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Retos y tendencias del material en la fabricación de vehículos

Plásticos: “La mejor alternativa técnica para reducir el peso del automóvil”

Redacción Interempresas05/09/2013

Las tendencias de los nuevos materiales plásticos vienen determinadas por la necesidad de disminuir el peso sin rebajar la funcionalidad del conjunto. En este caso, hay que considerar tanto el diseño, desarrollo y fabricación de nuevos materiales, como los procesos asociados a su utilización o su reciclabilidad. Rosalía Guerra, responsable del Laboratorio de Automoción del Instituto Tecnológico del Plástico (Aimplas), explica a Plásticos Universales cómo serán los plásticos para la automoción del futuro.

Hoy en día, entre el 12 y el 15% del peso del vehículo es plástico. El más empleado es el PP (polipropileno), un material muy versátil que permite alcanzar un amplio rango de propiedades, seguido de plásticos más técnicos como la PA o el ABS. Dependiendo de la ubicación final en el vehículo y las prestaciones técnicas requeridas, puede elegirse entre numerosos tipos de plásticos con diferentes cargas y aditivos, adaptados a diferentes procesos de fabricación.

La utilización de nuevos materiales —entre los que destacan biomateriales, nanomateriales y los materiales reciclados— es, para Rosalía Guerra, responsable del Laboratorio de Automoción de Aimplas, “una alternativa a la utilización de los plásticos más tradicionales porque son clave para la competitividad del sector”.

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Rosalía Guerra, responsable del Laboratorio de Automoción de Aimplas.

En este sentido, los materiales de tamaño nanométrico ofrecen un abanico de posibilidades en continuo crecimiento. Según apunta la investigadora, son necesarias pequeñas cantidades para obtener las propiedades y funcionalidades requeridas. Por ejemplo, respecto a los composites tradicionales, un 2% en volumen de nanopartículas de silicatos en poliamida incrementa la resistencia en un 100%. Aunque su utilización aún es residual, debido en gran parte a su coste, ya existen numerosos productos comerciales auto-limpiables, hidrofóbicos, anti-vaho o protectores basados en tratamientos superficiales que están fabricados con nanopartículas.

La conquista del plástico

Las ventajas que ofrece la sustitución de materiales tradicionales por plástico también han llegado a sectores tan variados como el médico, ferroviario, mobiliario urbano y construcción. “Estos son los que más se han beneficiado tanto por temas técnicos y estéticos como funcionales”. Por ejemplo, la utilización de termoplásticos transparentes para acristalamiento en cualquier sector que lo requiera, supone una ventaja en reducción de peso de alrededor de un 40%.

En cuanto a los materiales fabricados a partir de materia prima vegetal Guerra explica: “no debemos olvidarnos de que la carestía del petróleo y su inevitable subida de precio son los motores que empujan al sector a buscar fuentes alternativas en los bioplásticos”. Por lo que respecta a la relación y las tendencias de los nuevos materiales con los procesos de transformación, hay que tener en cuenta, sostiene la investigadora de Aimplas, que “su utilización a gran escala pasará necesariamente porque un cambio de material no suponga un cambio radical de tecnología de fabricación”.

Vehículos más ligeros

El continuo incremento del porcentaje de plásticos en los automóviles viene dado en gran medida por la sustitución de piezas metálicas o de otros materiales por piezas plásticas. Hoy por hoy, afirma Guerra, junto con la electrificación/hibridación del motor, “la utilización de plásticos es la mejor alternativa técnica para reducir el peso del automóvil”.

En Aimplas se ha estudiado en diversas piezas de interior y componentes la viabilidad técnica y el cumplimiento de los requisitos normativos que implica el cambio de metal a plástico. “Sin duda, la utilización de plástico tanto en el interior como en el exterior del vehículo supone una oportunidad para el sector teniendo en cuenta que la fabricación mundial de vehículos supera la cifra de 80 millones actualmente”, asegura la investigadora.

La llave para la reducción de consumo y emisiones

Además de aligerar el peso y de aportar importantes beneficios en aplicaciones que mejoran la conducción y nuestra seguridad al mismo tiempo (airbags, cinturones inflables, diseños más versátiles y más seguros...), el plástico ofrece otras ventajas en la fabricación de vehículos. La nueva normativa dictada por la Unión Europea establece para 2020 un objetivo de emisiones de 95 g CO2/km de media para los turismos frente a los 137 g CO2/km actuales.

Según explica la responsable del Laboratorio de Automoción de Aimplas, si tenemos en cuenta que en un vehículo, 100 kilos de plástico pueden reemplazar 200-300 kilos de acero, un coche que pesa 1.300 fabricado con materiales tradicionales, puede reducir su peso hasta 1.100 kilos cuando se utilizan plásticos en su fabricación. Esta reducción es equivalente al ahorro de 750 litros de combustible a lo largo de la vida del vehículo, estimada en 150.000 kilómetros. Esta cifra supone que el consumo de combustible de los coches europeos se reduce en 12 toneladas al año y las emisiones de CO2 se reducen en 30.

Además de ser “la llave para la reducción de consumo y emisiones”, las características que hacen “privilegiado” al plástico frente a otros materiales son que se procesa con facilidad, es un importante recurso de los fabricantes para la diferenciación de sus productos, tienen mejores prestaciones (comportamiento mecánico) en aquellas zonas del coche expuestas a pequeñas deformaciones y se pueden diseñar con formas especiales para absorber mejor los pequeños impactos en una colisión, concreta Guerra.

Nanotecnología y automoción

Según la investigadora de Aimplas, hay muchas aplicaciones de futuro mediante nanotecnología que hacen hincapié en las principales demandas y requerimientos del sector. En algunos casos, como los nano-recubrimientos ya están siendo utilizados actualmente.

  • Ligeros pero más resistentes (consumo y seguridad).
  • Eficiencia mejorada y consumos (catalizadores, aditivos, lubricantes).
  • Sistemas electrónicos más miniaturizados y mejorados (nano-robots).
  • Mayor vida en servicio: sistemas inteligentes auto-reparantes.
  • Recubrimientos protectores, autolimpiables, antivaho: para lunas, pinturas, etc.
  • Protección para sistemas electrónicos (carcasas con elevado apantallamiento electromagnético).
  • Filtros eficaces de humos, contaminantes, radiaciones solares.
  • Pinturas que actúan como captadores/células solares.
  • Sensores superficiales nanométricos, como una piel (Quantum dots).
  • Baterías basadas en nanotecnología para vehículos híbridos o eléctricos.

Los retos y las limitaciones

El sector de automoción realiza grandes inversiones en I+D para conseguir plásticos que consigan el tan deseado equilibrio entre calidad, costes y satisfacción de fabricantes y usuarios. Para Guerra, los plásticos del futuro serán ‘Smart Plastics’, deberán ser más ligeros, con mayor resistencia térmica, con propiedades mecánicas mejoradas, más duraderos, formarán parte de construcciones híbridas y deberán tener mayor funcionalidad. “Sin duda, existen carencias que se plantean como un reto al sector de automoción en general y a los centros de investigación como Aimplas en particular que nos dirigen hacia el desarrollo de materiales con nuevas funciones de absorción de energía, choque, mayor resistencia al fuego, a la temperatura y con un mayor porcentaje de reciclabilidad”, explica la investigadora.

Existen otras limitaciones “menos técnicas pero igual de importantes para el sector”: los bioplásticos aún tienen que superar ciertas barreras como, por ejemplo que actualmente no pueden ser producidos en cantidades suficientes, lo que supondría falta de disponibilidad de materias primas y que aún no tienen precios competitivos pues son hasta cuatro veces más caros.

“En cuanto a los nanomateriales, además de que el consumo reducido de éstos implica aún precios elevados, en Aimplas seguimos investigando para mejorar por ejemplo la dispersión y orientación de los nanorefuerzos en la matriz plástica y la interacción entre ambas”, apunta Guerra.

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El sector de la automoción en España

Las cifras auguran un brillante futuro al sector de la automoción en España: se fabrican anualmente alrededor de dos millones de vehículos en España y, en la situación actual, eso supone un 10% del PIB y más de 300.000 empleos. Hay que tener en cuenta que España, con 17 fábricas productivas, es el segundo productor europeo por delante de Reino Unido e Italia y el noveno a nivel mundial.

Las noticias que han aparecido en prensa a lo largo de los últimos meses confirman la apuesta de grandes fabricantes como Mercedes, Renault, Opel o Ford por nuestro país.

“Mientras se cierran factorías en Centroeuropa, en nuestras fábricas se han adjudicado la producción de nuevos modelos que consolidan la apuesta por España y que suponen inversiones productivas y adaptaciones que generarán más puestos de trabajo y más I+D en el sector”, apunta Rosalía Guerra, responsable del Laboratorio de Automoción de Aimplas.

Plásticos y vehículos eléctricos

La irrupción en el mercado de los motores híbridos y eléctricos cambia sustancialmente los requisitos técnicos y de funcionalidad que se exigen a los materiales que están en el habitáculo del motor, en el diseño de baterías, los sensores superficiales, etc. Al igual que en los vehículos convencionales, los plásticos también permiten coches eléctricos más ligeros y, por tanto, con más autonomía.

“Sin duda, y en espera de que el vehículo eléctrico tenga un mayor calado en el usuario (actualmente menos de 1% de vehículos que circulan por las carreteras son eléctricos), esta nueva tecnología también ofrece un nuevo mercado al sector plástico”, apunta la investigadora de Aimplas.

El centro tecnológico Aimplas ha trazado unas líneas de investigación dirigidas al sector de automoción basadas en el aligeramiento, la reciclabilidad, la utilización de bioplásticos y nanomateriales y la mejora de la procesabilidad de estos materiales poliméricos.

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