El sector de composites, cada vez más dinámico
cada vez más dinámico
Las JEC lideran las manifestaciones de composites
La trigesimoprimera edición de las JEC reunió, en el CNIT de París La Défense, del 24 al 26 de abril, a 442 expositores sobre 16.000 m de superficie. Por primera vez se dieron tres ciclos de conferencias: las clásicas de las Jornadas, que reunieron a 32 conferenciantes; las nuevas "Composites manufacturing and tooling", organizadas por el CPC y por Matrice Tecnology y con un programa de 47 intervenciones; y la SFIP, que tomó como tema de 50 presentaciones adicionales sobre el tema "Matrices et composites thermodurcisables".
Por añadidura, el CPC (Centre de Promotion des Composites), organizador de las JEC, y la Sampe (Society for the Advancement of Material and Process Engineering), cuyo capítulo europeo celebró del 28 al 30 de mayo su 17 conferencia y exhibición en Basilea, han llegado a un acuerdo para que durante los próximos tres años se celebren conjuntamente en París ambos eventos. Con todo ello, las JEC superan netamente las conferencias y exhibición de la norteamericana SPI/Reinforced Plastics-Composites Institute y se convirtien en el primer foro mundial de materiales avanzados.
Pese a todo esto y con una presencia internacional de expositores prácticamente igual a la francesa, la manifestación parisina conserva un tamaño suficiente, pero no excesivo, para cubrir las necesidades del sector. De la opinión de varios visitantes se desprende también que quizá sea éste el foro más adecuado para las ferias sectoriales y evite la fatiga derivada de las grandes distancias en algunas ferias para obtener una visión global o la particular de varios sectores diseminados.
Figura 1 La fabricación de piezas en composites avanzados para aviación exige el uso de grandes autoclaves equipadas con sistemas de vacío, presión y calentamiento. Los ciclos se programan, temporizan y controlan con una elevada precisión. Protagonismo de los transformadores
Durante las jornadas, los transformadores presentaron los resultados prácticos de las ofertas de nuevas materias y procesos puestos a su disposición en los dos años anteriores, que se han amplíado considerablemente este año. Si en las jornadas de 1994 y 1995 el interés se centró en el progreso de la oferta de los productores de materias, este año se ha podido constatar un espléndido aprovechamiento de sus posibilidades.
Un nuevo desarrollo lo ha presentado la Universidad de Leeds relacionado con las fibras de PE de ultra-alta densidad (como la Dyneema de DSM) que, con un excelente módulo elástico (120 GPa) y una densidad menor de la unidad (0,97 g/cm), presenta el problema de su pobre adherencia a las matrices termoestables.
Figura 2 El proyecto Tulip (Transporte Urbano Libre Individual y Público) es una solución futurista propuesta por Peugeot y Citroën para los atascos de la circulación urbana, en que el 75% de los desplazamientos los efectúa un solo acupante. La práctica totalidad de la carrocería autoportante se ha diseñado en composite. La nueva solución consiste en una fusión controlada de la superficie de las fibras pre-conformadas, seguida de un compactado a baja presión, con lo que el material deja de ser un composite (complejo) al estar constituído por un único material con una de las mejores relaciones posibles de propiedades mecánicas respecto a la densidad, puesto que es, además, flotante.
Las posibilidades del nuevo complejo de fibra de vidrio-PET Twintex de Vetrotex las ejemplifica Jacob Composite que produce los cascos ya referenciados a un ritmo de 42 segundos por unidad que es, probablemente, el más rápido para una aplicación estructural de los composites.
La generalización del uso del procedimiento RTM (Resin Transfer Molding) ha impulsado a Matrasur a proponer a los transformadores un nuevo proceso de transformación que permite al industrial equiparse en tres meses con el entorno industrial y humano para realizar cualquier tipo de pieza con cadencias de 20 a 100 unidades diarias (incluyendo gel-coat) y en las JEC se han podido ver diversas realizaciones que referenciamos entre los productos destacados al pie.
Por su parte, Aerospatiale, que presentó el pasado año su sistema Unipolis de polimerización por ionización, lo ha extendido esta edición al proceso RTM. este proceso reduce los tiempos de endurecimiento a una décima parte y evita el calentamiento de los moldes, con lo que puede automatizarse totalmente el proceso de fabricación.
Hace unos años, la industria de composites eligió a los materiales semielaborados de fibras cortadas (láminas de moldeo SMC y complejos BMC) como motores de su desarrollo. Fue necesario un cierto tiempo para que los productos de estas técnicas fueran susceptibles de pintura con facilidad, pero estos problemas se han superado hoy, incluyendo el uso del IMC (in-mould-coating) para la terminación A1 en molde.
Optimización de las características
Sin embargo, el progreso de las características de los termoplásticos inyectados está desplazando a estos materiales de algunas aplicaciones, convirtiendo de nuevo a los composites en un material de pre-series. Los transformadores, a la espera de que se generalice el uso de los composites como materiales estructurales (de fibra contínua), optimizan las características de sus productos con técnicas de cálculo y diseño más sofisticadas.
Un ejemplo es el desarrollo del carrozado completo del tractor Genesis de Ford. Consta de doce piezas, todas las cuales siguieron los pasos CAD de diseño y cálculo estructural, estudio de CAM -incluyendo los sistemas óptimos de moldeo de cada una-, los sistemas de acabado, el arrumaje retornable y el embarque de piezas just-in-time y se realizaron los moldes y prototipos mediante ingeniería simultánea.
En un conjunto armónico de este tipo, es difícil que el composite se sustituya por otro material aunque las series superen a las inicialmente previstas, que ha sido el peligro que han corrido muchos transformadores de SMC-BMC.
Donde seguro que el material es, hoy por hoy, insustituible es en aplicaciones como la barra aislante de guía de la nueva línea de metro Meteor de París. Estos perfiles, que ha diseñado y fabrica DCP, pesan 33 kg por metro y son los mayores fabricados en Europa. Su misión no es sólo alojar las barras conductoras de fuerza motriz eléctrica sino que constituyen además el elemento de dirección para el tren, que circula sobre neumáticos. La combinación de aislamiento eléctrico y resistencia mecánica a un coste razonable es privativa de los composites.
Oferta suficiente de fibras
A los esfuerzos de Vetrotex y de Owens Corning para cubrir el desabastecimiento de estos materiales -que ha causado el retraso de la puesta en marcha de muchas nuevas iniciativas- se ha unido ahora el otro gran productor, PPG. Esta compañía ha completado la reconstrucción de su planta principal de Shelby, en Estados Unidos, y dispone adicionalmente de las de Lexington y la nueva de Chester (también en Estados Unidos), Barcelona (Venezuela), Hoogezand (Holanda). En su planta de Wigan (Reino Unido), PPG ha aumentado su producción a más de 45.000 T/año y en la de Chia Yi (Taiwan) construye un segundo horno. Debe contarse también con los aportes de los demás fabricantes americanos y los de Europa oriental e incluso el fabricante turco Cam Elyaf, que espera inaugurar también su segundo horno el próximo otoño.
Un notable aumento del mercado
Fuentes de PPG calculan que el año 2000 se suministrarán cerca de 1,9 millones de toneladas de fibra de vidrio, con un incremento del 22,5% sobre las ventas de 1995. Los estudios de mercado disponibles afirman que en los dos últimos años el crecimiento del mercado europeo de fibras ha sido de un 28%; aunque se parte para esta cifra del año negro de 1993, el incremento en un 9,5% para 1995 es muy significativo.
En buena lógica, los próximos dos años deberían ser más tranquilos pero debe tenerse en cuenta el factor de las nuevas iniciativas señaladas para un crecimiento más sostenido y, especialmente, si se ponen en marcha proyectos como los anunciados el pasado año por el SPI/Composites Institute (ver el artículo de divulgación de este mismo número), sobre nuevas aplicaciones en el campo estructural.
Figura 3 El tramo que se presenta forma parte de una extensa red de canalizaciones de alimentación y recirculación de agua de regrigeración para la nueva centra térmica de Deeside (RU) moldeados en resina Atlac de DSM mediante colada centrífuga por Johnston Pipes. Según Owens Corning, el impacto de tales iniciativas en el mercado americano durante el pasado año ha sido todavía pequeño, aunque la presentación en París de su nueva fibra super-resistente ZenTron parece orientada a este mercado.
Los productores de fibras están en condiciones de asumir estos incrementos y, con tales antecedentes, el protagonismo del desarrollo pasa ahora a los transformadores, que no es probable que vean sus esfuerzos dificultados por grandes movimientos en los precios de las matrices poliméricas.
Nuevos procedimientos y matrices
La importancia del esfuerzo expuesto no significa que los demás proveedores del sector hayan dejado de presentar en las JEC novedades dignas de mención. Un ejemplo es el desarrollo por GenCorp de nuevos tipos de IMC (in mould coating) e IMP (in mould prime) para superar la porosidad (e incluso irregularidades superficiales de 0,1 mm en altura) de las piezas de SMC sin dejar el típico grano de naranja que producen las imprimaciones aplicadas a pistola. Las IMP, que se aplican en el molde una vez curada la pieza en SMC, permiten luego el pintado en línea en conjunto con los elementos metálicos.
Figura 4 La práctica totalidad del carrozado de las motocicletas y sidecares está constituída por elementos composite. Kemistatic ha desarrollado un nuevo tipo de PUR bi-componente para aplicación electrostática y polimerizable en frío, para el recubrimiento de toda clase de materiales sin emisión de vapores de disolvente.
GTI Process presentó sus resinas Gyral basadas en un injerto organo-mineral, un sistema que permite elevadas tasas de carga conservando una baja fluidez, desde 250 mPa, que hace posible para los poliésteres M1 un índice IOL (índice de oxígeno límite) de inflamación de 95 con índices de humo tan bajos como 4.
Mecelec Recyclaje, además de la expansión del sistema Valcor de micronización de desperdicio, ha iniciado este año la recuperación de fibras largas, con lo que se amplia el uso de reciclados de SMC y BMC.
Otra interesante propuesta es la de Erica, que optimiza para los transformadores el uso de las energías radiantes, cada vez más necesario por la creciente utilización de matrices termoplásticas, cuyo tratamiento difiere del tradicional para los termoestables.Los fabricantes de matrices han desarrollado también nuevos materiales. Jotun ha atendido a las demandas del moldeador de los veleros Swan, uno de los tipos más apreciados del mundo y que llegan a costar 600 Mptas, y ha desarrollado la gel-coat Norpol NGA que se presenta como la gel-coat "eterna" por sus muy especiales características de duración del brillo y resistencia. Advanced Composites Group ha presentado sus nuevos productos de las resinas de cianato-éster que, con un curado a 72 C, soportan temperaturas de servicio superiores a 250 C, entre ellos el LTS 110 que es una espuma sintáctica que puede utilizarse en moldes y estructuras de motores de competición hasta 279 C.
Basf aporta una consideración original: la de que el ruido es una de las molestias más insoportables de nuestras sociedades modernas. Propone productos "ecófilos" como los Elastopreg GMT o los SMC Palapreg para encapsular motores de automóvil o camión y reducir su impacto sonoro. Un nuevo producto de Ciba para el refuerzo de estructuras sandwich son los Eposerts y las espumas sintácticas de dos componentes. Los primeros son insertos de epoxi con cargas sintácticas que permiten reducir el tiempo de refuerzo de los materiales de nido de abeja y asegurar la calidad. También corresponde a esta empresa la presentación de un nuevo sistema de resinas expandibles para estratificados que permite obtener directamente piezas sandwich o elementos monolíticos de espesor variable.
Buna Sow Leuna estaba presente con sus resinas UP Sonaran en las JEC por primera vez desde su toma de control por DOW y la unión de las tres firmas que constituyen su actual nombre, y a la que una inversión de 4.000 millones de marcos (MDM) sitúa entre los grandes productores de plásticos europeos.
Figura 5 Schindler Wagon ha iniciado el proyecto de mayor envergadura presentado en las JEC en el stand de Röhm. Se trata de un nuevo concepto de vagón para AVE construído integramente en composite con sandwich de múcleo Rohacell. Su bajo peso representará un 10% de ahorro de energía y una menor solicitación sobre los carriles. Union Carbide, por su parte, ha desarrollado una nueva línea de aditivos Neulon que permiten reducir el tiempo de endurecimiento de los sistemas SMC y BMC. El potente fabricante americano Alpha Owens Corning parece haber iniciado su presencia en el mercado europeo de resinas con una primera participación en las JEC con una amplia gama de productos que incluye además desmoldeantes y material complementario.
DSM ha añadido a su variada gama de resinas UP los compuestos de moldeo melamínicos por compresión Remel cuyos productos presentan una elevada rigidez y resistencia al rayado. Es notable la ultra-baja emisión de estireno de su UP Synolite 0529-P-2 que ha permitido realizar in-situ techos flotantes de 10 m de diámetro trabajando dentro de tanques para hidrocarburos, sin superar los límites permisibles de emisión.
Finalmente, resulta significativo que 3M haya presentado, por primera vez, resinas epoxi para moldeo por RTM, cuando su oferta en el campo de los composites se había circunscrito, hasta ahora, a adhesivos estructurales y otros complementos.
Uso posible y necesario
El progreso tecnológico de esta industria hace que sus aplicaciones se vayan orientando progresivamente hacia productos en que el uso de composites no sólo es posible, sino necesario.
Esto se produce mediante la adopción de materiales y métodos de transformación que minimizan el coste de ésta y mejoran la calidad de aspecto y características mecánicas de los productos. Nuestro país está, en estos aspectos, prácticamente en regresión porque existe un exceso de oferta de productos obtenidos por medios poco sofisticados, que conduce a un envilecimiento de los precios y la única tendencia que se observa es el traslado de las industrias a zonas en que se pueden obtener costes de mano de obra más económicos, mano de obra cuya inexperiencia tiene incidencia en la disminución de la calidad.Estos productos ya no son exportables en la mayor parte de los casos porque deberían competir con productos de RTM cuya calidad y coste son mejores. Sin embargo, es posible obtener enseñanza y asesoramiento para la implantación de estos sistemas a un coste razonable en numerosas instituciones de toda Europa o, como se ha citado, en los mismos fabricantes de instalaciones y superar estas limitaciones.
Es cierto que la crisis pasada ha hecho difícil a las empresas pensar en otra cosa que en intentar sobrevivir con las técnicas de que disponían, pero la mayoría de expertos están de acuerdo en que sobrevivir ahora dependerá de que consigan ponerse al nivel de sus competidores europeos.
