El papel de la fibra de carbono en la industria del automóvil
Ya sea para mejorar un producto existente o diseñar un producto completamente nuevo, la selección de un material para la carrocería de un automóvil es un paso muy importante para un fabricante de automóviles.
Los compuestos son la segunda clase más grande de materiales después de los metales ferrosos y las aleaciones (68 por ciento del peso del vehículo) y tienen una amplia gama de aplicaciones en la industria automotriz. Los plásticos se utilizan en componentes interiores, ensambles de puertas y asientos, y representan alrededor del 50 por ciento de los vehículos comerciales. El uso de plásticos ha evolucionado con el tiempo, y los primeros plásticos se usaban debido a sus buenas propiedades mecánicas, excelente apariencia, autocoloración, etc. Pero ahora, los plásticos se usan principalmente en automóviles y representan alrededor del 10-15 por ciento de el peso total del automóvil, debido a su peso ligero, durabilidad, dureza, diseño flexible, resistencia a la corrosión, alto rendimiento y bajo costo.
La última tecnología de materiales compuestos ofrece ventajas significativas sobre los materiales convencionales en la industria automotriz. Hoy en día, los compuestos son un material prometedor para muchas aplicaciones. Los compuestos plásticos reforzados con fibra son materiales más ligeros que ofrecen una amplia gama de ventajas a la industria automotriz debido a su baja densidad y energía potencial para reducir el peso del vehículo. Los compuestos son reemplazos ideales para las estructuras metálicas que absorben la energía del impacto en aplicaciones militares y vehiculares debido a las características mejoradas de rendimiento de impacto, capacidades de absorción de energía, peso ligero y resistencia a la corrosión. La excelente resistencia a la corrosión y otras propiedades químicas pueden ayudar a los fabricantes a prolongar la vida útil de los componentes individuales y de los vehículos completos. Las mejoras en el diseño de los vehículos, los cambios en los requisitos reglamentarios, el enfoque en la sustentabilidad y el uso de materiales livianos en los vehículos han resultado en un enorme crecimiento de los componentes de plástico en la industria automotriz. Los plásticos se pueden moldear en geometrías complejas a partir de materias primas renovables y tienen una variedad de polímeros, lo que los hace fáciles de reemplazar en varias partes y más fáciles de colocar en accesorios integrales. El aumento en el uso de plásticos y su aplicación en componentes exteriores e interiores de vehículos se muestra en el gráfico.
La fibra de carbono se refiere a un material hecho de átomos de carbono dispuestos en cristales alargados y tejidos en una tela. La tela combinada con resina epoxi se puede moldear en casi cualquier forma que no se pueda construir con materiales tradicionales, por lo que la industria automotriz ha comenzado a usar fibra de carbono para crear componentes fuertes y livianos para aumentar la velocidad, mejorar la aerodinámica y la eficiencia del combustible. El plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP) es un material compuesto duradero, liviano y costoso, pero cuando se usa para fabricar una carrocería, es más del 50 por ciento más liviano que una carrocería de acero y un 30 por ciento más liviano que una carrocería de aluminio. Tiene varias ventajas sobre los metales tradicionales, resistencia a la tracción, peso ligero, resistencia química, resistencia a altas temperaturas y baja expansión térmica, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren estructuras de carga. Produce formas y piezas complejas. La fuerza del CFRP hace que el CFRP sea un reemplazo potencial para los materiales tradicionales como el acero en muchas aplicaciones, como paneles de carrocería, suspensión, dirección, frenos (carburo de silicio reforzado con fibra de carbono) y otros accesorios. El CFRP todavía se usa principalmente para elementos decorativos y no estructurales, pero en la última década ha habido un progreso significativo en aplicaciones estructurales y tiene el potencial para fabricar estructuras de chasis, parachoques, soportes de motor, paneles de techo, guardabarros traseros, capó y estructuras de refuerzo. .
Como se puede ver en la figura, en 2012, la industria automotriz representó el 5 por ciento del uso mundial de fibra de carbono (2150 toneladas) y continuó creciendo en los años siguientes. La razón es que los cambios en la legislación y las preferencias de los consumidores están obligando a los fabricantes de automóviles a usar fibra de carbono para producir vehículos ligeros que consumen combustible de manera eficiente y emiten menos carbono cuando están en uso. De acuerdo con el pronóstico del mercado global de CRP de 2013, se espera que las aplicaciones de fibra de carbono en la industria automotriz crezcan alrededor de un 34 por ciento anual, alcanzando casi 23,000 toneladas para 2020.
Los materiales compuestos tienen potencial y excelentes posibilidades para la producción de estructuras y componentes automotrices livianos. El plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP), que tiene propiedades directamente relacionadas con las necesidades de la industria automotriz, ya está teniendo un impacto, que también lo está utilizando para fabricar estructuras de carrocería y otros componentes automotrices. Si bien los plásticos y los compuestos pueden ser parte de una solución importante para los fabricantes de automóviles, los costos de procesamiento de estas fibras son demasiado altos, y la investigación para producir fibras y compuestos de bajo costo ha despertado el interés de la industria, lo que ha llevado al desarrollo de los principales componentes de la carrocería. . Es posible utilizar la fibra en mediana y gran escala. Ayuda a reducir el peso y mejorar la eficiencia de combustible del vehículo.
