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Artículo | Composites para el sector automoción

 
Artículo escrito por Juan Ramón Alonso – Responsable de Mercado del Área de Composites y Polímeros Funcionales Sostenibles de GAIKER – Ver original
 
En las últimas décadas las tecnologías de los materiales compuestos o composites han avanzado mucho, a la par que aquellos sectores que los utilizan han intensificado su uso. El empleo de estos materiales está ligado generalmente al aligeramiento de peso y a su gran resistencia. Es por ello, por lo que sectores que buscan estas propiedades en los materiales, como el del transporte en general, han sido los grandes impulsores de su desarrollo y los beneficiados de las excelentes propiedades que ofrecen. En las últimas décadas la industria aeronáutica ha sido la punta de lanza en la investigación y el uso de los materiales compuestos.
 
La creciente demanda de ahorro energético está llevando al desarrollo de medios de transporte eficientes con un impacto mínimo en el medio ambiente, reduciendo su consumo, recurriendo a fuentes de energía renovables y disminuyendo su peso. Al mismo tiempo se busca disponer de medios de transporte cada vez más seguros y confortables, con una máxima exigencia en cuanto a calidad, diseño y prestaciones, y todo ello a precios competitivos. Además, cada vez es mayor la demanda de diferenciación, personalización, sostenibilidad, reciclabilidad y calidad percibida.

En el sector automoción existe una directriz clara hacia la reducción de peso, al haber una correlación directa entre el peso de los automóviles y la energía requerida para moverlos. Un ahorro de 10 kg en un vehículo de medio tamaño puede reducir sus emisiones de CO2 en 1 g/km aprox. En Europa los fabricantes están obligados a conseguir un 27% de reducción de emisiones de CO2 por vehículo para alcanzar el objetivo marcado por la Directiva Europea de 95 g/km para 2021 frente a los 135 g/km establecidos desde 2015.

Por otro lado, la tendencia hacia la electrificación es un hecho impulsado por la Unión Europea también, donde varios países han anunciado la prohibición de los vehículos de combustión para dentro de dos décadas. Las principales ventajas de los motores eléctricos sobre los térmicos son la ausencia de gases y partículas de escape, más alta eficiencia de conversión de energía (más del 75% frente al 30% de media para motores de gasolina), la posibilidad de recuperar energía durante el frenado y el detenimiento del motor cuando el vehículo está en punto muerto, así como otras ventajas tales como menores costes de mantenimiento y mayor eficiencia en la conducción debido principalmente a un mayor par motor a bajas revoluciones. Sin embargo, estas tecnologías incrementan el peso del vehículo porque se necesitan grandes conjuntos de baterías, nuevos motores, módulos de electrónica de potencia, y cableados complejos. Por lo tanto, se hace necesaria la reducción al máximo del peso de los componentes del vehículo eléctrico, mediante el empleo de materiales avanzados de baja densidad, resistentes al fuego y a las altas temperaturas.

Los composites ofrecen excelentes prestaciones técnicas, especialmente por su gran potencial de reducción de peso y, consecuentemente, también de consumo de carburante y de emisiones de CO2 de los vehículos. Además, presentan la rigidez adecuada, facilitan la libertad de diseño, posibilitan la integración de funciones, la reducción de componentes, así como la resistencia a la corrosión.

En los próximos años las soluciones para la reducción de peso pasarán por un mix de materiales: acero, aluminio, plásticos y composites, materiales que básicamente configurarán los vehículos ligeros. Además, se debe pensar cada vez más en sistemas multimaterial, desarrollando procesos que combinen el moldeo o la unión de metales con composites, así como la unión de composites con otros materiales como los plásticos y cauchos.

La vida útil de los automóviles se ha acortado y existe una tendencia a la personalización, por lo que las series son cada vez más cortas y la inversión en equipos debe ser más económica para su amortización, otro aspecto que juega a favor de los composites frente a los metales.

El nuevo foco en los vehículos autónomos y la movilidad eléctrica requiere más funcionalidades y soluciones integradas. Esta es otra gran oportunidad para los materiales compuestos, que ofrecen importantes ventajas tales como la transparencia al radar o la posibilidad de integración de sensores y de antenas, cables, sistemas de calefacción y elementos de seguridad.

En lo referente a proceso, los composites necesitan ser adaptados a la producción en masa. Tradicionalmente la industria del composite ha estado basada en un alto componente manual, por lo que se precisa avanzar en su automatización para aumentar la eficiencia, algo que se puede conseguir a través de procesos como el SMC o BMC, HP-RTM, C-RTM.

Los composites termoestables presentan grandes beneficios en cuanto a su ligereza y prestaciones mecánicas, pero presentan la limitación de que una vez curados no se pueden reprocesar, lo que dificulta su reciclado. Las alternativas actuales son los composites termoplásticos, en formato organosheet o cintas unidireccionales, con un gran potencial de aplicación como insertos para refuerzo de piezas moldeadas por inyección o compresión.  Otras alternativas son la utilización de resinas líquidas termoplásticas y las nuevas resinas epoxi reciclables.

A pesar de la competencia con las poderosas industrias del acero y el aluminio y sus cadenas de valor bien establecidas, los analistas predicen un futuro muy favorable para el mercado del composite en automoción, con un volumen anual global de 8.000 millones de dólares y un crecimiento del 10% en esta década. La investigación en los procesos de producción, reducción de tiempos de ciclo y reciclabilidad serán aspectos clave para su desarrollo.
 
En el Centro Tecnológico GAIKER, miembro de Basque Research & Technology Alliance, BRTA, investigamos nuevas tecnologías y desarrollamos conocimiento práctico para transferirlos a las empresas. Somos pioneros en el ámbito de los composites, cuya investigación se remonta a la fundación del Centro hace 35 años. Esta experiencia acumulada, gracias a un equipo humano altamente cualificado, con un conocimiento elevado en la formulación y el comportamiento de los materiales, y unas instalaciones donde se aúnan gran parte de los procesos de transformación de composites como SMC, BMC, RTM, preimpregnados, compresión, filament winding, pultrusión, laminación o transformación de composites termoplásticos, así como nuestros laboratorios de ensayos mecánicos, de fuego, microscopía, reología, análisis instrumental y recubrimientos, nos permite afrontar con garantías los retos derivados de cada uno de los sectores en los que se aplican los materiales compuestos.
 
Tenemos experiencia reconocida transfiriendo nuestras tecnologías de composites a empresas de los sectores ferroviario, aeronáutico, naval, construcción y químico, entre otros. En el caso concreto de la industria de automoción, trabajamos en proyectos como:
  • C2CC (Cradle to Cradle Composites), proyecto europeo para desarrollar componentes de automoción mediante preimpregnados de resinas epoxi reciclables transformables por compresión.
  • RTM 4.0, cuyo objetivo es la sensorización y automatización del proceso con el fin de desarrollar gemelos virtuales.
  • C-RECYCLING I y II, en los que se investiga el reciclado de preimpregnados aeronáuticos para su utilización en la fabricación de piezas de automoción.
  • SENSITES, cuyo objetivo es integrar fibras ferromagnéticas en el composite para conseguir una función sensora.
  • MULTIMAT, que persigue desarrollar materiales híbridos composite/metal.
  • PANELITE, cuyo objetivo es el desarrollo de paneles sándwich.
  • INTRAUNIÓN, para desarrollar mejoras de las uniones SMC/caucho y termoplástico/caucho.
  • Desarrollo de soluciones para la fabricación de piezas ligeras y mejora del aislamiento térmico a costes competitivos mediante preimpregnados.
  • Aplicación del SMC fenólico a la fabricación de la caja de batería de vehículo eléctrico.
  • Desarrollo de soluciones basadas en composite para piezas que requieren elevada resistencia al fuego y a las altas temperas.

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GAIKER lidera un proyecto que desarrollará nuevos materiales para electrónica aditiva por impresión 3D

Los productos manufacturados de diversos sectores como automoción, electrodomésticos, máquina herramienta, salud, deporte, etc.  llevan cada vez más electrónica y más personalización, por lo que ya es una realidad la necesidad competitiva de integrar esta tecnología en los productos para reducir costes asegurando su plena funcionalidad.

Con el fin de desarrollar nuevos materiales para electrónica aditiva por impresión 3D, surge el proyecto IDEA que lidera el Centro Tecnológico GAIKER, miembro de Basque Research & Technology Alliance, BRTA. El objetivo principal de esta investigación es desarrollar nuevos materiales con propiedades electrónicas y magnéticas que permitan una nueva electrónica 3D realizada mediante procesos de fabricación aditiva.

Estos nuevos materiales, que se desarrollarán en los dos primeros años de la estrategia de I+D en nuevos materiales para la electrónica aditiva 2019-2030 que se ha definido en IDEA, permitirán eliminar la rigidez que tienen el diseño actual y el espacio 2D de las placas electrónicas, disminuir los costes reduciendo los procesos actuales de montaje, integrar la electrónica en productos plásticos 3D e impulsar nuevas tecnologías de fabricación aditivas híbridas, que permitan desde un solo proceso a la completa integración de electrónica 3D en el producto final.

En IDEA se busca obtener soluciones reales, efectivas, sostenibles y rentables, acordes a los nuevos procesos de fabricación avanzada, y dotar al tejido industrial de materiales y tecnologías propias, que eviten la actual dependencia tecnológica y abran nuevas oportunidades en el ámbito del desarrollo de dispositivos (nueva microelectrónica) y conceptos estructurales para el desarrollo de nuevas máquinas y procesos de fabricación.

Un consorcio, formado por diversos centros tecnológicos y universidades del País Vasco, lleva a cabo este proyecto ELKARTEK financiado por el Gobierno Vasco y coordinado por el Centro Tecnológico GAIKER, que se encargará de diseñar e imprimir nuevos materiales orgánicos. Este Centro desarrollará, por un lado, nuevos materiales de base  polimérica a partir de matrices de tipo comodities, como polímeros de origen reciclado y natural, que en la actualidad se encuentran en fase de desarrollo experimental, tanto en su producción como en su adecuación para aplicarlos en distintitas tecnologías de fabricación aditiva y logro de propiedades electrónicas, y por otro, de desarrollar nuevos procesos de impresión aditiva de polímeros, adaptando los procesos actuales de impresión por filamento a las exigencias de los nuevos materiales desarrollados.

COVID-19 – GAIKER lidera proyectos de investigación y realiza servicios tecnológicos sobre COVID-19

Como parte del esfuerzo colectivo que se está realizando a todos los niveles, el Centro Tecnológico GAIKER, miembro de Basque Research & Technology Alliance, BRTA, trabaja en varios proyectos de I+D en los que aplica sus capacidades y experiencia para contribuir a mitigar el impacto de la pandemia COVID-19.

El proyecto EC-LAMP CoV-2, que lidera el Centro, consiste en el desarrollo de un kit ultrasensible y rápido como alternativa a las pruebas PCR para la detección del SARS-CoV-2. La técnica de PCR requiere de equipamiento sofisticado de laboratorio y de personal especializado para llevar a cabo todo el proceso de detección del virus, desde la extracción del material genético hasta la lectura óptica de los fragmentos genéticos amplificados. Además, se necesitan entre 4 y 6 horas para completar el procedimiento y obtener los resultados diagnósticos. Con el objetivo de minimizar la complejidad de esta técnica, GAIKER trabaja en colaboración con TEKNIKER en un kit que consiste en un sistema de amplificación genética alternativo cuya principal característica es que tiene lugar a una temperatura constante, no requiere de un termociclador, ni de personal altamente cualificado, facilitando de esta manera el diagnóstico del virus en las diferentes instalaciones sanitarias y descentralizando los análisis de los hospitales. El diseño de este sistema de amplificación conocido como LAMP (LoopAMPlification) confiere a este kit de una gran eficiencia de detección, que se traduce en una reducción del tiempo de ensayo a menos de una hora.  

Igualmente, GAIKER avanza en el proyecto ARINTEST, cuyo fin es el desarrollo de un nuevo test serológico basado en tecnología lateral flow que permita mejorar la fiabilidad en la detección de los anticuerpos frente al virus SARS-CoV-2 en personas que están o han estado infectadas por el coronavirus causante de COVID-19. Actualmente se está trabajando en conseguir que este nuevo test sea rápido, sensible, especifico y de uso portátil, sin necesidad de instalaciones de laboratorio. Así, se podrá conocer en menos de 15 minutos y mediante el análisis de una gota de sangre, obtenida por una simple punción en un dedo, si una persona esta inmunizada frente al virus SARS-CoV-2. La sensibilidad y especificidad de este test se evaluará tanto con muestras de sangre positivas (de individuos diagnósticos como positivos por análisis de RT-PCR) como negativas (extraídas antes de la aparición de la pandemia).

Una vez desarrollado este test rápido a escala de laboratorio en GAIKER se podrá poner en marcha su fabricación a escala industrial en un corto plazo de tiempo y por un bajo coste. Los datos aportados por un test serológico fiable permitirán apoyar de forma significativa la toma de decisiones en la vuelta progresiva a la normalidad de la población, minimizando el riesgo de un repunte de la pandemia.

En paralelo al trabajo en estos proyectos y desde el comienzo de la pandemia, GAIKER coopera con instituciones y empresas, evaluando metodologías del entorno académico y decenas de kits comerciales disponibles en el mercado internacional para el diagnóstico de COVID-19. Al mismo tiempo, atiende consultas y realiza servicios tecnológicos relacionados con los materiales de fabricación y ensayos para evaluar la capacidad antivírica, antimicrobiana y de biocompatibilidad requeridos para la certificación y homologación sanitaria del equipamiento de protección.

Experiencia de GAIKER
GAIKER posee más de 20 años de experiencia trabajando en proyectos relacionados con la detección de diferentes tipos de patógenos humanos, sistemas de diagnóstico de enfermedades y otras determinaciones biológicas mediante técnicas de biología molecular. Cuenta con una amplia experiencia en la extracción de material genético (ADN y ARN) a partir de diferentes matrices y en diferentes técnicas de amplificación como RT-PCR y PCR a tiempo real. Además, el Centro ha trabajado en el desarrollo de tests rápidos para detección de biomarcadores relevantes en salud basados en tecnología lateral flow, la misma tecnología empleada en los tests de embarazo.

El proyecto YPACK de la UE desarrolla envases innovadores de alimentos biodegradables capaces de extender la vida útil de los alimentos

La contaminación por plásticos y la eliminación de envases de plástico de un solo uso es un gran problema de sostenibilidad que necesita soluciones innovadoras. Los resultados recientes del proyecto YPACK, financiado por la UE y en el que participa el Centro Tecnológico GAIKER, miembro de Basque Research & Technology Alliance (BRTA), muestran que una formulación innovadora de ingredientes activos podría permitir que este empaque de alimentos biodegradable prolongue la vida útil de los alimentos y, por lo tanto, reduzca el desperdicio de alimentos.

Durante los últimos dos años, YPACK ha desarrollado un plástico de base biológica como alternativa al envasado de alimentos de plástico tradicional. El empaque compostable de YPACK está hecho de un biopolímero sostenible, poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (PHBV), producido a partir de subproductos de la industria alimentaria, suero de queso y microcelulosa de cáscaras de almendras. Las pruebas de biodegradabilidad muestran una degradación total dentro de los 90 días regulados.

Avance de envase activo

El biopolímero PHBV se utilizó para crear «bio-papel» muy fino a partir de subproductos de la industria alimentaria.

El óxido de zinc y el aceite esencial de orégano, dos ingredientes activos, se incorporaron a los bio-papeles. Estos compuestos tienen buena actividad antimicrobiana contra dos bacterias que pueden causar intoxicación alimentaria: Staphylococcus aureus (estafilococo áureo) y Escherichia coli (E. coli). Los investigadores descubrieron una proporción óptima de los ingredientes activos que mostraron efectos antibacterianos exitosos a corto plazo (15 días) y mediano plazo (hasta 48 días) en sistemas «abiertos» y «cerrados». Esto significa que la fórmula podría usarse para productos alimenticios donde el empaque se abre y se cierra varias veces, por ejemplo, para empacar rebanadas de jamón o pan. Los componentes activos podrían usarse tanto en bandejas como en de películas de contacto alimentario como una capa activa.

Estos prometedores resultados de laboratorio muestran el potencial de los envases activos de base biológica para aumentar la vida útil de los productos frescos como carne, frutas y verduras y pasta fresca. Sin embargo, debido a restricciones regulatorias dentro de la UE, el embalaje final de YPACK no contendrá, en primera instancia, una capa activa sino que estará hecho exclusivamente de PHBV biodegradable.

¿Cuál es el siguiente paso?
El proyecto YPACK está entrando en la próxima fase de aceptación del consumidor y estudios de vida útil en la primavera de 2020. En un estudio preliminar de consumidores realizado por YPACK que incluyó a más de 7000 consumidores, los resultados mostraron que estos no se opusieron al uso de cáscaras de almendras y suero de queso en los materiales de envasado de alimentos. Las tecnologías de envasado pasivo y activo fueron aceptables de manera similar para los consumidores. Consumidores de 7 países (Dinamarca, Francia, Hungría, Países Bajos, Portugal, España, Turquía) participaron en este estudio. Este proyecto de tres años llega a su fin en octubre, acercándose al objetivo de ver el empaque YPACK en el mercado. Los resultados completos del proyecto YPACK se presentarán en la conferencia final el 1 de octubre en Bruselas.

Más sobre YPACK
YPACK es un proyecto de 3 años financiado por la UE con el objetivo de ampliar la producción y validar comercialmente dos soluciones innovadoras de envasado de alimentos basadas en PBHV, un tipo de biopolímero polihidroxialcanoato (PHA); una película de contacto alimentario y una bandeja totalmente compostables. Este nuevo envase utilizará subproductos de la industria alimentaria (suero de queso y cáscaras de almendras), asegurará la biodegradabilidad y reducirá el desperdicio de alimentos en el marco de la estrategia de economía circular de la UE.

La validez del embalaje se evaluará en productos frescos (carne, frutas y verduras y pasta fresca), que son los contribuyentes más importantes al desperdicio de alimentos. Se llevará a cabo un perfil del consumidor y un estudio de mercado para identificar las preferencias de los consumidores y las necesidades del mercado y combinarlas con las nuevas regulaciones de la UE y el desarrollo de materiales de embalaje.

En 2019, la tecnología YPACK fue arrendada a Ocenic Resins S.L. para producir pajitas biodegradables (comunicado de prensa).

Página web: www.ypack.eu