Situación actual de la industria de composites

Son materiales muy poco conocidos, tenemos un contacto físico con ellos tan frecuente que es difícil entender que sean tan universalmente ignorados. Si se pregunta a cualquiera qué productos utiliza que están fabricados con lo que pueden llamarse composites, materiales compuestos o plásticos reforzados, la respuesta será, las más de las veces, un encogimiento de hombros.

Para qué sirven realmente los composites

Produce una sensación curiosa trabajar en un campo industrial determinado durante cuarenta años y percatarse de que continúan siendo unos materiales tan poco conocidos como en la época en que se adoptó esta línea de trabajo porque se creía en un gran futuro para ella.

Sin embargo, están presentes en nuestra vida diaria; los puertos deportivos no existirían sin que hubiese un material que permita fabricar embarcaciones sin corrosión y con bajo mantenimiento; en las competiciones del motor sería raro que, como entonces, no se produjese un accidente mortal en casi cada carrera; muchas instalaciones químicas serían más peligrosas sin este material y pisamos composites cuando volamos o los tocamos cuando acudimos a un parque de recreo o nos sometemos a una operación quirúrgica.

Si los plásticos en general tienen poca y mala prensa a pesar de que sería imposible nuestro actual nivel de vida sin ellos, los composites tienen algo peor; la total ignorancia. Sin embargo, entre los que trabajan en este campo, parece existir algo más que interés por estos materiales; podría decirse que apasionan.

El valor de los composites hoy

Podría pensarse que un material más ligero que los demás a igualdad de resistencia, inmune a la corrosión, que puede adoptar cualquier diversidad de formas y acabados, integrar funciones y adaptar su arquitectura interior a las necesidades de cada aplicación, debería tener un precio exorbitante para no aplicarse universalmente.

Se trata de materiales de un precio competitivo en muchas aplicaciones y que podría tener muchas más si más de los procesos de transformación tuviesen una relación entre los costes totales y el de los materiales similar a los que está consiguiendo la industria de plásticos. Uwe Wascher, presidente de GE Plastics, afirmaba el pasado año que en ella, el coste promedio de estos materiales representaba ya el 67% del coste total de los productos. En la mayoría de los transformados composites, una relación inversa sería considerada altamente satisfactoria.


Figura 1 Existen aplicaciones en las que la combinación de características de los composites los convierten en el único material utilizable. Las cubiertas de protección de radares de aviones (radomes) combinan la resistencia mecánica con una total transparencia electrónica pasando rigurosos controles (foto British Aerospace)

Por esta razón, los composites son válidos hoy en dos campos concretos; uno en el que el coste de la transformación tiene una importancia relativa (artículos deportivos, aeronáutica, espacio, armamento) y otro en el que el coste de transformación es muy bajo: los moldeados de SMC para la industria eléctrica.

En los demás, con excepciones (tuberías, perfiles de pultrusión), el composite viene a ser el pariente pobre de los termoplásticos en cuanto que se considera válido para las series cortas o muy cortas y es barrido del mercado cuando el éxito del producto hace necesarias series mayores.

Una carrera de altibajos

Es necesaria una explicación para saber porqué los composites se han visto relegados a la condición de cenicienta de los materiales. Parece lógico que un material que puede competir en características y coste de materias con los metales debería encontrar sus principales aplicaciones en el campo estructural.

Para los técnicos de este material parecía existir más glamour en las aplicaciones en que se demostrase lo maravilloso que es el material sin reparar en el coste; los ejemplos pueden ser desde los palos de golf a los motores de misiles intercontinentales. Pero es mucho más difícil desarrollar métodos de transformación que permitan al material competir en el campo civil y esto, con algunas salvedades, no se ha conseguido.

Los grandes fabricantes de materiales, fibras y resinas, que son quienes marcan las direcciones de desarrollo, apostaron en su momento por volcarse en el del SMC, con el que se intentaba obtener un material competitivo en precio para un amplio espectro de aplicaciones de gran serie. Para ello se incorporaron grandes cantidades de cargas y se usaron fibras cortadas, reduciendo el coste pero también considerablemente las características mecánicas posibles para los composites de fibras contínuas.

Con lo que no pareció contarse es que los termoplásticos reforzados alcanzarían pronto características mecánicas similares y que sus procedimientos de transformación rápidos y fiables desplazarían al material de sus aplicaciones en automoción, que hoy se han reducido a los elementos de carrocería de camión, de series menores. Afortunadamente, la industria eléctrica ha encontrado en el SMC un material especialmente adecuado para sus necesidades.

Hoy no existe aún una conciencia clara en la industria de las posibilidades del material en el campo estructural, aunque entidades como la división de composites de la poderosa Society of the Plastics Industry norteamericana se muestran entusiastas respecto a las mismas. Sin embargo, hemos constatado que los grandes fabricantes de materiales no parecen tener muy clara todavía la conveniencia de invertir esfuerzos importantes en esta dirección.

Cómo se ha producido el progreso del material

Cuando estos mismos fabricantes nos explican que el progreso de la industria de composites es una historia de avances y retrocesos se limitan a constatar un hecho, pero no pueden darnos razones para ello. Y probablemente las razones son las expuestas en los párrafos anteriores: no se ha avanzado suficientemente en la dirección en que el material tenga unos nichos de aplicación en que sea imbatible.

A pesar de ello, pueden citarse algunos ejemplos en que el material parece tener franco el camino. Uno es la perfilería de pultrusión, para la que cada día se encuentran usos nuevos, pero que se encuentra con la plaga que representan las homologaciones oficiales que debe pasar cada producto nuevo. ¡Nuevo cuando su inventor, Brandt W. Goldsworthy lo presentó en 1953!. Otro son las tuberías para transporte de aguas, tanto bobinadas para aguas potables a presión como por otros procesos (procedimiento Drostholm y centrifugación) para efluentes.

La industria química hace un amplio uso desde hace años de las cualidades anticorrosivo-estructurales del material. Un ejemplo son las instalaciones para la producción de cloro que, cuando se construían en aleación metálica debían renovarse cada año y las tuberías de la planta de Solvay en Martorell han cumplido con amplio exceso la duración propuesta de quince años.


Figura 2 Los perfiles fabricados por pultrusión encuentran un número cada dí mayor de aplicaciones al combinar combinar la ausencia de corrosión con una elevada resistencia mecánica, siendo cada día más numerosas aquellas en que los montajes se realizan por encolado o por cierre de forma (foto Lerc)

En aplicaciones deportivas se trata casi del material de selección. Embarcaciones a motor, vela o remo, esquíes, pértigas de salto, palos de golf, raquetas de tenis, cañas de pesca y muchos otros productos no se fabrican prácticamente en otro material. Se trata de un campo en el que cada practicante aprecia (o dice apreciar) rápidamente la excelencia y está dispuesto a pagar por ella.

En la industria espacial en que la relación resistencia/peso es decisiva, los composites son también un material de selección. No tanto en la industria aeronáutica, en que cada nueva aplicación debe pasar tantos ensayos de seguridad, desde los materiales constitutivos al producto acabado, que las homologaciones resultan un freno costoso; así y todo se utiliza con mayor extensión cada vez.

La industria del automóvil es un ejemplo de avance-retroceso de los composites. Aunque omnipresentes en las series menores (camiones, vehículos de competición) en la gran serie se intentó introducir el uso de los SMC como material para diversos elementos de carrocería en que ha sido sustituído progresivamente por termoplásticos inyectados. La sutil diferencia en características mecánicas no fue suficiente para superar los inconvenientes de, por ejemplo, el pintado de estos materiales. Las expectativas se centran ahora en la construcción de coches livianos de tracción eléctrica, pero será necesario desarrollar procedimientos de transformación adecuados para la gran serie que no existen aún.

En qué se basa su futuro desarrollo

Difícilmente se obtendrán precios más bajos para las materias primas, con alguna probable excepción, como en la fabricación de fibras de carbono, por lo que la industria deberá ingeniarse para ser más eficiente y desarrollar métodos de transformación equiparables a la inyección de termoplásticos, pero que obtengan un aprovechamiento muy elevado de las características mecánicas del material.

En este sentido existen expectativas para el moldeo por transferencia (RTM), que está experimentando un rápido avance, aunque es probable que deba mejorarse para obtener las elevadas tasas de refuerzo, que han de aproximarse al 50% en volumen y que son las necesarias para que el material sea competitivo con los metales. Los fabricantes de resinas deberán desarrollar resinas específicamente adecuadas para esta aplicación que permitan ciclos mucho más cortos que los que se alcanzan actualmente.


Figura 3 La industria química encuentra en los composites un material que permite realizar unidades de gran tamaño, bajo peso y elevadísima resistencia a la corrosión con una total libertad de formas haciendo innecesarias gran número de juntas o soldaduras (foto Carlier Plastiques)

Una alternativa que tiene aún un coste elevado, pero que tiene a su favor, desde el punto de vista de la industria del automóvil, un fácil reciclado y una rápida transformación son

los termoplásticos reforzados con fibras contínuas, que podrían combinarse en una sola operación con lámina termoformable o con recubrimiento IMC (in mould coating) para obtener paneles con la calidad mecánica y de acabado que requieren estas aplicaciones. Queda por recorrer un largo camino para que sus costes sean adecuados, pero ya se ha emprendido. Con una base polimérica adecuada y una combinación de refuerzos híbrida de vidrio y carbono es un material que puede responder a muchas de las necesidades expuestas.

Conclusión

A la vista de los muchos ejemplos de aplicaciones con éxito del material, podría imaginarse un crecimiento exponencial de esta industria. No es así, y cualquier ciclo económico recesivo tiene mucho mayor impacto y una recuperación más lenta en este sector que en los demás industriales. Un ejemplo claro es la situación de los mercados de los EEUU y de Europa, que antes de 1990 tenían un volumen comparable y en la actualidad el europeo no llega al 60% del norteamericano. En los demás sectores no se ha producido diferencias tan importantes por el diferencial de crecimiento de ambas economías y tenemos la convicción que los defectos de orientación de esta industria son la razón principal para ello.