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Los compuestos poliméricos y las aleaciones ligeras más utilizados en la fabricación de automóviles
Entra en cualquier fábrica de automóviles moderna y verás menos acero del que esperas. Capós de aluminio. Parachoques rellenos de fibra de vidrio. Interiores moldeados en polipropileno y ABS. Y en las naves de alto rendimiento, monocoques de fibra de carbono que cuestan más que un sedán familiar.
Los fabricantes de automóviles han pasado la última década pasando de los metales pesados a los compuestos y aleaciones ligeros. El objetivo es sencillo: reducir el peso, mejorar la autonomía y superar las pruebas de choque. Pero con tantas opciones, la elección rara vez es obvia.
Si estás fabricando un coche familiar de gran volumen, el polipropileno y la fibra de vidrio cubrirán la mayoría de tus necesidades. El ABS se utiliza cuando se busca un acabado superficial más agradable. El aluminio es para capós, puertas y suspensión. La fibra de carbono es para lo que sale en las revistas.
A continuación, analizamos cada material más detenidamente.
Resumen de materiales
| Material | Dónde lo encontrarás | Por qué funciona | Inconvenientes |
|---|---|---|---|
| Fibra de carbono | Supercoches, vehículos eléctricos de lujo, ejes de transmisión | Increíblemente rígida para su peso | Cuesta una fortuna, se rompe en lugar de doblarse |
| Fibra de vidrio | Vigas de parachoques, protecciones de los bajos, portones traseros | Suficientemente resistente, suficientemente barato | Más pesado que el carbono, desgasta los moldes |
| ABS | Salpicaderos, molduras de la consola, rejillas | Buena resistencia al impacto, se pinta bien | Se vuelve calcáreo con la luz solar |
| Polipropileno (PP) | Paneles de las puertas, conductos, bandejas de la batería | Económico, resistente a los productos químicos, fácil de moldear | Flexible sin rellenos |
| Aleaciones de aluminio | Capós, puertas, subchasis, brazos de suspensión | Ligeras, no se oxidan, reciclables | Más caras que el acero, difíciles de soldar |
Fibra de carbono
La fibra de carbono tiene una sencilla compensación: ahorra peso y cuesta dinero.
Un techo de fibra de carbono en un BMW M3 ahorra unos 23 kg en comparación con el acero. También añade miles de euros al precio. Para un superdeportivo o un vehículo eléctrico de gama alta, esa compensación tiene sentido. Cada kilo cuenta para los tiempos de vuelta o la autonomía de la batería.
Para un sedán de gran consumo, las cuentas no salen. He visto a ingenieros especificar fibra de carbono para una pieza en la que se podría haber utilizado fibra de vidrio, con un 20 % más de peso y un ahorro del 80 % en el coste. A menos que se persiga un objetivo de rendimiento específico, la fibra de carbono suele ser excesiva.
Una cosa más: la fibra de carbono no se abolla. Se rompe. Un golpe en un aparcamiento que deja una pequeña abolladura en una puerta de acero destrozará un panel de fibra de carbono. La reparación rara vez es una opción; la sustitución es la única salida.
Fibra de vidrio
La fibra de vidrio no recibe mucha atención. Nadie la utiliza en un prototipo de coche. Pero está presente en todas partes en los vehículos de serie.
Las vigas de los parachoques, los protectores de los bajos, los huecos para la rueda de repuesto y los portones traseros suelen ser de plástico reforzado con fibra de vidrio. El Corvette lleva décadas utilizando paneles de carrocería de fibra de vidrio. Funciona.
La fibra de vidrio es más pesada que el carbono —tiene aproximadamente la misma densidad que el aluminio—. También es abrasiva, por lo que los moldes se desgastan más rápido. Pero para piezas estructurales de gran volumen que necesitan resistencia sin el coste del carbono, la fibra de vidrio es la opción predeterminada.
ABS
El acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) se utiliza para piezas de plástico que requieren un tacto de calidad.
Los embellecedores del salpicadero, las consolas centrales, las rejillas y las cubiertas de los pilares suelen ser de ABS. Tiene buena resistencia al impacto, admite bien la pintura y el cromado, y mantiene su forma. El ABS sin relleno tiene un acabado superficial mucho más agradable que el polipropileno.
El inconveniente es la resistencia a los rayos UV. Si se deja el ABS al sol durante unos años, se vuelve calcáreo y quebradizo. He visto coches de diez años con molduras de ABS agrietadas en los pilares traseros. Para aplicaciones exteriores, especifique ABS estabilizado contra los rayos UV o utilice un material diferente.
Polipropileno
El polipropileno es el material más utilizado en grandes volúmenes. Es barato, fácil de moldear y resistente a la mayoría de los productos químicos.
Lo encontrará en paneles de puertas, soportes del salpicadero, conductos de climatización, bandejas de batería y revestimientos de los pasos de rueda. Los parachoques y las fascias suelen ser de polipropileno con rellenos de fibra de vidrio o talco: un refuerzo del 20 % al 40 % convierte un material blando en uno estructural.
Las limitaciones son reales. El polipropileno se ablanda por encima de unos 100 °C, por lo que se mantiene alejado de las piezas calientes del motor. Tampoco admite bien la pintura sin un tratamiento especial, por lo que la mayoría de las piezas interiores de polipropileno se moldean en color o con textura.
Para aplicaciones de gran volumen y sensibles al coste, empieza por aquí.
Aleaciones de aluminio
El aluminio no es un compuesto, pero es demasiado importante como para pasarlo por alto.
El cambio del acero al aluminio ha sido uno de los mayores cambios de la última década. Los capós, las puertas, los portones traseros e incluso las estructuras completas de la carrocería son ahora de aluminio. La Ford F-150 cambió en 2015 y ahorró unas 700 libras.
El aluminio tiene ventajas reales. Tiene aproximadamente un tercio de la densidad del acero. No se oxida. Es altamente reciclable. Pero es más caro que el acero y más difícil de soldar. La expansión térmica es mayor, lo que plantea retos de ajuste en paneles grandes. Las reparaciones son más caras.
Para cierres y componentes de la suspensión, el aluminio es el estándar. Para aplicaciones estructurales de gran volumen, es necesario invertir en nuevos procesos de unión.
Adaptar el material a la aplicación
| Ubicación de la pieza | Material probable | Por qué |
|---|---|---|
| Visible en el interior | ABS o PP pintado | El acabado de la superficie es importante |
| Interior oculto | PP | El coste determina la decisión |
| Estructural exterior | Fibra de vidrio o carbono | Requiere resistencia |
| Estética exterior | ABS estabilizado contra los rayos UV o fibra de vidrio pintada | La apariencia importa, el sol daña |
| Estructura de la carrocería | Aluminio o carbono | El peso es la prioridad |
| Bajo el capó | PP con rellenos o fibra de vidrio | Resistencia al calor y a los productos químicos |
Los grandes volúmenes favorecen un menor coste de material y tiempos de ciclo más rápidos: ganan el polipropileno y la fibra de vidrio. Los volúmenes reducidos y el alto rendimiento favorecen la fibra de carbono y el aluminio.
Qué incluir en su solicitud de presupuesto
Si desea recibir un presupuesto útil, envíe esta información:
- Material: fibra de carbono, fibra de vidrio, ABS, polipropileno o aleación de aluminio
- Refuerzo — para composites: tipo de fibra, longitud y porcentaje (p. ej., 30 % de vidrio)
- Aplicación: interior, exterior, bajo el capó, estructural
- Volumen: cantidad anual y tamaño de las piezas
- Extras: estabilización UV, retardante de llama, color pintado o moldeado
Buen ejemplo:
*«Polipropileno, 30 % de fibra de vidrio, panel de puerta, interior, 200 000 unidades/año, moldeado en negro».*
Mal ejemplo:
«Presupuesto para plástico para automoción».
He visto demasiados buenos proyectos retrasarse porque alguien envió una solicitud imprecisa. Envía los detalles y recibirás un presupuesto.
Reflexiones finales
El material adecuado depende del volumen, la ubicación y el coste, no de lo que suene más impresionante.
Si no está seguro, envíenos los requisitos de la pieza. Le diremos qué es lo más adecuado para su volumen y presupuesto, aunque no sea la opción más cara.
*Stanford Advanced Materials (SAM) lleva desde 1994 suministrando materiales ligeros a fabricantes de automóviles. Realizamos envíos desde almacenes en EE. UU., Canadá, Europa y Asia-Pacífico. Ponte en contacto con nuestro equipo: cuéntanos cuál es tu aplicación y te enviaremos el material adecuado.*
Dr. Samuel R. Matthews
