Resumen:
Durante mucho tiempo, las cabinas de los aviones modernos han utilizado ampliamente materiales compuestos para cumplir requisitos estrictos como ligereza, alta resistencia y resistencia al fuego. Sin embargo, estos materiales suelen ser difíciles de reciclar al final de su vida útil y acaban en vertederos o incinerados. Ahora, investigadores suizos han desarrollado un nuevo material compuesto de resina epoxi que se espera que cambie esta situación y aporte soluciones más sostenibles a la industria de la aviación e incluso a la industria del transporte ferroviario.
La investigación fue realizada por el Laboratorio Federal Suizo de Ciencia y Tecnología de Materiales (Empa) en asociación con la empresa de productos químicos especializados Elantas. El equipo de investigación desarrolló con éxito un nuevo sistema de material compuesto que es a la vez retardante de llama y reciclable. Su principal avance radica en la mejora de la resina epoxi tradicional.
La resina epoxi se usa ampliamente en los compuestos de ingeniería modernos debido a su capacidad para combinar firmemente diferentes materiales para formar una estructura general que es a la vez liviana y de alta resistencia. Sin embargo, esta ventaja también trae consigo un problema que ha afectado a la industria durante mucho tiempo. La resina epoxi tradicional es un plástico termoendurecible que forma una estructura molecular reticulada estable y permanente durante el proceso de curado, lo que confiere al material excelentes propiedades mecánicas, resistencia al calor y estabilidad dimensional. Pero al mismo tiempo, esta estructura también dificulta el desmontaje del material, lo que hace casi imposible un reciclaje eficaz de los materiales compuestos.
Un aditivo que contiene fósforo desarrollado por investigadores cambia eso. El aditivo, cuando se mezcla con resina epoxi durante el proceso de fabricación, no sólo confiere al material propiedades retardantes de llama, sino que también permite que el material curado se ablande e incluso se separe en determinadas condiciones, lo que hace posible el reciclaje.
El equipo de investigación se centró esta vez en un material compuesto estructural tipo "panal sándwich" ampliamente utilizado en el interior de aviones y trenes. Este tipo de material suele consistir en un núcleo ligero de aramida en forma de panal, cubierto con una capa de tejido de fibra de vidrio o de carbono en el exterior, y luego las distintas partes se unen firmemente con resina epoxi. Debido a su alta resistencia, peso ligero y excelente resistencia al fuego, se utiliza ampliamente en pisos de cabinas de aviones, interiores de trenes y estructuras internas de otros equipos de transporte.
El investigador del Empa Advanced Fiber Laboratory, Sabyasachi Gan, dijo que en el campo de la ingeniería, es un gran desafío centrarse en el peso ligero, la resistencia mecánica, la resistencia al fuego y la sostenibilidad, todo en el mismo material. En muchos casos, cuando un material gana una propiedad, suele sacrificar otras.
En el marco de un proyecto apoyado por la Agencia Suiza de Innovación, el equipo de investigación y Elantas verificaron el proceso de reciclaje de toda la estructura compuesta. Los resultados muestran que el material compuesto se puede desmontar en sus componentes originales utilizando únicamente disolventes adecuados y calor moderado, recuperando con éxito la estructura alveolar de aramida y las capas de fibra de vidrio o fibra de carbono.
Este logro tiene un importante significado práctico. Ya se trate de materiales de aramida alveolar o de fibra de carbono, el proceso de fabricación requiere elevados costes y grandes insumos de energía. Si estos materiales de alto valor se pueden reutilizar después de retirar el producto, no solo se reducirá la generación de desechos, sino que también se ayudará a reducir los costos generales del ciclo de vida.
Los investigadores dijeron que, en teoría, se espera que la resina epoxi separada se recicle aún más en el futuro, pero la tecnología relevante aún requiere investigación y verificación en profundidad.
Las pruebas de rendimiento muestran que el nuevo material compuesto ha alcanzado los estándares relevantes de seguridad contra incendios y sus propiedades mecánicas son cercanas a las de los materiales compuestos de resina epoxi tradicionales. Esto significa que las nuevas soluciones tienen el potencial de lograr objetivos de diseño reciclables sin sacrificar la seguridad o la resistencia estructural.
Actualmente, el equipo de investigación está trabajando con Elantas para promover el trabajo de verificación industrial, con la esperanza de expandir el proceso de producción y reciclaje a una escala de aplicación comercial. Además de en las industrias de la aviación y el ferrocarril, los investigadores también están evaluando su potencial para su uso en infraestructuras energéticas y construcción.
A medida que la industria de la aviación, la industria del transporte ferroviario y varios campos de fabricación de alta gama enfrentan requisitos ambientales cada vez más estrictos, se cree que esta tecnología promoverá la transición de los materiales compuestos del modelo tradicional de "fabricación única y chatarra final" a una nueva etapa de reciclaje. Para las cabinas de los aviones del futuro, "ligero, ignífugo, seguro y reciclable" puede que ya no sean objetivos contradictorios, pero pueden lograrse al mismo tiempo.
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