jose Martin Navarro.

8. Elementos amovibles y no estructurales. Ed. Paraninfo 2010. 9788497327701 autores: Eduardo Águeda Casado, Jose Luis Garcia Jimenez, Tomas Gomez Morales, Jose Martin Navarro.

9. http://recreandotec.wordpress.com/2009/10/06/inicios-del-reciclaje/

10. http://www.bmw.es/es/es/owners/recycling/_shared/pdf/El_reciclaje_de_vehiculos_al_final_de_su_vida_util.pdf

11. http://www.tecnicaindustrial.es/TIAdmin/Numeros/13/40/a40.pdf

12. http://www.slideshare.net/jose1001/reciclaje-neumaticos

13. http://www.interempresas.net/Plastico/Articulos/2309-Reciclado-de-componentes-de-automocion.html

14. www.interempresas.net/Plastico/Articulos/2310-Reciclado-de-componentes-de-automocion-(parte-2).html

15. http://www.befesa-gri.com/export/sites/befesa_gri/resources/pdf/Proyectos/Laymans_report_es.pdf

16. http://www.interempresas.net/Plastico/Articulos/101428-Nuevas-vias-para-el-reciclado-de-materiales-composites-de-los-sectores-transporte-y-naval.html

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18. http://pslc.ws/spanish/elas.htm

19. Francisco Mata Cabrera. “Utilización de composites de matriz polimérica en la fabricación de automóviles”. Técnica industrial, 254 (Septiembre 2004), 43-47.

20. Jose Manuel Torralba. “Aceros en el automóvil”. Seminarios Máster en materiales estructurales para las nuevas tecnologías. 2013

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22. http://www.interempresas.net/Plastico/Articulos/9339-Lo-ultimo-en-ligereza-termoplasticos-reforzados-con-fibra-larga.html

23. http://www.interempresas.net/Plastico/Articulos/55077-Los-compuestos-PP-de-fibra-larga-conducen-la-innovacion-en-el-sector-de-automovil.html

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34. Specialty Polymers: Materials and Applications. Ed. I.K.International Publishing House Pvt. Ltd. 2007 Autor: Faiz, M.