Los composites ¿el material del futuro?

Limitaciones y expectativas del uso de composites en automoción

La aparición de la carrocería composite del Chevrolet Corvette en 1954 y la del techo del Citröen DS en 1957 auguraban que el material del futuro en automoción eran los composites. 45 años después, continúa siendo el material del futuro para las grandes series, pero sólo para las pequeñas es el material del presente.

. El año 1957 marcó la aparición en España de las primeras carrocerías composite y en el resto de Europa se diseñaron también varios vehículos ligeros con el mismo material. SEAT estuvo interesada ya entonces en la fabricación de un descapotable sobre bastidor del SEAT 1400 pero sobrevino una complicación inesperada. Cierta gran empresa de plásticos cuyos conocimientos en la materia eran inexistentes aceptó construir una serie de carrocerías composite sobre bastidor Biscúter que dieron un resultado desastroso y SEAT retiró el proyecto. En el resto de Europa, sólo en Alemania Oriental se carrozaron las Trabant con estos materiales, con el interés más en la reducción de peso que en la calidad de la producción. La enorme competitividad de las grandes series ha hecho que la aplicación de estos materiales se haya visto ahí limitada por la lentitud de los procesos actuales de transformación. En estas líneas pasamos revista a la situación actual del material.

Los vehículos de competición y de gran sport

La aparición de la fibra de carbono representó el medio para que los constructores de automóviles de Fórmula 1 dieran a estos vehículos unas condiciones de seguridad impensables hace unos años. En efecto, los chasis de fibra de carbono han permitido salir indemnes a los pilotos de accidentes que para otro vehículo serían mortales. En realidad, los composites de carbono se usan en la carrocería exterior y en toda otra serie de aplicaciones, tirantes de dirección y suspensión y diversas piezas menores, con la curiosa excepción de las llantas de las ruedas, que en cambio sí que se utilizan en las motos de alta competición.

En los vehículos de rally, como los buggies que vemos en el París Dakar, se utilizan carrocerías de fibra de carbono o de aramida, cuyo menor peso y similares características, excepto en resistencia a la humedad, resultan atractivos. En otros de estos vehículos las carrocerías son en todo o en parte de estos materiales, que tienen la ventaja adicional de que pueden repararse con facilidad con medios de campo, al contrario que los elementos de chapa metálica que, en general, deben sustituirse. Asimismo, las carrocerías de los automóviles de otros tipos de rallies -Montecarlo, por ejemplo- prevalecen las carrocerías de carbono o aramida por las mismas razones y, sobre todo, porque el coste y la cadencia de fabricación son elementos menos importante que en la gran serie.

Por la razón anterior, también en los automóviles de gran sport -Ferrari, Lamborghini etc- es permisible el uso de carrocerías composite. También se utilizan en las series reducidas, por ejemplo en descapotables de marcas de serie, donde el material permite fáciles variaciones en el styling del vehículo.

En los últimos años se están popularizando vehículos de una gama opuesta; nos referimos a los pequeños biplazas con motor de motocicleta que no precisan permiso de conducción ya que legalmente están clasificados como ¡ciclomotores!. Todos ellos utilizan carrocerías de poliéster-vidrio moldeadas por RTM.

Aplicaciones en los vehículos de gran serie

Dado que los composites permiten importantes reducciones de peso respecto a la construcción metálica, en los vehículos de gama alta se están utilizando cada vez más los termoplásticos estampables reforzados con fibra larga (TRE), especialmente en armaduras de asientos y otras elementos que no son visibles, puesto que es difícil la pintura de estos materiales en las calidades exigidas en este tipo de automóviles. Otro campo de aplicación, de uso más extenso, son piezas ubicadas bajo capot, donde el material permite ahorrar peso y dar una mayor libertad de formas que los materiales convencionales. Entre estas aplicaciones se pueden citar cárteres de aceite, tapas de culata, colectores de admisión y vigas de frontal incorporando diversos elementos (faros, claxon etc.). En estos casos, el material de selección son, además del TRE y los materiales híbridos, los SMC y BMC que permiten cadencias de producción comparables con las de la chapa metálica, pero integrando en una sola unidad varias funciones que precisarían un número de piezas metálicas soldadas.

Vehículos industriales

En la construcción de camiones, donde las series son menores, se hace un amplio uso de piezas de gran dimensión de SMC (frontales, puertas, literas), cuyo coste de moldes y cadencia de producción mejoran los de las grandes piezas de chapa metálica. También los autocares utilizan grandes piezas composite, en general moldeadas a mano, aunque se están haciendo intentos para sustituir este proceso por RTM. Tenemos noticias de fábricas de autocares en otros países que emplean esta técnica con un gran ahorro de mano de obra, cadencias de producción más elevadas y mejor calidad del producto.

Un campo donde el material señorea absolutamente es el del transporte frigorífico. La resistencia y aislamiento térmico de la construcción sandwich con núcleo de espuma polimérica hacen al material el candidato ideal para esta construcción. Se utiliza también en la transformación de furgonetas de serie en frigoríficas mediante un carrozado interior con materiales del mismo tipo.

En otros campo de series limitadas el material tiene una amplia aplicación. Se ha utilizado en las barandas de las cajas de camión y en las cajas de carga de camiones para minería, o en los paravientos de sobre-cabina. Otras aplicaciones incluyen el carrozado de tractores y de vehículos especiales.

Expectativas actuales para la gran serie

Las últimas realizaciones de automóviles de serie con peso reducido han hecho uso del aluminio. Sin embargo, pese a que es reciclable, este material encontrará la enemiga del movimiento ecologista, que lidera el esfuerzo para reducir la contaminación atmosférica, no sólo porque su obtención es altamente polucionante, sino porque su producción precisa una elevadísima cantidad de energía, que a su vez, si se reduce la capacidad nuclear, depende también del uso de combustibles fósiles.

Por ello, el Gobierno norteamericano propició en 1989 la creación del consorcio ACC de investigación y desarrollo de nuevos materiales, del que son socios Daimler-Chrysler, Ford y General Motors con varios objetivos, entre los que destaca el programa PNGV para el desarrollo de una generación de automóviles del tamaño y capacidad de los usados en los EE.UU., que consuman menos de 1 galón por 80 millas (3,785 litros por 128,7 km, o sea 3 litros por 100 km). Para ello ACC (Automotive Composites Consortium) se ha centrado en el desarrollo de procedimientos que permitan la transformación en gran volumen y bajo coste de estos materiales, al tiempo que se realizan estudios complementarios para implementar su aplicación.

El moldeo líquido de composites (RTM y SRIM) tiene la capacidad de producir partes estructurales en gran volumen a ciclos inferiores a 4 minutos. Para ello está en desarrollo el proyecto P4 (Programable Powder Preform Process), conjuntamente con Owens Corning, en que se producen para estos procesos, partiendo de fibra de vidrio cortada que se proyecta mediante un robot sobre un molde de pantalla juntamente con un adhesivo termofusible, preformas que se introducen luego en el molde para incorporar la matriz. La primera demostración del proceso son cajas para furgoneta que se producen en el ciclo indicado y un volumen de 50.000 unidades/año.

Diez años de trabajo han dado lugar ya, por tanto, a una primera realización de piezas de gran tamaño que se verán seguidas, probablemente, por una primera carrocería composite para un automóvil Ford de gran serie que está en su etapa de desarrollo.