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7/25/2019 La Fibra de Carbono en Las Carroceras Modernas
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La fibra de carbono en las carroceras modernas
Por: Jos Manuel Aguilar
El desarrollo de nuevos materiales ha trado diferentes alternativas para los fabricantes
de automviles, que da a da sus exigencias son mayores para ofrecernos productos que
convivan de mejor manera con el medio ambiente, reduciendo el consumo de gasolinas
o de materiales reciclados.
En un principio se pensaba solo en metales entre ellos los aceros de alto lmite elstico,
pasando tambin por el aluminio, hoy como si estuviramos siendo parte de la ciencia
ficcin se piensa en los materiales compuestos principal mente en la fibra de carbono.
Qu es la fibra de carbono?
a fibra de carbono es un material sinttico, proviene de los hidrocarburos,
especficamente es una fibra obtenida por tratamiento trmico del !oliacrilonitrilo
"!#$% material bas de diferentes copolmeros entre ellos el acrlico, el #&' etc..
En particular, el !#$ es una fibra de plstico formada por largas cadenas de molculas
de carbono, oxigeno, nitrgeno e hidrgeno en forma de escalera.
(uando se calienta el !#$ en correctas condiciones de temperatura en una atmosfera
inerte, las cadenas de molculas de carbono se juntan mientras los dems elementos se
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separan, los tomos de carbono del polmero cambian de distribucin y forma una
estructura estable de anillos fuertemente unidos que soportan los unos a los otros.
)ediante un nuevo calentamiento, los anillos se juntan en *listones+ de hexgonos de
tomos de carbono muy flexibles, a diferencia del grafito, cuya estructura permanece
plana.
a unin flexible de los listones evita que se deslicen, como pasa en la estructura plana
del grafito, lo que resulta en un notable incremento en la resistencia del material.
os hilos de !#$ son trefilados en filamentos cinco veces ms delgados que un cabello
humano y estn compuestos entre - y // por ciento de tomos de carbono, seg0n sean
las propiedades que se busquen.
En sntesis, la fibra de carbono se
produce por la quema controlada del oxgeno, nitrgeno y otros elementos diferentes al
carbono de la fibra precursora, dejando solo el carbono en el material.
1asta este punto del proceso se obtiene el producto primario2 los filamentosindividuales de carbono, tambin llamados mechas, con un dimetro que oscila entre 3 y
4 micras "5m%, que son tren6ados entre s en grupos de 3./// y -./// mechas y se
conocen con el nombre de roving.
7ambin existen rovings pesados "1eavy 7o8% que se componen de -/./// a 9//.///
filamentos.
Tejidos de fibra de carbono
Tejido Plano 3k
!eso2 -// gr:m-
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7ama;o del
Espesor2 /,-3 mm
Tejido Twill 3k
!eso2 =gr:m-
Espesor2 /,-3mm
a fibra de carbono por s sola no tiene utilidad? necesita de otros materiales, como las
resinas y los endurecedores o catali6adores para formar un material compuesto,denominado @(
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a proceso de moldeopor contacto a mano, que consiste en la fabricacin de pie6as de
material compuesto haciendo uso de brochas y rodillos para favorecer la impregnacin
de las fibras de refuer6o con resinas termoestables de baja o media viscosidad.
El proceso de pulrusines la fabricacin contin0a, de bajo coste, automtico y de alto
volumen.
as fibras impregnadas con resina son traccionadas a velocidad constante, a fin de
obtener un producto de una seccin predise;ada.
a infusinconsiste en la fabricacin de pie6as de materiales compuestos, haciendo uso
del vaco para favorecer la impregnacin de las fibras de refuer6o con resinas
termoestables de baja viscosidad.
os materiales preimpregnadosson semiproductos listos para su empleo y destinados a
la produccin de grandes series.
(onsisten en un proceso manual que emplea lminas de fibra de carbono en cualquier
presentacin de las mencionadas anteriormente.
Estn impregnadas en resina reactiva en estado inicial de polimeri6acin
"termoendurecible% y precisan de un procesado final para su completa polimeri6acin?
normalmente, mediante calor "9/D% se obtiene el producto termoendurecible.
!or 0ltimo, uno de los procesos ms utili6ados en fabricacin con estos materiales
compuestos, consiste en la utili6acin de estructuras tipo s!nd"ic#, que forman un
n0cleo y dos recubrimientos, que act0an como una unidad, debido a que estn pegados.
El n0cleo puede ser de aramida o aluminio, tipo celdilla de abeja, madera de balsa,
@!(B, corcho, etc., y los dos recubrimientos monolticos, de fibra de carbono.
Propiedades de la fibra de carbono
#lta resistencia mecnica.
!eso ligero.
Excelente tenacidad.
Aesistencia a la corrosin y al envejecimiento.
&uenas propiedades antiestticas.
#lta resistencia al impacto.
)uy buenas propiedades dielctricas.
#lta resistencia a los cidos, alcalinos y algunos disolventes.
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#lto mdulo de elasticidad.
&aja densidad, 9.3 veces menor que el acero.
&uena propiedad ignifuga.
Aesistencia a la fatiga.
Fran flexibilidad, etc.
$ilidad en el auom%il
&)G i=, vehculo de produccin elaborado con fibra de carbono.
a cuna de la fibra de carbono en el automvil ha sido la
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Materiales utilizados en la carrocera del automvil&' (ic &))* J !or #gencias
El acero es el material por excelencia utili6ado para la construccin de las carroceras de
los automviles, pero bajo la denominacin de acero hay diferentes calidades con
caractersticas muy particulares que propician su utili6acin seg0n la aplicacin.
Fotos y videos
http://www.autocasion.com/actualidad/reportajes/23706/materiales-utilizados-en-la-carroceria-del-automovil/fotos/http://www.autocasion.com/actualidad/reportajes/23706/materiales-utilizados-en-la-carroceria-del-automovil/fotos/7/25/2019 La Fibra de Carbono en Las Carroceras Modernas
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El acero es el material por excelencia utili6ado para la construccin de las carroceras de
los automviles, pero bajo la denominacin de acero hay diferentes calidades con
caractersticas muy particulares que propician su utili6acin seg0n la aplicacin.
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as necesidades de reducir los consumos de combustible de los vehculos y las cada ve6
ms estrictas directivas medioambientales han llevado al sector de la carrocera a una
especie de obsesin por reducir el peso de los vehculos, aunque en ocasiones el ahorro
de peso se ve contrarestado por el incremento en equipamiento tecnolgico, ms o
menos superfluo, pero ms valorado por los usuarios.
'i bien durante la dcada de los / se produjo un incremento de la utili6acin del acero
en la construccin de vehculos, en los 0ltimos a;os, se ha producido un peque;o
descenso, dando paso a otros materiales, especialmente a los plsticos y al aluminio.
El acero presenta unas ventajas para el mecani6ado y conformacin que no presentan
otros materiales. 'u disponibilidad y su precio, sin considerar los 0ltimos incrementos
que est sufriendo, le hacen muy competitivo, por ello est el primero en la lista deutili6acin de los constructores. !artiendo de esta premisa, de la utili6acin del acero, la
0nica forma de reducir el peso de una carrocera es reduciendo la cantidad de acero
utili6ado, y esto tan slo se puede hacer de dos formas2 minimi6ando el tama;o de las
pie6as de la carrocera elaboradas con este material, y reduciendo el espesor de chapa
empleada.
En el primer caso, vemos como los paragolpes, rejillas o guarnecidos van cubriendo
cada ve6 ms superficie, tanto en el exterior como en el interior, dejando la utili6acin
del acero 0nicamente para los elementos o pie6as estructurales.
a reduccin del espesor de la chapa utili6ada es la forma ms segura y previsible de
ahorrar peso. Hna reduccin en el espesor de /,/3 mm podra desembocar en una
reduccin de entre un M y un / N de peso de la carrocera. 'in embargo, la reduccin
de espesor supone un debilitamiento de las caractersticas mecnicas de la carrocera, lo
cual lleva a la necesidad de un anlisis pormenori6ado de todos los esfuer6os que debe
soportar, con la locali6acin precisa de su distribucin.
Hna ve6 conocida la distribucin de esfuer6os sobre la carrocera es cuando se pueden
delimitar las reas de mayor o menor exigencia, que darn lugar a la divisin de una
pie6a en varias de distintos espesores, o a la utili6acin de refuer6os, o a la utili6acin
de acero de diferente calidad, o bien a una combinacin de varias de las alternativas.
a utili6acin de aceros de mejor calidad, y de mayor precio tambin, es una solucin
habitual, y as tenemos como los manuales de reparacin de carrocera de las marcas se
han llenado de siglas, que en ocasiones cuesta descifrar. !odemos encontrar aceros
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endurecidos al horno "&1%, aceros de alto lmite elstico "1'#%, aceros de doble fas y
de fase compleja "C! y (!% o aceros de muy alto lmite elstico "H1%, entre otros.
'in embargo, tambin es verdad que en ocasiones, por cuestiones puramentecomerciales, algunas pie6as se fabrican con un material sobredimensionado, puesto que
es ms econmico gestionar un 0nico material para varias pie6as, que materiales
diferentes para cada pie6a, lo cual lleva en algunas ocasiones a pensar errneamente que
se trata de una pie6a con responsabilidad estructural cuando no lo es.
Otro intento de reducir peso del vehculo se ha llevado a cabo mediante la utili6acin de
aluminio para la elaboracin de parte de la carrocera o en algunos casos de la carrocera
completa "p.e. #udi #4%. Esta segunda opcin supone un gran esfuer6o de dise;o,
puesto que los sistemas de unin clsicos para el acero no sirven y exige una nuevaforma de pensar tanto en la fabricacin como en la reparacin, dejando estas
construcciones como meros ejemplos de la capacidad tecnolgica.
a alternativa de la utili6acin de aluminio en ciertas pie6as o subconjuntos
independientes fijados mediante tornillos, como pueden ser caps, portones, o puertas,
si que est trascendiendo, y cada ve6 podemos encontrar ms vehculos con el cap de
aluminio, por ejemplo.
o mismo puede decirse de los materiales plsticos. &asta comparar un vehculo actual
con otro de hace unos a;os para comprobar como la superficie cubierta por los
paragolpes, tanto delantero como trasero, ha aumentado considerablemente, reduciendo
el tama;o de las aletas y del cap, llegando en algunos casos a convertir las aletas
traseras en meros soportes de pilotos.
P si en el caso de los materiales metlicos, resulta difcil identificar las diferentes
calidades, en el caso de los materiales plsticos la diversidad de aditivitos ymodificadores que se a;aden hacen que cada material sea prcticamente especifico para
una pie6a en concreto.
!ero cuando hablamos de la utili6acin de un determinado material u otro, sea metlico
o plstico, se debe ser capa6 de diferenciar entre los requisitos de produccin y los
requerimientos de la pie6a o subconjunto. #s podemos encontrar constructores que a lo
largo del periodo de fabricacin de una pie6a cambian el material con el cual se elabora,
sin que por ello la pie6a pierda prestaciones. a decisin del cambio puede venir
motivada por un mal resultado o comportamiento de la pie6a, por una evolucin de los
materiales y su coste, y por cambios en el proceso productivo.
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# modo de ejemplo, se pueden citar ciertos componentes plsticos que en el proceso de
fabricacin del vehculo se montan sobre la carrocera, antes del pintado para garanti6ar
el mismo color en toda la carrocera, y que durante el proceso de curado de la pintura
son sometidos de forma 0nica a una temperatura mucho ms alta "-3I3/ D(% que a laque pueden resultar expuestos durante la vida del vehculo, incluso durante el repintado
en una cabina despus de una reparacin "M/I4/ D(%. Estos requisitos de fabricacin, un
elevado nivel reproduccin y un reducido coste condicionan la utili6acin de un
material u otro, ms que los propios requisitos de la pie6a fabricada.