Reducir el peso de los vehículos es una de las estrategias más eficaces para mejorar la eficiencia energética y disminuir las emisiones asociadas al transporte. En este contexto, el proyecto europeo FOREST, coordinado por AIMPLAS, el Instituto Tecnológico del Plástico, ha desarrollado y validado nuevos materiales compuestos ligeros para aplicaciones en automoción, aeronáutica y transporte colectivo, logrando reducciones de peso de hasta un 35% respecto a componentes convencionales sin comprometer sus prestaciones, seguridad ni durabilidad.
Los resultados del proyecto han demostrado que es posible desarrollar componentes para el transporte con más de un 50% de materiales sostenibles, combinando materias primas de origen biológico, fibra de carbono reciclada y aditivos funcionales sin renunciar a las prestaciones, la seguridad ni la viabilidad industrial.
Los demostradores finales desarrollados en el proyecto han logrado reducciones de peso de entre el 30% y el 35% respecto a componentes convencionales de referencia, cumpliendo al mismo tiempo los requisitos mecánicos y funcionales exigidos, incluidos el comportamiento frente al fuego y, cuando ha sido necesario, el apantallamiento frente a interferencias electromagnéticas.
La eficiencia de fabricación también ha mejorado junto con la sostenibilidad de los materiales. La optimización de los procesos ha permitido reducir entre un 15% y un 25% el consumo energético respecto a los métodos convencionales gracias al desarrollo de químicas de curado acelerado que han reducido los tiempos de ciclo entre un 20% y un 40%, a conceptos de fabricación en una sola etapa que han eliminado procesos intermedios y a la supresión de los requisitos de almacenamiento en congelación. Asimismo, los costes de ingeniería se han reducido entre un 15% y un 20% mediante la simplificación de utillajes, la disminución del número de iteraciones de molde y una mayor robustez de los procesos.
“FOREST demuestra que la sostenibilidad, la reducción de peso y la seguridad no son objetivos incompatibles. Al integrar materiales de origen biológico, fibra de carbono reciclada y prestaciones multifuncionales, estamos redefiniendo los materiales compuestos avanzados para la movilidad del futuro“, ha señalado Fernando Ramos, coordinador del proyecto FOREST en AIMPLAS.
Coincidiendo con la celebración de la Semana Europea de la Movilidad, del 16 al 22 de septiembre, los avances alcanzados por FOREST ponen de manifiesto el papel que pueden desempeñar los materiales compuestos sostenibles y ligeros para reducir el consumo energético y las emisiones asociadas al transporte del futuro.
Tres demostradores que prueban su viabilidad industrial
Con el objetivo de demostrar la viabilidad industrial de los materiales y procesos de fabricación desarrollados, FOREST ha diseñado, fabricado y validado tres demostradores dirigidos a responder a desafíos clave en los sectores de la automoción, la aeronáutica y el transporte colectivo:
Tapa de batería para vehículo eléctrico: Carcasa fabricada mediante moldeo por compresión con una matriz bio-benzoxazina reforzada con fibra de carbono reciclada e incorporando aditivos ignífugos y de apantallamiento electromagnético de origen biológico. El demostrador ha sido validado en términos de comportamiento estructural, resistencia al fuego y protección frente a interferencias electromagnéticas.
Panel de techo de cabina aeronáutica: Solución de material compuesto termoplástico ligero basada en organochapas reforzadas con fibra de carbono reciclada y sobremoldeo con Bio-PA, que sustituye a los paneles convencionales de resina fenólica mejorando su sostenibilidad y manteniendo las prestaciones exigidas por la industria aeronáutica.
Perfil pultruido para techo de autobús. Perfiles estructurales continuos fabricados mediante la combinación de hilo de fibra de carbono reciclada y Bio-PA a través de un proceso de pultrusión termoplástica, una ruta automatizada y escalable para la producción de componentes ligeros de altas prestaciones.
Tres sistemas de resinas de origen biológico validados a escala piloto
Detrás de estos demostradores se encuentra otro de los principales hitos del proyecto: el desarrollo, optimización y validación a escala piloto de tres sistemas de resinas de origen biológico adaptados a diferentes aplicaciones del sector del transporte. Se trata de una resina bioacrílica, una resina bio-benzoxazina y una biopoliamida 6, cuyas formulaciones han cumplido los requisitos necesarios para su integración en los demostradores finales, confirmando avances en contenido biobasado, procesabilidad y prestaciones multifuncionales.
El sistema de resina bioacrílica basado en Elium ha alcanzado formulaciones estables con aproximadamente un 25% de contenido biobasado, manteniendo al mismo tiempo la reciclabilidad, la procesabilidad y las prestaciones termomecánicas. Su integración con fibra de carbono reciclada se ha demostrado mediante tecnologías C-RTM y procesamiento de organochapas.
La resina bio-benzoxazina ha alcanzado aproximadamente entre un 85% y un 87% de carbono renovable. La selección del catalizador y los tratamientos posteriores al curado han permitido mejorar el proceso de curado, la estabilidad térmica y las propiedades mecánicas, posibilitando su aplicación en procesos de moldeo por compresión SMC destinados al sector de la automoción.
Por su parte, el sistema de biopoliamida 6 se ha desarrollado en versiones parcialmente y totalmente biobasadas. FOREST ha demostrado la viabilidad de su polimerización y escalado, optimizando las formulaciones para mejorar la viscosidad, la impregnación de fibras y la compatibilidad con procesos de pultrusión y sobremoldeo.
Cerrando el círculo de la fibra de carbono
Además de aumentar el contenido de materiales de origen biológico, el proyecto ha impulsado la valorización de residuos de fibra de carbono para avanzar hacia soluciones más circulares para el transporte.
La fibra de carbono es uno de los materiales cuya producción consume más energía dentro de la industria del transporte. Por ello, FOREST ha abordado la recuperación de hasta el 100% de los residuos de fibra de carbono para transformarlos en materiales semielaborados de alta calidad destinados a nuevas aplicaciones.
Los resultados han demostrado que las fibras recuperadas conservan una elevada proporción de sus propiedades mecánicas originales, un hallazgo fundamental para avanzar hacia cadenas de valor más circulares en el ámbito de los materiales compuestos.
Los desarrollos del proyecto han estado respaldados por un amplio programa de ensayos y caracterización que ha incluido el estudio reológico de las resinas, el comportamiento durante el curado, análisis térmicos, ensayos de tracción, flexión e impacto, comportamiento frente al fuego, análisis por microscopía y evaluación del apantallamiento electromagnético. Este enfoque basado en la validación experimental ha permitido garantizar que las mejoras en sostenibilidad no han comprometido la integridad estructural, la seguridad frente al fuego ni la robustez de los procesos de fabricación.
FOREST constituye un claro ejemplo de cómo la investigación y la innovación europeas han ayudado a la industria del transporte a reducir peso, disminuir el consumo energético de los procesos productivos, incrementar el contenido de materiales sostenibles y valorizar residuos de fibra de carbono. Sus demostradores evidencian que las soluciones circulares, ligeras y seguras basadas en materiales compuestos han dejado de ser conceptos de laboratorio para convertirse en prototipos validados con potencial de aplicación industrial.