El CIQA desarrolla materiales de fibra de carbono para autos

Científicos del Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA) trabajan en la generación de materiales compuestos de fibra de carbono para sustituir metales convencionales en partes automotrices y desarrollar así autos más ligeros, resistentes y eficientes en consumo energético.

Se trata de un proyecto del Laboratorio Nacional en Innovación y Desarrollo de Materiales Ligeros para la Industria Automotriz (Laniauto),  donde los científicos desarrollan materiales con diversas propiedades estructurales con potencial aplicación en diversas partes del automóvil y fomentar, cada vez más, la introducción de la fibra de carbono en los vehículos convencionales.

De acuerdo con estadísticas de la Asociación Mexicana de la Industria Automotriz, A.C. (AMIA), la producción de vehículos ligeros alcanzó cifra récord en el mes de abril de 2018, en el cual se produjeron 290 mil 981 vehículos ligeros, registrando un crecimiento de 0.3 por ciento en comparación con las 290 mil 88 unidades producidas en el mismo mes de 2017.

Para el laboratorio, el desarrollo de materiales poliméricos reforzados con fibras de carbono, es una línea de investigación muy pertinente en el área automotriz, pues se estima que la reducción de 10 por ciento del peso de un vehículo representa un ahorro de siete por ciento de consumo de combustible.

En una entrevista realizada por la Agencia  Informativa Conacyt, el doctor Ernesto Hernández Hernández, catedrático Conacyt, adscrito al Departamento de Materiales Avanzados del CIQA y responsable técnico de Laniauto, explicó: “Cuando se planteó este proyecto, vimos que es uno de los materiales que va a ir sustituyendo los metales tradicionales como el aluminio y el acero, principalmente. El tema de buscar materiales cada vez más ligeros es uno de los motivos principales. Esto va a hacer que los materiales no solo sean cada vez más económicos, sino que va directamente relacionado a la disminución del consumo energético del mismo auto”.

De acuerdo con el investigador José de Jesús Ku Herrera, catedrático Conacyt comisionado al Departamento de Síntesis de Polímeros del CIQA, el uso de fibra de carbono en la industria automotriz se remonta a la década de los 80 en autos de la Fórmula 1, con el McLaren MP4, y recientemente se ha trasladado la aplicación de esta tecnología en autos de alta gama como los Ferrari, BMW, Chevrolet Corvette, Dodge Viper, Ford Shelby, Alfa Romeo, Ford GT, entre otros autos costosos y de producción en lotes pequeños. Sin embargo, se espera que estos materiales sean usados en mayor medida en autos más económicos.

“Para poner en contexto el desempeño mecánico y ligereza de estos materiales, tenemos que el acero al bajo carbono tiene una resistencia mecánica de ~300 MPa y una densidad de 7.9 g/cm3, mientras que un compuesto de fibra de carbono unidireccional/resina epóxica puede alcanzar una resistencia mecánica de ~1500 MPa y con una densidad mucho menor (1.55 g/cm3)”, comentó el doctor Ku Herrera.

El investigador añadió que en el desarrollo de estos materiales especializados, emplean fibra de carbono comercial, la cual modifican superficialmente a fin de mejorar su compatibilidad con alguna matriz específica y, por consiguiente, mejorar su desempeño mecánico. De esta forma, el material resultante contará con mayor resistencia mecánica, rigidez, tolerancia al daño, tenacidad, vida útil, entre otras características.

Ku Herrera indicó que a pesar de que en la actualidad existen nanomateriales más resistentes y tenaces como los nanotubos de carbono o el grafeno, aún se tienen muchos retos por superar a fin de aprovechar sus propiedades a escala macroscópica y, posteriormente, a nivel industrial; es por ello que la tecnología de las fibras de carbono es la más idónea actualmente para aplicaciones de alto desempeño que demandan simultáneamente alto desempeño estructural y ligereza.

La idea es reemplazar toda parte metálica de los automóviles como la carrocería en general, la defensa, el chasís, eje de transmisión, etcétera.

Respecto al futuro de este proyecto, los investigadores comentaron que de manera simultánea al desarrollo de esta línea de investigación, buscarán la creación de una marca y las certificaciones requeridas de acuerdo con el sector, para posteriormente transferir la tecnología a las empresas interesadas.

“Esta es una de las líneas que le vamos a apostar mucho en Laniauto, porque además de las capacidades que tienen los investigadores que la están desarrollando, creemos que tenemos también la capacidad como centro y Laniauto de transferir esta tecnología (…) Por supuesto hay que validar el cumplimiento de las propiedades mínimas requeridas por el sector automotriz, hay que escalar estos materiales y el proceso para fabricarlos”, enumeró Hernández Hernández.

Además de trabajar en torno a la fibra de carbono, los especialistas realizan proyectos de desarrollo y consultoría para las empresas y exploran otros tecnologías a base de fibras de vidrio y de aramida, utilizadas a mayor y menor escala, respectivamente, en la industria automotriz.

“Tenemos proyectos que van enfocados en consultoría, a satisfacer una necesidad específica de la industria automotriz. Nos llegan las empresas con una necesidad específica y nosotros les sugerimos estrategias mediante la modificación de materiales, de tal forma que la empresa pueda adoptar estas tecnologías modificando al mínimo los procesos que ellos ya tienen implementados. Existen varias estrategias de colaboración con la industria automotriz, y nosotros estamos abiertos a cualquier tipo de colaboración en la que todos los involucrados salgan beneficiados”, puntualizó Ku Herrera.

Materiales de fibra de carbono, desarrollados por el CIQA y Laniauto