Debido a su gran resistencia y ligereza, los materiales compuestos a base de fibra de carbono están sustituyendo gradualmente a los metales para el avance de todo tipo de productos y aplicaciones, desde aviones a turbinas eólicas o palos de golf. Pero hay una contrapartida. Una vez dañados o comprometidos, los materiales de fibra de carbono más utilizados son casi imposibles de reparar o reciclar.
En un artÃculo publicado en la revista Carbon, un equipo de investigadores describe un nuevo tipo de material reforzado con fibra de carbono que es tan fuerte y ligero como los materiales utilizados tradicionalmente, pero que puede curarse repetidamente con calor, revirtiendo cualquier daño por fatiga. Además, permite descomponerlo y reciclarlo cuando llega al final de su vida útil.
"El desarrollo de materiales compuestos resistentes a la fatiga es una necesidad importante en la comunidad de fabricantes", afirma el coautor Aniruddh Vashisth, profesor adjunto de ingenierÃa mecánica de la Universidad de Washington. "En este trabajo, demostramos un material en el que se pueden utilizar fuentes de calor tradicionales o el calentamiento por radiofrecuencia para invertir y posponer su proceso de envejecimiento indefinidamente".
El material forma parte de un grupo de reciente desarrollo conocido como vitrimer reforzado con fibra de carbono, llamado asà por la palabra latina que significa vidrio, que muestra una mezcla de propiedades sólidas y fluidas. Los materiales que se suelen utilizar hoy en dÃa, ya sea en artÃculos deportivos o en el sector aeroespacial, son polÃmeros reforzados con fibra de carbono.
Los polÃmeros tradicionales reforzados con fibra de carbono suelen ser de dos categorÃas: termoestables o termoplásticos. La variedad "fija" contiene un epoxi, un material similar al pegamento en el que los enlaces quÃmicos que lo mantienen unido se endurecen permanentemente. La versión "plástica" contiene un tipo de pegamento más blando, por lo que se puede fundir y volver a trabajar, pero esto se convierte en un inconveniente para la alta resistencia y rigidez. Los vitrimers, por el contrario, pueden unirse, desengancharse y volverse a unir, lo que supone un punto intermedio entre ambos.
aginemos que cada uno de estos materiales es una habitación llena de gente", dijo Vashisth. "En la sala de termoestables, todas las personas se cogen de la mano y no se sueltan. En la sala de termoplásticos, la gente se da la mano y se mueve por todas partes. En la sala de vitrimer, la gente se da la mano con sus vecinos pero tiene la capacidad de intercambiar apretones de manos y hacer nuevos vecinos para que el número total de interconexiones siga siendo el mismo. Esa reconexión es la forma en que el material se repara y este trabajo fue el primero en utilizar simulaciones a escala atómica para entender los mecanismos subyacentes de esos apretones de manos quÃmicos".
El equipo de investigación cree que los vitrÃmeros podrÃan ser una alternativa viable para muchos productos fabricados actualmente con termoestables, algo muy necesario porque los compuestos termoestables han empezado a acumularse en los vertederos. El equipo afirma que los vitrÃmeros curables supondrÃan un cambio importante hacia un material dinámico con un conjunto diferente de consideraciones en cuanto a coste del ciclo de vida, fiabilidad, seguridad y mantenimiento.
"Estos materiales pueden trasladar el ciclo de vida lineal de los plásticos a uno circular, lo que supondrÃa un gran paso hacia la sostenibilidad", afirma el coautor Nikhil Koratkar, profesor de ingenierÃa mecánica, aeroespacial y nuclear del Instituto Politécnico Rensselaer.
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