Por: Julio César
Materiales biobasados y fibra de carbono reciclada reducen peso y consumo energético en nuevos componentes para el transporte.
Reducir el peso de un vehículo puede tener un efecto directo sobre la energía que necesita para desplazarse. Esa premisa está detrás de los resultados del proyecto europeo FOREST, que desarrolló y validó materiales compuestos ligeros para aplicaciones en automoción, aeronáutica y transporte colectivo.
Los demostradores fabricados durante el proyecto lograron reducir entre 30% y 35% su peso frente a componentes convencionales de referencia, manteniendo los requisitos mecánicos y funcionales establecidos para cada aplicación. El desarrollo incorporó, además, más de 50% de materiales sostenibles mediante la combinación de materias primas de origen biológico, fibra de carbono reciclada y aditivos funcionales.
El proyecto fue coordinado por AIMPLAS, Instituto Tecnológico del Plástico, y sus resultados se presentan en un momento en que la reducción del consumo energético asociado al transporte ocupa un lugar central en las estrategias de movilidad europea.
La disminución de masa no es el único resultado. FOREST consiguió reducir entre 15% y 25% el consumo energético de los procesos de fabricación, mientras que los tiempos de ciclo bajaron entre 20% y 40% mediante sistemas de curado acelerado, fabricación en una sola etapa y la eliminación de necesidades de almacenamiento en congelación.
Tres componentes ponen a prueba los materiales
La investigación llegó a aplicaciones concretas mediante tres demostradores destinados a sectores con exigencias diferentes.
El primero es una tapa de batería para vehículos eléctricos, fabricada mediante moldeo por compresión con una matriz de bio-benzoxazina reforzada con fibra de carbono reciclada. La pieza incorpora aditivos ignífugos y materiales destinados al apantallamiento frente a interferencias electromagnéticas. Las pruebas evaluaron su comportamiento estructural, resistencia al fuego y capacidad de protección electromagnética.
El segundo desarrollo corresponde a un panel de techo para una cabina aeronáutica. La solución combina un material compuesto termoplástico ligero con organochapas reforzadas con fibra de carbono reciclada y sobremoldeo con Bio-PA, una biopoliamida. El objetivo fue sustituir paneles convencionales de resina fenólica manteniendo las exigencias funcionales del sector aeronáutico.
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El tercer demostrador es un perfil pultruido para el techo de un autobús, producido con fibra de carbono reciclada y Bio-PA mediante pultrusión termoplástica. El proceso continuo y automatizado está orientado a la fabricación de perfiles estructurales ligeros.
Las tres aplicaciones tienen algo en común: los materiales no fueron evaluados únicamente por su origen o contenido reciclado, sino por su capacidad para cumplir funciones que resultan críticas en vehículos y sistemas de transporte.
Resinas biobasadas adaptadas a distintas aplicaciones
Una parte importante del trabajo se concentró en desarrollar las matrices que permiten fabricar los materiales compuestos. FOREST validó a escala piloto tres sistemas de resinas de origen biológico: una bioacrílica, una bio-benzoxazina y una biopoliamida 6.
La resina bioacrílica basada en Elium alcanzó aproximadamente 25% de contenido biobasado en formulaciones estables. El proyecto mantuvo en estas formulaciones características relacionadas con reciclabilidad, procesabilidad y comportamiento termomecánico, además de demostrar su integración con fibra de carbono reciclada mediante tecnologías C-RTM y procesamiento de organochapas.
En el caso de la bio-benzoxazina, las formulaciones alcanzaron aproximadamente 85% a 87% de carbono renovable. La selección del catalizador y los tratamientos posteriores al curado ayudaron a mejorar el proceso y las propiedades térmicas y mecánicas, lo que permitió llevar el material a aplicaciones de moldeo por compresión SMC para automoción.
La tercera vía fue una biopoliamida 6, desarrollada en versiones parcialmente y totalmente biobasadas. El trabajo incluyó su polimerización y escalado, así como ajustes de viscosidad, impregnación de fibras y compatibilidad con procesos de pultrusión y sobremoldeo.
Esta diferenciación resulta necesaria porque un mismo material no puede responder de igual manera a las condiciones de una batería, una estructura aeronáutica o un componente de autobús. La formulación debe adaptarse al proceso de fabricación y a las exigencias mecánicas, térmicas y de seguridad de cada pieza.
Recuperar fibra de carbono para fabricar nuevos componentes
FOREST abordó otro de los problemas asociados con los materiales compuestos avanzados: el aprovechamiento de los residuos de fibra de carbono.
La producción de fibra de carbono requiere un consumo energético elevado, de modo que recuperar este material y reincorporarlo a nuevas aplicaciones puede reducir la necesidad de recurrir continuamente a fibra virgen.
El proyecto trabajó en la recuperación de hasta 100% de los residuos de fibra de carbono, con el objetivo de transformarlos en materiales semielaborados destinados a nuevos componentes. Los ensayos mostraron que las fibras recuperadas conservan una proporción elevada de sus propiedades mecánicas originales.
Este punto es especialmente significativo para una industria que utiliza materiales compuestos precisamente por su relación entre resistencia y peso. Si los residuos pueden recuperar suficiente desempeño para integrarse en nuevas piezas, el material deja de tener como destino final la eliminación y puede regresar a otra etapa productiva.
Menos peso, energía y costos de fabricación
La reducción de masa se acompañó de cambios en la fabricación. Las mejoras desarrolladas por FOREST permitieron disminuir entre 15% y 25% el consumo energético frente a métodos convencionales.
Una de las vías fue acelerar el curado de las resinas, con reducciones de entre 20% y 40% en los tiempos de ciclo. Los conceptos de fabricación en una sola etapa eliminaron operaciones intermedias y la eliminación de requisitos de almacenamiento en congelación redujo otras necesidades asociadas al proceso.
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El proyecto reporta, además, una reducción de 15% a 20% en los costos de ingeniería, vinculada con utillajes más sencillos, menos iteraciones de molde y procesos más robustos.
Fernando Ramos, Coordinador de FOREST en AIMPLAS, resumió el planteamiento del proyecto al señalar que la combinación de materiales de origen biológico, fibra de carbono reciclada y prestaciones multifuncionales permite abordar simultáneamente la reducción de peso, la sostenibilidad y la seguridad.
La validación incluyó ensayos reológicos y de curado de las resinas, análisis térmicos, pruebas de tracción, flexión e impacto, comportamiento frente al fuego, microscopía y evaluación del apantallamiento electromagnético.
El resultado es relevante porque las piezas desarrolladas no se quedaron en la formulación de materiales a escala de laboratorio. Los tres demostradores fueron fabricados y sometidos a pruebas para comprobar su funcionamiento bajo las condiciones exigidas por sus respectivas aplicaciones.
Coincidiendo con la Semana Europea de la Movilidad, del 16 al 22 de septiembre, los resultados de FOREST muestran una ruta en la que la reducción del peso del transporte puede abordarse desde los materiales y los procesos de fabricación. La combinación de componentes más ligeros, materias primas biobasadas, fibra de carbono recuperada y procesos con menor consumo energético apunta a una reducción de recursos desde distintas etapas de la cadena productiva.
El siguiente paso será llevar estos desarrollos desde demostradores validados hacia aplicaciones industriales a mayor escala. Ahí estará una de las pruebas decisivas para este tipo de materiales: conservar sus prestaciones ambientales y técnicas cuando pasen de proyectos de innovación a volúmenes de producción propios de la industria del transporte.
Editor-in-Chief: Julio César. Periodista con más de 15 años de experiencia en la investigación y desarrollo de contenidos especializados para medios impresos y digitales en México y Latinoamérica.
IG: @imjucesar // LinkedIn: @imjucesar
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