Tres razones clave por las que los compuestos de alta tecnología superan a los materiales tradicionales

Numerosos avances científicos y de ingeniería han concluido que las propiedades de los materiales compuestos suelen ser superiores a las opciones tradicionales. Estas son algunas de las ventajas que los hacen tan prometedores.

1. Mejora de la sostenibilidad

El foco global está en asuntos urgentes como el cambio climático y la producción excesiva de residuos. Cada vez hay más preocupación por desarrollar materiales sostenibles que reemplacen a los que se desechan con mayor frecuencia. Muchos materiales compuestos ecológicos pueden cubrir esta necesidad.

Componentes de fibra de carbono reparables para alargar su vida útil

Los compuestos de fibra de carbono son alternativas populares para reemplazar metales convencionales en todo, desde piezas de aviones hasta palos de golf. Sin embargo, la mayoría son prácticamente imposibles de reparar o reciclar una vez rotos.

Un nuevo avance de investigadores de la Universidad de Washington podría superar ese inconveniente. El equipo creó un material tan ligero y resistente como los compuestos de fibra de carbono convencionales, pero fácil de reparar si se agrieta. Los daños pueden repararse repetidamente de forma tradicional o mediante calentamiento por radiofrecuencia.

El material pertenece a una categoría relativamente nueva llamada compuestos de fibra de carbono reforzados con vitrímeros (vCFRP). Otros tipos de compuestos de fibra de carbono se dividen en dos grupos principales. El primero contiene epoxi, que da una dureza permanente. El segundo tiene un pegamento más blando que permite descomponer el material para retrabajarlo, a costa de menor resistencia y rigidez. Sin embargo, los vCFRP permiten enlazar, desenlazar y volver a enlazar sin tales compromisos.

Componente de fibra de carbono para interiores de coche que reduce emisiones

En otro caso de mayor sostenibilidad gracias a avances en compuestos de fibra de carbono, una empresa suiza reemplazó nueve componentes interiores de vehículos usados en competiciones con un material compuesto más sostenible hecho de fibra natural. Esto provocó una reducción del 94 % en emisiones de materiales y redujo las emisiones de la cuna a la puerta en un 90 %.

Otra ventaja de los materiales compuestos es que pueden superar sus propiedades originales, como la madera recuperada tratada para resistencia al calor. Eso significa que la gente puede sorprenderse al descubrir cómo los compuestos podrían cambiar las características de materiales comunes que creían conocer bien.

Estos son solo algunos ejemplos de cómo estos materiales compuestos futuristas podrían contribuir al esfuerzo mundial por mejorar la sostenibilidad. Los líderes empresariales podrían usarlos como argumentos de venta para mostrar que la sostenibilidad ambiental recorre toda la operación de la empresa. Por ejemplo, los fabricantes de turbinas eólicas que los usan priorizan la resiliencia prolongada sobre el envío prematuro de artículos a vertederos.

2. Mejora de procesos esenciales

Quienes trabajan con materiales compuestos a menudo investigan cómo podrían ayudar a los usuarios a mejorar sus procesos. Por ejemplo, los tornillos compuestos son opciones comunes para montar tarimas porque suelen ser más densos que las versiones de madera tradicional. También tienen roscas más finas y cabezas comparativamente más pequeñas, lo que facilita su atornillado en la tarima.

Mejorar los tornillos puede ahorrar costes laborales y aumentar las probabilidades de obtener buenos resultados, y esto es solo un ejemplo. Las formas de fortalecer un proceso existente pueden hacerse evidentes en prácticamente cualquier fase, desde el diseño de un producto hasta los controles de calidad.

Robots ayudan en la producción de álabes de ventilador compuestos

Gran parte del trabajo actual con materiales compuestos se refiere a enfoques futuristas, como aplicar robótica y aprendizaje automático a los esfuerzos de desarrollo.

Por ejemplo, Rolls-Royce tiene una nueva instalación dedicada al desarrollo de nuevos materiales compuestos. Uno de los enfoques allí consiste en usar robots para ayudar a fabricar álabes de ventilador compuestos usados en motores a reacción.

Material compuesto de fibra de carbono depositado en molde de carcasa de ventilador

Cada componente tiene aproximadamente 500 capas de material de fibra de carbono, cada una aplicada en un proceso totalmente automatizado supervisado por operarios. Los robots elevan y mueven las piezas entre estaciones de la línea de montaje, asegurando una operación fluida y eficiente.

El aprendizaje automático podría mejorar las pruebas de compuestos

Los investigadores también esperan usar aprendizaje automático para avanzar en los métodos habituales de prueba de materiales compuestos para detectar defectos. Los métodos tradicionales más populares son las pruebas basadas en rayos X y ultrasonidos. Sin embargo, ambos tienen sus inconvenientes, lo que impulsa a los investigadores a abordar esas limitaciones.

Russell Varley, profesor de materiales compuestos en Carbon Nexus, una instalación de investigación de fabricación en Australia, dijo: «Entender y desarrollar métodos de análisis de próxima generación para pruebas no destructivas de productos compuestos tiene un gran potencial para transformar la industria».

Una organización otorgó una subvención de investigación para este proyecto para ver si el aprendizaje automático podría abordar algunos problemas conocidos en las pruebas de compuestos. Por ejemplo, los métodos basados en rayos X son costosos en inversión capital y operativa.

Estos casos de estudio no implican que la gente haya dejado de intentar mejorar procesos asociados a materiales tradicionales. Sin embargo, el interés continuo en compuestos por parte de especialistas en materiales en todo el mundo hace que gran parte de la investigación se centre en opciones más nuevas hechas de al menos dos materiales constituyentes.

Compuestos de alta tecnología que cambian de color para mostrar defectos

Los dos ejemplos anteriores en esta sección destacan cómo los materiales compuestos a menudo se alinean con esfuerzos para adoptar la Industria 4.0. Sin embargo, también hay un trabajo fascinante en hacer que los propios materiales aceleren los procesos de fábrica.

Los investigadores desarrollaron un laminado compuesto que cambia de color en respuesta a la deformación. Creen que esto permitirá detectar problemas en etapas tempranas y alertar a las personas sobre posibles fallos de material. Hasta ahora, el material solo se ha usado en laboratorio. Sin embargo, si funciona tan bien como esperan sus desarrolladores, la innovación podría mejorar procesos de muchas maneras.

Por ejemplo, podría evitar que los trabajadores fabriquen piezas compuestas con debilidades internas y minimizar futuras retiradas. El equipo también informó de que su nuevo material, compuesto por capas, es resistente a la rotura y ligero. Dado que esas son propiedades muy deseables de los compuestos, esta invención podría tener amplias aplicaciones y atractivo.

3. Avances basados en materiales

Otra ventaja de los materiales compuestos es que permiten a ingenieros y científicos desarrollar nuevas opciones que cubren necesidades no resueltas por opciones convencionales. La gente siempre busca formas viables de mejorar productos. Los compuestos a menudo marcan el camino a seguir.

Nuevo material compuesto hecho de tejidos no tejidos

Los tejidos no tejidos son aquellos derivados de la unión de fibras que no requieren tejer ni punto. Investigadores crearon recientemente un nuevo material compuesto en esta categoría. Creen que su innovación podría ser ideal para productos médicos, como apósitos y mascarillas.

Crear un material que pueda estar en contacto con la piel de las personas durante horas requiere pensar cuidadosamente en las propiedades deseadas. En este caso, el equipo quería transpirabilidad y absorción de agua. También querían incluir algodón para comodidad.

Las pruebas mostraron que la nueva tela era más absorbente que las opciones tradicionales. También rindió bien en pruebas de recuperación elástica, sugiriendo que el material aguantaría bien el uso repetido. El equipo reconoció que, aunque otras opciones tienen buena transpirabilidad y capacidad elástica, la decisión de añadir algodón debería proporcionar otro beneficio notable.

Material de alta tecnología que podría acabar con el problema de las pantallas de móvil rotas

Dado que las pantallas son partes tan necesarias de los smartphones actuales, muchas personas se esfuerzan mucho en protegerlas. Por ejemplo, incluso cuando los fabricantes instalan vidrio ultra resistente, muchos propietarios también añaden protectores de pantalla o fundas especiales para mayor tranquilidad. Sin embargo, una innovación relacionada con el vidrio compuesto podría reducir la necesidad de esos pasos adicionales.

El proyecto de un equipo de investigación internacional resultó en un vidrio compuesto que podría minimizar la rotura de pantallas y proporcionar una pantalla más brillante. Los materiales se basan en perovskitas de haluro de plomo, que funcionan como minipaneles solares porque capturan y almacenan energía. El enfoque básico es encapsular nanocristales en un vidrio poroso.

Ese método debería mejorar las tecnologías de nanocristales actuales usadas para pantallas de dispositivos. El grupo que trabaja en este proyecto advirtió que, aunque creen que sus técnicas son escalables, aún queda mucho trabajo. Necesitan averiguar las mejores formas de crear materiales con las propiedades deseadas.

Los materiales de alta tecnología muestran un gran potencial

Estos son solo algunos de los muchos beneficios de los materiales compuestos que entusiasman a la gente sobre lo que depara el futuro. Los materiales tradicionales siguen teniendo su lugar en numerosas instancias, pero estos ejemplos muestran las ventajas de trabajar con compuestos para generar resultados específicos.