El projecte Ecogel desenvolupa un procés de RTM que permetrà la reducció dels temps de cicle i de les emissions de COVs

La substitució de peces fabricades amb materials convencionals per peces realitzades amb materials compostos contribueix a la reducció del pes del vehicle, a una major eficiència en el consum del combustible i a una millora en la relació entre potència i pes del vehicle, la qual cosa es tradueix en un major rendiment del mateix. Històricament, l'ús de materials composts en el sector de l'automoció s'ha vist limitat hagut de, fonamentalment, als temps de cicle (capacitats de producció). No obstant això, les noves normatives que afecten directament a les emissions de CO₂ estan impulsant l'ús de materials composts en aquest sector.

En la Unió Europea (EU), el transport per carretera aporta aproximadament una cinquena part de les emissions totals de diòxid de carboni (CO₂), principal causant de l'efecte hivernacle. El transport és l'únic sector important en la UE, on les emissions de gasos d'efecte hivernacle segueixen augmentant; gairebé un 23% entre 1990 i 2010. La Comissió Europea ha engegat, seguint l'estratègia que va adoptar en 2007, un marc jurídic global per reduir les emissions de CO₂ dels nous vehicles lleugers com a part dels esforços per garantir que compleix amb els seus objectius de reducció d'emissions de gasos d'efecte hivernacle sota el Protocol de Kyoto i més enllà. La legislació estableix objectius vinculants d'emissions per als cotxes i furgonetes. Per als cotxes, els fabricants estan obligats a garantir que el seu parc de vehicles nous no emet més d'una mitjana de 130 grams de CO₂ per quilòmetre (g CO₂/km) en 2015 i aquesta xifra ha de disminuir a 95 g CO₂/km en 2020. Per a furgonetes l'objectiu obligatori és de 175 g de CO₂/km per 2017 i 147g de CO₂/km per a l'any 2020¹.

Una de les estratègies més efectives quan els fabricants de vehicles s'enfronten al repte de reduir les emissions de CO₂ és la reducció del pes del vehicle on els materials composts juguen un paper fonamental. El modelo per transferència de resina (RTM) és un procés per a la fabricació de composites que ha aconseguit una importància rellevant dins d'aquest sector ja que permet l'obtenció de peces amb un acabat “classe A”. En aquest procés, el reforç de fibres es col·loca a l'interior d'un motlle. A continuació, el motlle es tanca i s'injecta la resina. Després del guarit, la peça es desmoldea i es prepara per a les següents fases de pintat. Aquest sistema de producció també permet l'aplicació d'un gel coat que constituirà la superfície cara vista de la peça eliminant les fases posteriors de pintat. Els motlles emprats en aquest procés poden ser de diferents tipus, des de motlles d'alumini, acer o níquel de major cost fins a motlles de resina més econòmics.

El procés de RTM ha anat evolucionant al llarg dels anys amb l'objectiu de millorar la qualitat de les peces i els temps de cicle convencionals (entre 15-85 minuts)². L'equilibri entre el tipus de resina d'injecció, el disseny del motlle i el procés han estat, i segueixen sent, fonamentals per aconseguir aquest objectiu. En 1997, JHM Technologies, Inc. i Plastech en el Regne Unit van desenvolupar el que es coneix com a Motlle de RTM de “pells” intercanviables (MIT). Aquest mètode incorpora, en un mateix motlle, múltiples cares idèntiques (pells) de baix cost. Mentre que en la pell situada en el motlle, s'injecta i es polimeriza la resina, una altra pell pot ser utilitzada en la fase d'aplicació de gel coat i, a continuació, en la col·locació del reforç de fibra. D'aquesta manera, els sistemes de pells intercanviables contribueixen a la disminució en el temps de producció d'una peça.

Actualment, els principals agents implicats en el procés de producció mitjançant RTM (productors de matèries primeres, equips, fabricadors de vehicle…) estan treballant en diferents sistemes amb la finalitat d'aconseguir una disminució total dels temps de cicle. Un exemple ho trobem en el desenvolupament que estan duent a terme Momentive Specialty Chemicals’ (Columbus, Ohio) juntament amb Cannon (Boromeo, Itàlia) i KraussMaffei (Munich/Eppigen, Alemanya) para BMW. En est, s'han obtingut sistemes de resines epoxi de cinc minuts de guarit (s'està treballant en l'obtenció de cicles de guarit de dos minuts), que combinats amb equips d'alta pressió d'injecció (fins a 200 bars de pressió amb ràtios d'injecció de 200 g/s) han aconseguit una disminució dels temps de cicle.

D'altra banda, Huntsman Polyurethanes (Everberg, Belgium) juntament amb Frimo (Lotte, Alemanya), empresa especialista en la producció de peces de RTM, ha desenvolupat resines de poliuretà de guarit ràpid que utilitzades amb reforços de fibra constitueixen una alternativa al mercat dels materials composts. Una altra divisió d'Huntsman, Huntsman Advance Materials, treballa en el que han denominat com FAST RTM, amb pressions d'injecció majors de 15 bars.

En aquest últim cas, s'han aconseguit temps de cicle d'entre 5,5 i 13 minuts, incloent els temps de col·locació de la preforma en el motlle, injecció, guarit i desmoldeo. També s'estan realitzant esforços per part de fabricants de fibres que estan desenvolupant prepegs de guarit ràpid i fabricadors d'equips (premses, equips d'injecció, robots) que milloren els seus equips per aconseguir l'objectiu comú de reducció dels temps de cicle.

Dins d'aquest marc, Aimplas treballa, juntament amb altres 12 socis europeus, en el projecte europeu Ecogel Cronos. El principal objectiu d'aquest projecte és el desenvolupament d'un sistema ecològic de RTM d'alta productivitat. Per a això, es va a treballar fonamentalment en dos aspectes;

• la formulació i fabricació d'un gel coat en pols de guarit ràpid que disminuirà l'emissió de compostos orgànics volàtils en la planta de producció i
• el disseny i la construcció de motlles amb sistemes intercanviables de “pells” reforçats amb fibres de carboni i calefactados elèctricament.

La utilització d'un gel coat permet l'obtenció de peces totalment acabades sense necessitat de l'aplicació de fases posteriors de pintat. La utilització d'un gel coat en pols presenta avantatges addicionals respecte a la utilització dels, emprats actualment, gel coat líquids. Entre aquests avantatges cal destacar la important reducció de temps de cicle (entre un 70 i un 88%), la possibilitat de reutilització de l'excés de gel coat en pols aplicada utilitzant sistemes d'aspiració de pólvores, un major rendiment efectiu en grams per superfície de material aplicat (1:4), una major qualitat de les peces ja que es millora la interfase gel coat – resina i una reducció de les emissions de compostos orgànics volàtils en les plantes de producció.

El disseny i fabricació d'un motlle amb “pells” intercanviables amb una estructura de fibra de carboni que actua com a suport però també com a element calefactor és un altre dels reptes del projecte. La utilització d'aquests motlles assegura un escalfament homogeni de tota la peça a la temperatura necessària per a la formació de la pel·lícula de gel coat i amb la qualitat superficial requerida en el sector de l'automoció “superfície Classe A”. A més, es preveu la utilització de preformas per millorar dràsticament la velocitat de producció actual.

Finalment, s'empraran dos casos d'estudi per demostrar els avantatges del les noves tecnologies desenvolupades en el projecte; una peça per al sector del transport de mercaderia pesada i una peça per a vehicles lleugers. En el primer cas, la peça s'obtindrà amb el recobriment del gel coat en pols del color de l'acabat final, sense necessitat de posteriors tractaments. La peça a realitzar per a vehicles lleugers, s'obtindrà amb un recobriment de gel coat en pols amb propietats de conductivitat elèctrica preparada per al seu pintat en un bany de pintura cataforética tal com és habitual en el pintat de peces metàl·liques.

El consorci del projecte està constituït per 13 organitzacions europees que inclouen, Aimplas, Ecoinnova i Cidetec a Espanya, Composite Integration, AXON i NetComposites de Regne Unit, Clerium d'Holanda, Indupol International N.V. de Bèlgica, i-Xstream engineering de Luxemburg, ‘Dortmund University of Applied Sciences and Arts’ a Alemanya, KETEK a Finlàndia, Mègara de Grècia i Steel Belt Systems Powder Coating Division (SBS) d'Itàlia.

La recerca que conduirà a aquests resultats ha rebut subvenció del 7º Programa Marco de la Unió Europea (FP7/2007-2013), sota l'acord de subvenció no. 609203. Per a més informació, visiti la web del projecte en www.ecogelcronos.eu

¹ “European Comission.“Climate. European Comission, Web. 12 Dec 2013. http://ec.europa.eu/clima/policies/transport/vehicles/index_en.htm>.

² Klaus, Ritter.”RTM advances facilitate mass production in the automotive market" Reinforced Plastics. 30 Jul 201230 Jul 2012: n. page. Web. 12 Dec. 2013. .

³ Sloan, Jeff.”Acte composites quest: One-minute cycle estafi?” Composites World. 01 08 201201 08 201201 08 2012: n. page. Web. 12 Dec. 2013. http://www.compositesworld.com/articles/auto-composites-quest-one-minute-cycle-time.