PLÁS­TI­COS AVAN­ZA­DOS Y COM­PO­SI­TES SE ABREN PA­SO EN AU­TO­MO­CIÓN

Ad­van­ced plas­tics and com­po­si­tes gain ground in au­to­mo­ti­ve ap­pli­ca­tions

AutoRevista - - Analisis - POR IN­MA ROIG - De­par­ta­men­to de Com­po­si­tes de AIMPLAS / Com­po­si­tes De­part­ment (Ins­ti­tu­to Tec­no­ló­gi­co del Plás­ti­co – Plas­tics Tech­no­logy Cen­tre)/ FOTOS-PHOTOS: AIMPLAS Y BMW / TRANS­LA­TION: VE­RI­TAS TRA­DUC­CIÓN Y CO­MU­NI­CA­CIÓN

AIMPLAS ANA­LI­ZA LA EVO­LU­CIÓN DE ES­TOS MA­TE­RIA­LES HA­CIA 2030 AIMPLAS ANALYSES THE TREND IN THE­SE MA­TE­RIALS TH­ROUGH TO 2030

El vo­lu­men de ven­tas mun­dial de la in­dus­tria del au­to­mó­vil ron­da el va­lor de 1.8 tri­llo­nes de eu­ros. Es­ta gran in­dus­tria es­tá pre­pa­ra­da pa­ra abrir una am­plia ga­ma de nue­vas opor­tu­ni­da­des. El mer­ca­do del plás­ti­co en ge­ne­ral, y el de los com­po­si­tes en par­ti­cu­lar, es­tán al al­za, con bue­nas pers­pec­ti­vas de cre­ci­mien­to en el futuro más in­me­dia­to, y aún ma­yor en el lar­go pla­zo. / The glo­bal au­to­mo­ti­ve in­dustry in­voi­ces around EUR 1.8 tri­llion. This hu­ge in­dustry is about to open up a wi­de ran­ge of new op­por­tu­ni­ties. The plas­tics mar­ket in ge­ne­ral, and the com­po­si­tes one in par­ti­cu­lar, is ex­pan­ding and has strong short-term growth pros­pects that look even mo­re en­cou­ra­ging in the lon­ger term.

Las po­si­bi­li­da­des que los com­po­si­tes apor­tan en el te­rreno de la per­so­na­li­za- ción y el di­se­ño han fa­ci­li­ta­do la in­tro­duc­ción de es­te ti­po de ma­te­ria­les en to­dos los ám­bi­tos de la vi­da mo­der­na. En la in­dus­tria ae­ro­es­pa­cial, el uso de fi­bra de car­bono ha cre­ci­do sus­tan­cial­men­te en los úl­ti­mos en los úl­ti­mos 20 años, su­po­nien­do más del 50% del pe­so es­truc­tu­ral en los úl­ti­mos mo­de­los co­mo Air­bus A380 y Boeing 787 Dream­li­ner. As­pec­tos co­mo el in­te­rés por ali­ge­rar el pe­so de los vehícu­los, la re­duc­ción en el con­su­mo de car­bu­ran­tes y fuen­tes de ener­gía de to­do ti­po, así co­mo la ne­ce­si­dad de dis­tin­guir cual­quier pro­duc­to con un

The pos­si­bi­li­ties that com­po­si­tes of­fer as re­gards per­so­na­li­sa­tion and de­sign mean that the­se ma­te­rials are gai­ning ground in every area of mo­dern li­fe. In the ae­ros­pa­ce in­dustry, car­bon fi­bre use has grown subs­tan­tially in the last 20 years and the ma­te­rial now ac­counts for 50% of the struc­tu­ral weight of the la­test Air­bus A380 Boeing 787 Dream­li­ner models. Trends li­ke the dri­ve to lo­wer vehi­cle weight, re­du­ce fuel con­sum­ption and ma­xi­mi­se energy ef­fi­ciency, as well as the need to dif­fe­ren­tia­te pro­ducts with sty­lish and ele­gant de­sign, make com­po­si­tes a highly at­trac­ti­ve op­tion for the trans­port sec­tor.

as­pec­to cui­da­do y ele­gan­te, ha­ce de los com­po­si­tes una al­ter­na­ti­va muy atrac­ti­va pa­ra su uti­li­za­ción en el sec­tor del trans­por­te. Los com­po­si­tes de fi­bra de car­bono pre­sen­tan una se­rie de ven­ta­jas a su fa­vor, ta­les co­mo al­ta re­sis­ten­cia y du­ra­bi­li­dad, pe­ro la más sig­ni­fi­ca­ti­va en lo que res­pec­ta al sec­tor del au­to­mó­vil es su li­ge­re­za, un 50% más res­pec­to al ace­ro. Una sus­ti­tu­ción de pie­zas de ace­ro por com­po­si­tes de fi­bras de car­bono, su­pon­dría una dis­mi­nu­ción de pe­so que da­ría co­mo re­sul­ta­do una re­duc­ción en el con­su­mo de com­bus­ti­ble, así co­mo una me­jo­ra en la ca­pa­ci­dad de car­ga en lo que se re­fie­re a la in­dus­tria de trans­por­te de mer­can­cías. Tam­bién se me­jo­ra­ría la se­gu­ri­dad res­pec­to al com­por­ta­mien­to fren­te a cho­ques, co­mo así se ha de­mos­tra­do du­ran­te años en los co­ches de Fór­mu­la 1. Aña­de ur­gen­cia a la ne­ce­si­dad de re­du­cir el pe­so en los vehícu­los la le­gis­la­ción exis­ten­te en Es­ta­dos Uni­dos y en Eu­ro­pa en re­la­ción al aho­rro de com­bus­ti­ble y a la re­duc­ción de las emi­sio­nes de CO2. El uso de los au­to­mó­vi­les su­po­ne un 12% del to­tal de las emi­sio­nes de CO2 (prin­ci­pal gas de efec­to in­ver­na­de­ro) en Eu­ro­pa. En­tre los prin­ci­pa­les ob­je­ti­vos del sec­tor au­to­mo­vi­lís­ti­co pa­ra re­du­cir su im­pac­to so­bre el me­dioam­bien­te es­tá la fa­bri­ca­ción de nue­vos co­ches cu­ya emi­sión má­xi­ma sea de 130 g CO 2/km en el año 2015 y 95 g CO2/km en el 2020. Por to­do ello, el po­ten­cial de los com­po­si­tes de car­bono co­mo sus­ti­tu­tos de pie­zas de ace­ro en los vehícu­los es asom­bro­so. Car­bon fi­bre com­po­si­tes of­fer a se­ries of ad­van­ta­ges, among them high strength and du­ra­bi­lity. Ho­we­ver, the most significant be­ne­fit for the au­to­mo­ti­ve in­dustry is their weight — 50% less than that of steel. Re­pla­cing steel parts with car­bon fi­bre com­po­si­tes cuts weight, which in turn lo­wers fuel con­sum­ption. It al­so means that goods vehicles’ load ca­pa­city can be in­crea­sed. Furt­her­mo­re, crash per­for­man­ce, and the­re­fo­re sa­fety, is al­so im­pro­ved, as For­mu­la 1 has long de­mons­tra­ted. An ad­di­tio­nal for­ce behind this dri­ve to re­du­ce vehi­cle weight is the le­gis­la­tion in pla­ce in the Uni­ted Sta­tes and Eu­ro­pe that ma­kes fuel sa­vings and CO emis­sions re­duc­tions man­da­tory. Au­to­mo­bi­les

El po­ten­cial de los com­po­si­tes de car­bono co­mo sus­ti­tu­tos de pie­zas de ace­ro en los vehícu­los es asom­bro­so / Car­bon com­po­si­tes’ po­ten­tial to re­pla­ce steel vehi­cle parts is hu­ge In­ma Roig, AIMPLAS

El ali­ge­ra­mien­to de los vehícu­los con­tri­bu­ye al cum­pli­mien­to de los ob­je­ti­vos en el sec­tor de au­to­mo­ción, ya que la dis­mi­nu­ción del pe­so de los vehícu­los per­mi­te re­du­cir tan­to el con­su­mo de com­bus­ti­ble co­mo las emi­sio­nes de ga­ses de efec­to in­ver­na­de­ro. Se­gún di­ver­sos es­tu­dios, una re­duc­ción del 10% en el pe­so del vehícu­lo se tra­du­ce en una me­jo­ra en el con­su­mo del 7%. El pe­so pue­de re­du­cir­se me­dian­te cam­bios en el di­se­ño, uso de nue­vos ma­te­ria­les y me­dian­te téc­ni­cas de mon­ta­je. To­do es­to da una idea del po­ten­cial de los com­po­si­tes en el sec­tor de au­to­mo­ción, pues se tra­ta de ma­te­ria­les más li­ge­ros que los ac­tual­men­te uti­li­za­dos (me­ta­les), con bue­nas pro­pie­da­des me­cá­ni­cas y que per­mi­ten el uso de nue­vos di­se­ños. Ac­tual­men­te el uso de los com­po­si­tes re­for­za­dos con UTI­LI­ZA­CIÓN AÚN BA­JA fi­bra de car­bono en el sec­tor de au­to­mo­ción es re­la­ti­va­men­te ba­jo, pe­ro se es­pe­ra que las ta­sas de cre­ci­mien­to sean mu­cho ma­yo­res que en otros sec­to­res. Se­gún di­ver­sos es­tu­dios de mer­ca­do, se es­pe­ra que el sec­tor de los com­po­si­tes re­for­za­dos con fi­bra ex­pe­ri­men­te un só­li­do cre­ci­mien­to só­li­do has­ta el año 2020. Un in­for­me de Tex­ti­le Me­dia Ser­vi­ces su­gie­re que es­ta es la dé­ca­da de­ci­si­va pa­ra los com­po­si­tes de fi­bra de car­bono en el sec­tor de au­to­mo­ción. Es­te cre­ci­mien­to es­tá sien­do li­de­ra­do por la in­dus­tria au­to­ac­count for 12% of to­tal CO2 emis­sions (the main green­hou­se gas) in Eu­ro­pe. The moves to re­du­ce the au­to­mo­ti­ve in­dustry’s en­vi­ron­men­tal im­pact include ma­jor initia­ti­ves to li­mit new cars’ emis­sions to a ma­xi­mum of 130 g of CO 2/km in 2015 and to 295 g of CO2/km by 2020. All of this means that car­bon com­po­si­tes’ po­ten­tial to re­pla­ce steel vehi­cle parts is hu­ge. Ma­king vehicles ligh­ter helps the au­to­mo­ti­ve sec­tor meet its goals, as ta­king weight out of cars lo­wers both fuel con­sum­ption and green­hou­se gas emis­sions. Ac­cor­ding to va­rious stu­dies, a 10% re­duc­tion in vehi­cle weight trans­la­tes as a 7% improvement in fuel con­sum­ption. Weight can be lo­we­red by de­sign chan­ges, use of new ma­te­rials and ap­pli­ca­tion of no­vel as­sembly tech­ni­ques. All of this gives an idea of com­po­si­tes’ po­ten­tial in the au­to­mo­ti­ve sec­tor, as the­se ma­te­rials are ligh­ter than con­ven­tio­nal me­tals and of­fer good me­cha­ni­cal pro­per­ties that allow them to be used in new de­signs. Alt­hough use of car­bon-fi­bre-rein­for­ced com­po­si­tes USAGE RA­TES STILL LOW is still re­la­ti­vely low in the au­to­mo­ti­ve sec­tor, the ra­te of growth is ex­pec­ted to be much grea­ter than in ot­her in­dus­tries. Ac­cor­ding to va­rious mar­ket re-

mo­vi­lís­ti­ca que con­ti­nua cen­tran­do sus es­fuer­zos en la cons­truc­ción de vehícu­los ca­da vez más li­ge­ros, un uso efi­cien­te del com­bus­ti­ble y me­no­res emi­sio­nes de gas de efec­to in­ver­na­de­ro. Al­gu­nos ejem­plos re­le­van­tes de las re­la­cio­nes es­ta­ble­ci­das en­tre fa­bri­can­tes de au­to­mo­vi­les y fa­bri­can­tes de fi­bra de car­bono se de­ta­llan en la Ta­bla (pág 92). Es­tas re­la­cio­nes han mar­ca­do un an­tes y un des­pués en el uso de los com­po­si­tes en el sec­tor de au­to­mo­ción. search re­ports, the fi­bre-rein­for­ced com­po­si­te sec­tor is ex­pec­ted to ex­pand so­lidly th­rough to 2020. A re­port by Tex­ti­le Me­dia Ser­vi­ces sug­gests that the next de­ca­de will be de­ci­si­ve for car­bon fi­bre com­po­si­te use in the au­to­mo­ti­ve sec­tor. This growth is being led by a vehi­cle-ma­king in­dustry that con­ti­nues to fo­cus on buil­ding ever-ligh­ter models that are in­crea­singly fuel-ef­fi­cient and emit fe­wer green­hou­se ga­ses. Se­ve­ral leading exam­ples of part­ners­hips bet­ween au­to­ma­kers and car­bon fi­bre ma­nu­fac­tu­rers are pro­vi­ded in Ta­ble (Pa­ge 92). The­se re­la­tions­hips ha­ve mar­ked a before and af­ter in com­po­si­tes use in the au­to­mo­ti­ve in­dustry. For exam­ple, the new hy­brid ma­te­rials used in the BMW 7’s Car­bon Co­re cons­ti­tu­te a se­ries of as­sem­bled struc­tu­res ma­de of car­bon-fi­bre-rein­for­ced poly­mer joined to high-strength steel and alu­mi­ni­um parts to crea­te a much mo­re ri­gid struc­tu­re that of­fers grea­ter re­sis­tan­ce to tor­sion and fle­xion for­ces whilst at the sa­me ti­me being much ligh­ter. At pre­sent, use of car­bon fi­bre com­po­si­tes is li­mi­ted to just a few models. Ho­we­ver, the mar­ket is star­ting to include it in se­ries-pro­duc­tion vehicles, which will ha­ve a significant im­pact on CO2 emis­sions and energy con­sum­ption worldwide. One of the main cha­llen­ges cu­rrently fa­cing the com­po­si­tes in­dustry is the need to au­to­ma­te ma­nu­fac­tu­re of the­se ma­te­rials and in­te­gra­te tho­se pro­ces­ses with cu­rrent pro­duc­tion met­hods. Fo­re­casts in­di­ca­te that by 2030 the au­to­mo­ti­ve in­dustry and so­ciety in ge­ne­ral will view plas­tics and poly­mer com­po­si­tes as al­ter­na­ti­ve so­lu­tions that meet the re­qui­re­ments set by the au­to­mo­ti­ve sec­tor and that of­fer significant en­vi­ron­men­tal ad­van­ta­ges.

Por ejem­plo, los nue­vos ma­te­ria­les hí­bri­dos em­plea­dos en los ele­men­tos del Car­bon Co­re del BMW 7 cons­ti­tu­yen una se­rie de es­truc­tu­ras en­sam­bla­das cons­ti­tui­das por un po­lí­me­ro re­for­za­do con fi­bra de car­bono que se unen a ace­ros de al­ta re­sis­ten­cia y alu­mi­nio pa­ra crear una es­truc­tu­ra mu­cho más rí­gi­da y re­sis­ten­te a fuer­zas de tor­sión y de fle­xión, pe­ro tam­bién mu­cho más li­ge­ra. Ac­tual­men­te el uso de com­po­si­tes de fi­bra de car­bono se re­du­ce a un nú­me­ro li­mi­ta­do de co­ches, pe­ro el mer­ca­do se es­tá abrien­do a su in­tro­duc­ción en vehícu­los de pro­duc­ción en se­rie, lo cual ten­drá un im­pac­to sig­ni­fi­ca­ti­vo so­bre el CO2 li­be­ra­do y el con­su­mo de ener­gía a es­ca­la glo­bal. Uno de los prin­ci­pa­les re­tos ac­tua­les de la in­dus­tria de los com­po­si­tes es la ne­ce­si­dad de fa­bri­car es­te ti­po de ma­te­ria­les de una ma­ne­ra au­to­ma­ti­za­da e in­te­grar­los en los ac­tua­les mé­to­dos de pro­duc­ción. Se pre­vé que so­bre el año 2030, la in­dus­tria del au­to­mó­vil y la so­cie­dad re­co­no­ce­rán a los plás­ti­cos y a los ma­te­ria­les com­pues­tos po­li­mé­ri­cos co­mo so­lu­cio­nes al­ter­na­ti­vas que cum­plen con los re­qui­si­tos es­ta­ble­ci­dos por el sec­tor de au­to­mo­ción y sus ven­ta­jas me­dioam­bien­ta­les.

Los nue­vos ma­te­ria­les hí­bri­dos em­plea­dos en los ele­men­tos del Car­bon Co­re del BMW 7 cons­ti­tu­yen una se­rie de es­truc­tu­ras en­sam­bla­das cons­ti­tui­das por un po­lí­me­ro re­for­za­do con fi­bra de car­bono que se unen a ace­ros de al­ta re­sis­ten­cia y alu­mi­nio./ The new hy­brid ma­te­rials used in the BMW 7’s Car­bon Co­re cons­ti­tu­te a se­ries of as­sem­bled struc­tu­res ma­de of car­bon-fi­bre-rein­for­ced poly­mer joined to highs­trength steel and alu­mi­ni­um.

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