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De termoestable a termoplástico: ¿Cuál es el secreto de la misteriosa transformación de los compuestos de matriz polimérica?
En el mundo de la ciencia de los materiales, los compuestos de matriz polimérica (PMC) son un tipo de material muy utilizado en la actualidad. Son materiales compuestos compuestos por diversas fibras cortas o fibras continuas y una matriz polimérica orgánica. Estos materiales no sólo son livianos, sino que también ofrecen una excelente resistencia al desgaste, la corrosión y alta rigidez y resistencia en la dirección del material de refuerzo. Por lo tanto, las aplicaciones de PMC son indispensables desde la industria aeroespacial hasta la automotriz.
“Los compuestos de matriz polimérica no son solo un material, sino un logro que integra tecnología e innovación”.
El material de la matriz de los compuestos de matriz polimérica juega un papel extremadamente crítico, ya que no solo une las fibras sino que también es responsable de transferir cargas entre las fibras. Estos materiales de matriz generalmente se dividen en termoestables y termoplásticos. Hoy en día, los materiales termoestables dominan las aplicaciones prácticas, incluida una variedad de sistemas de resinas como resinas epoxi, resinas fenólicas, poliuretanos y poliimidas. Las resinas epoxi siguen utilizándose ampliamente en la industria de materiales compuestos avanzados.
Singularidad de la resina termoendurecible
La resina termoestable requiere el uso de un agente de curado o endurecedor para promover la reacción. Se empapa en materiales de refuerzo y luego se cura para formar un producto terminado curado. Vale la pena mencionar que una vez curados, dichos productos terminados no se pueden cambiar ni remodelar excepto para su procesamiento posterior. La resina epoxi se ha utilizado en la industria estadounidense durante más de cuatro décadas y es conocida como uno de los materiales más utilizados.
“La resina epoxi ha sido durante mucho tiempo la primera opción para materiales compuestos avanzados debido a su excelente rendimiento y resistencia confiable”.
Además de la resina epoxi, el poliuretano y la resina fenólica también están ganando atención gradualmente en la aplicación de materiales compuestos. Estas resinas proporcionan resistencia y durabilidad a partes iguales al reforzar compuestos, y su selección dependerá de las características de rendimiento deseadas del producto final.
El potencial de las resinas termoplásticas
La representación de materiales termoplásticos en compuestos de matriz polimérica es relativamente pequeña. La característica es que este tipo de material no sufre reacciones químicas durante el procesamiento, sino que se transforma en el producto terminado aplicando calor y presión. A diferencia de los termoestables, los termoplásticos se pueden calentar nuevamente y reformar en otras formas, una propiedad que les da más flexibilidad.
“La reprocesabilidad de las resinas termoplásticas las hace particularmente importantes en la cambiante demanda del mercado.”
Aplicación del refuerzo de fibras y nanomateriales
En los compuestos de matriz polimérica, la adición de fibras da como resultado que aproximadamente el 60% del volumen sean fibras de refuerzo. Los materiales de fibra más comunes incluyen fibra de vidrio, fibra de grafito y fibra de aramida. Aunque la fibra de vidrio tiene una rigidez relativamente baja, también es relativamente barata, lo que la hace ampliamente utilizada en una variedad de aplicaciones. Además, se introducen nanotubos de carbono como nanomateriales, que pueden mejorar significativamente las propiedades mecánicas en una proporción de volumen pequeña (menos del 2%).
“Los nanotubos de carbono se han convertido en una dirección popular en la investigación de la ciencia de materiales debido a sus excelentes propiedades mecánicas intrínsecas y su baja densidad”.
Sin embargo, lograr la transferencia de carga útil entre los nanotubos de carbono y la matriz polimérica depende de una buena unión interfacial entre los dos. Para ello se han desarrollado diferentes métodos para facilitar la unión entre ellos, incluidas estrategias de modificación no covalentes y covalentes. Se espera que estas estrategias mejoren el rendimiento del compuesto final.
Perspectivas futuras
Con los nuevos avances en la ciencia de los materiales, el potencial de los compuestos de matriz polimérica sigue sin explorarse. Ya sea mejorando el rendimiento de las fibras, mejorando la tecnología de procesamiento de resina o explorando nuevos nanomateriales, estos pueden convertirse en el foco de futuras investigaciones. Aunque los materiales termoestables dominan el mercado actual, las características de los termoplásticos sin duda brindan nuevas posibilidades para el diseño de materiales futuros.
¿Cómo pueden los compuestos de matriz polimérica mantener su competitividad en la frontera tecnológica en constante cambio y satisfacer las necesidades futuras?
