¿Por qué no se utiliza plástico reforzado con fibra de vidrio en un chasis de automóvil?

El GFRP se usa ampliamente en chasis de automóviles donde el peso es crítico para el rendimiento. El primer chasis F1 compuesto se desarrolló en los años 80 con la ayuda del fabricante de prepreg / fabric Hercules en Salt Lake City.

Las piezas de carbono generalmente proporcionan una ganancia de rendimiento suficiente en ahorros de peso significativos en comparación con el costo del material.

¿La captura? Hasta hace muy poco, fabricar piezas compuestas rígidas grandes era una tarea costosa y laboriosa. Esto valió la pena en la aviación, donde los costos iniciales palidecen en comparación con los costos del ciclo de vida.

Además, la fabricación en masa de piezas compuestas no era un motor de arranque hasta hace muy poco. Las variables de proceso pueden hacer una diferencia significativa en el rendimiento apreciado. Ahora los sistemas automatizados eliminan gran parte de la variabilidad en la disposición parcial.

Echa un vistazo a la fábrica de BMW I3. La línea de piezas del chasis compuesto está completamente automatizada, como debería ser.

La fibra de vidrio se ha utilizado en paneles laterales. Los buggies de playa comúnmente tenían un cuerpo de GRP, al igual que Reliant Robin, como aparece en “Mr Bean”, y creo que varios autos deportivos se prestan a tiradas de producción de pequeño volumen ya que los moldes de GRP son más baratos que las plantillas para prensar cuerpos de acero.
En cuanto al uso de un chasis, un miembro de acero es mucho más barato que un GRP equivalente: la materia prima es más barata y es más barata de fabricar. Además, el acero se deformará en un impacto mientras que GRP se agrietará. El acero se puede doblar de nuevo a la forma original en una plantilla hidráulica para su reparación, mientras que GRP requeriría un reemplazo, o al menos una reparación más compleja.
El GRP moldeado está restringido a formas convexas que se pueden liberar de un molde; Esto limita los tipos de miembros del chasis que podrían crearse.
Es posible que con la tecnología de impresión 3D robótica, los miembros de chasis compuestos (GRP o fibra de carbono) se vuelvan prácticos, al menos para los autos deportivos de alta gama.

Tales plásticos reforzados con vidrio (principalmente poliamidas rellenas de vidrio) se utilizan cada vez más en componentes de chasis de automóviles, para el aligeramiento. Ejemplos son los soportes y soportes del motor, así como los miembros cruzados del chasis.

El principal inconveniente en este momento es que el límite en la resistencia de tales plásticos es de alrededor de 200 MPa (ahora empujando hacia 300 MPa), y la relativa falta de ductilidad en estos materiales de alta resistencia. Además, los PA6 y PA66 más comunes tienden a disminuir sus propiedades a medida que absorben la humedad de la atmósfera y tienen propiedades muy dependientes de la temperatura en el rango de funcionamiento normal (-40 ° C a 80 ° C). Sin embargo, hay bastantes áreas en las que se están logrando desarrollos para hacer retroceder algunos de estos límites. Mientras haya un impulso hacia el peso ligero del vehículo, habrá un impulso hacia tales plásticos en aplicaciones más estructurales.

Los plásticos reforzados con fibra de vidrio (GFRP) se utilizan en la energía eólica y en la fabricación de embarcaciones y presentan las ventajas en peso y tiempo de procesamiento (dependiendo del tipo de sistema de resina que use y los requisitos que tenga para su estructura).
Una dificultad relacionada con el GFRP es la conductividad térmica del vidrio (es decir, bastante pequeña) y el curado térmico de algunos sistemas de resina (el epoxi liberará energía típicamente) que limita inherentemente el grosor del panel. Además, si su compuesto GFRP se usa cerca del motor del automóvil, no va a enfriar tanto como las piezas metálicas.
Dicho esto, el vidrio sigue siendo significativamente más barato que el carbono y tendría sentido comercial.
Desde mi experiencia, he visto fabricantes de automóviles que prefieren el carbono al vidrio. Una de las razones por las que me he encontrado fue por “la estética” del acabado de carbono o la flexibilidad del diseño de los paneles. Por lo tanto, he visto a algunos fabricantes de automóviles fabricar techos, capó, paneles laterales y motores con paneles de carbono. Estas partes serían principalmente para la carrocería y el interior, pero ninguna para los paneles estructurales.
Para el chasis, los requisitos son diferentes de los de los paneles que constituyen la carrocería. Requerirían fatiga, desgaste y resistencia al calor. Existen materiales en la industria (el epoxi mostraría limitaciones en esas áreas) que podrían proporcionar algunas propiedades mecánicas interesantes pero están llegando a un precio. Al final del día, ese es un parámetro que los fabricantes de automóviles tienen en mente.

Todavía no conozco ninguno producido por los principales fabricantes, pero han sido fabricados por constructores personalizados y han estado disponibles en forma de kit durante algún tiempo. (Sin embargo, el sistema eléctrico causa problemas, ya que no tiene un solo conductor soldado que corra a lo largo y ancho del vehículo para la conexión a tierra).