Resumen ejecutivo Las ventajas de los compuestos de fibra de carbono (CFC) en el diseño automotriz son su alta rigidez@ alta resistencia específica (relación resistencia-peso)@ excelente resistencia a la fatiga@ resistencia a la corrosión@ generalmente buena resistencia al impacto@ y flexibilidad en el diseño que les permite adaptarse a los requisitos de diseño. Los compuestos también facilitan un menor número de piezas al reducir el número de subconjuntos y sujetadores. Reemplazar el metal con CFC puede proporcionar una reducción de peso significativa, lo que se ha vuelto particularmente importante en nuestra sociedad actual que enfrenta altos precios de combustible y estándares de emisiones mucho más estrictos. Además de los vehículos de pasajeros, los camiones pesados de carretera y los vehículos militares también están explorando el uso de componentes de CFC para permitir una mejor economía de combustible y/o aumentar la carga útil. Desafortunadamente@ los CFC también tienen desventajas notables@ incluyendo costos de material y fabricación relativamente altos@ malas propiedades de compresión y corte@ y la necesidad de técnicas de inspección no destructivas para detectar fallas o daños. Los principales factores en la industria automotriz que impulsan el desarrollo de fibras y resinas se centran en el costo@rendimiento@tiempo de curado@y el método de procesamiento. Los años 2010 y 2011 han sido testigos de una increíble cantidad de cooperación y asociaciones entre empresas que operan en diferentes puntos del flujo de valor para llevar nuevos materiales y tecnologías de procesamiento al mercado más rápidamente. Las fibras de carbono y las resinas de matriz@ y sus desarrollos@ no son independientes de los otros aspectos de la fabricación de un componente compuesto de fibra de carbono@ ni son necesariamente independientes entre sí. Diferentes resinas se procesan de manera diferente con respecto al tiempo@temperatura@y presión requerida para la impregnación y consolidación de la fibra. Además, diferentes construcciones de fibra y resina requieren diferentes métodos de procesamiento. Seleccionar la fibra@ resina@ y la construcción adecuadas para una aplicación particular requiere conocimiento no sólo de las propiedades del material de fibra y resina@ sino también del método de fabricación. El método de fabricación influye en la construcción del compuesto y en las propiedades finales, mientras que la calidad de la superficie de la pieza terminada (Clase A o no Clase A) y los volúmenes de producción a realizar dictan a su vez qué métodos de fabricación son técnica y económicamente viables. También hay que tener en cuenta la competitividad comercial con otros materiales en lo que respecta a la instalación@mantenimiento@del vehículo y las cuestiones del ciclo de vida. Generalmente hay más de una manera de fabricar una pieza automotriz compuesta de fibra de carbono y se deben considerar todos los factores para tomar la mejor decisión. Tanto la industria aeroespacial como la automotriz están impulsando cambios en la tecnología de compuestos de fibra de carbono para producir componentes que tengan un menor costo de material y un rendimiento específico. Esos avances, a su vez, conducirán a algunos avances en los procesos de fabricación. Por ejemplo, los cambios en las temperaturas de procesamiento pueden provocar cambios en los materiales de las herramientas y las fuentes de calor, y los cambios en la construcción compuesta pueden provocar cambios en el manejo de materiales durante la fabricación de componentes. Estos avances futuros impulsados por mejoras en las materias primas y la construcción se sumarán a los avances impulsados directamente por el proceso de fabricación para mejorar áreas como el tiempo de ciclo de pieza a pieza y la eficiencia energética. Uno de los aspectos más desafiantes de la implementación de componentes CFC en el diseño de vehículos es unirlos al resto del vehículo. Esto generalmente requiere mecanizado y unión@ que debe realizarse de manera que conserve las propiedades mecánicas del componente CFC lo mejor posible@ proporciona una unión fuerte y duradera@ es rentable@ y se adapta al proceso de ensamblaje OEM y la producción de vehículos. tasa. Las empresas automotrices de todo el mundo se enfrentan a algunos problemas energéticos y medioambientales desafiantes. En los EE.UU., la regulación de Economía Promedio de Combustible Corporativa (CAFE, por sus siglas en inglés) de 2010 que aumentó la economía de combustible de 27 a 35 millas por galón para 2016 ya ha resultado en esfuerzos concertados para implementar más materiales aligerados, incluidos los CFC, en el diseño de vehículos. Se deben desarrollar medios para reciclar los CFC y otros materiales aligerantes para mantener el nivel actual de reciclabilidad de los vehículos fabricados predominantemente con acero. La industria del reciclaje de CFC está todavía en su infancia y los procesos son caros y complicados. La industria tiene requisitos formidables, incluida la disponibilidad constante de desechos, las tecnologías apropiadas de reducción de tamaño, los parámetros de proceso establecidos, la infraestructura para la recolección de materiales y la estandarización de las propiedades del reciclado. Los aspectos técnicos y económicos del reciclaje utilizando CFC se desarrollan mejor durante el diseño del vehículo para ayudar tanto en la recuperación del material como en la posible implementación del reciclado en un vehículo. La implementación y la longevidad de los componentes que contienen CFC en los vehículos convencionales dependen de una multitud de cuestiones técnicas@ que abarcan las materias primas@ la fabricación@ el ensamblaje de otros componentes (con o sin CFC)@ y el rendimiento dentro del vehículo. Sin embargo, abordar todas las cuestiones técnicas no garantizará el primer uso o el uso duradero de los CFC en los vehículos convencionales. ¿La aceptación del material también es clave? la aceptación de los CFC por parte de los fabricantes de equipos originales mediante la inclusión de CFC en su cartera de materiales a partir de los cuales pueden diseñar vehículos convencionales@ y la aceptación por parte de los consumidores con respecto al costo y el rendimiento durante toda la vida útil del vehículo@, que inevitablemente incluye daños y reparaciones. Este es un momento emocionante para las industrias automotriz y de compuestos de fibra de carbono. La necesidad actual de aligerar drásticamente la flota de vehículos de Estados Unidos en los próximos años ofrece una gran oportunidad para que los CFC adquieran importancia en los vehículos convencionales. Su ventajoso módulo específico alto y su resistencia pueden dar como resultado un ahorro de peso de hasta un 60 % en comparación con los diseños de acero convencionales. Sin embargo, antes de que los CFC adquieran protagonismo, será necesario realizar avances significativos en la reducción de los costos relativamente altos de materiales y fabricación, tiempos de ciclo largos entre piezas y un montaje/acoplamiento lento a otros componentes del vehículo. También será necesario avanzar en las áreas de detección de daños@reparabilidadeplaceabilidad@y reciclaje. Los capítulos combinados de este libro destacan las actividades actuales relacionadas con los compuestos de fibra de carbono para automóviles y la dirección prevista de los desarrollos en los próximos 5 a 10 años. El objetivo es proporcionar una visión de alto nivel en lugar de tratados técnicos@ preparando al lector para discusiones significativas con ingenieros y técnicos de compuestos@ proveedores de fibras@ proveedores de resina@ fabricantes de herramientas y equipos@ así como trabajadores de desarrollo empresarial y ciclo de vida. ¿Las posibilidades de los compuestos de fibra de carbono en aplicaciones automotrices son abundantes? y más prometedor que nunca en la historia del automóvil.
SAE T-124-2011 Historia
2011SAE T-124-2011 Compuestos de fibra de carbono para automóviles desde la evolución hasta la implementación