La reducción de peso en los vehículos es una prioridad global para disminuir las emisiones de CO2 y mejorar la eficiencia energética. Un nuevo estudio evalúa el uso de tecnologías de moldeo por inyección microcelular combinadas con fibras largas de vidrio para obtener espumas de polipropileno, componentes plásticos más ligeros que tienen una rigidez superior a los materiales convencionales y reducen el impacto ambiental en un 17 %.
En la actualidad, la industria de la automoción se enfrenta a regulaciones ambientales cada vez más estrictas que exigen una reducción drástica de las emisiones de gases de efecto invernadero. Reducir el peso no solo contribuye a disminuir el consumo de combustible en motores de combustión, sino que resulta vital para aumentar la autonomía de los nuevos vehículos eléctricos. Con el fin de alcanzar estos objetivos, los plásticos y compuestos poliméricos se han vuelto esenciales debido a su baja densidad, bajo coste y alta flexibilidad de diseño, permitiendo sustituir piezas metálicas más pesadas.
Una de las estrategias más prometedoras para aligerar estos componentes de plástico es el espumado, un proceso donde se introduce una fase gaseosa en la matriz del polímero para generar una estructura celular en su interior y reducir su densidad entre un 10 % y un 20 %. Sin embargo, disminuir el peso sin comprometer la integridad estructural necesaria para la aplicación en un vehículo supone un reto todavía pendiente de resolver.
Innovación en el proceso de inyección: MuCell y Ku-Fizz
En una colaboración entre el Centre Català del Plàstic, centro público de I+D vinculado a la Universitat Politècnica de Catalunya, y la empresa Volkswagen AG, hemos comparado dos tecnologías avanzadas de moldeo por inyección microcelular, denominadas MuCell y Ku-Fizz.
MuCell utiliza un fluido supercrítico (normalmente nitrógeno) que se disuelve en el polímero fundido para crear una estructura celular tras la inyección es una alternativa más sencilla y económica. Mientras que Ku-Fizz, una tecnología desarrollada por Volkswagen AG, impregna los pellets de plástico con gas a baja presión antes de fundirlos, facilitando su adopción industrial a gran escala y constituyendo una alternativa más sencilla y económica.
El secreto de la resistencia: fibras de vidrio largas y expansión del molde
Para compensar la pérdida de resistencia debida al amenor contenido de material y las celdas del espumado, en el estudio se utilizó un polipropileno reforzado con un 30 % de fibras largas de vidrio. A diferencia de las fibras cortas convencionales, estas fibras de mayor longitud mantienen una mejor transferencia de esfuerzos y una mayor rigidez.
El avance diferencial radica en la combinación del moldeo por inyección microcelular con la técnica Core Back, que consiste en la apertura controlada del molde. Expandir la cavidad del molde una vez inyectado el material provoca una caída de presión que ocasiona la formación de celdas, logrando mayores densidades de celdas por volumen y aumentando a la vez el espesor final del componente. Lejos de debilitar la pieza, esta estructura resultante tipo «sándwich» (piel sólida y núcleo espumado), de mayor espesor y combinada con la orientación de las fibras largas, logra una rigidez a la flexión entre un 40 % y un 50 % superior a la de las piezas tradicionales, a pesar de tener una densidad inferior.
Un beneficio real para el planeta
Nuestro estudio incluyó un Análisis de Ciclo de Vida (ACV) para medir el impacto ambiental real de estas piezas. La investigación concluyó que la fabricación de estos materiales espumados reduce el impacto ambiental global y el Potencial de Calentamiento Global (PCG) en un 17 % en comparación con el moldeo por inyección convencional.
Este beneficio proviene de dos factores principales. Por un lado, por el ahorro de material, ya que se emplea aproximadamente un 10 % menos de polímero y fibra de vidrio durante el procesado. Por otro lado, por el incremento de la eficiencia energética. El tiempo de ciclo de fabricación se reduce en un 20 % (de 45 a 36 segundos), ya que el gas ayuda a enfriar la pieza más rápido y permite omitir la fase de mantenimiento para compensar las contracciones del material durante su solidificación.
Los resultados permiten concluir que las espumas de polipropileno reforzadas con fibras de vidrio largas representan una alternativa excepcional para aplicaciones industriales de alto rendimiento. Aunque queda pendiente el estudio de la durabilidad a largo plazo bajo condiciones de servicio reales, estos materiales ofrecen una solución viable para fabricar coches más ligeros y eficientes reduciendo, además, la huella de carbono del proceso de fabricación.
Referencia:
Javier Gómez-Monterde, Jörg Hain, Miguel Sánchez-Soto, Maria Lluisa Maspoch. Morphology, mechanical properties, and environmental impact of long glass fiber-reinforced polypropylene foams. Journal of Materials Research and Technology, 2026, 40, 752-762. ISSN 2238-7854. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2025.12.175
Autores del artículo divulgativo:
Javier Gómez-Monterde, Miguel Sánchez-Soto y Maria Lluisa Maspoch
eb-POLICOM – e-PLASCOM, Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Centro de Investigación en Ciencia e Ingeniería Multiescala de Barcelona, Universitat Politècnica de Catalunya-BarcelonaTech, EEBE.
Centre Català del Plàstic.
Jörg Hain
Volkswagen AG
Fuente: Scientias
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