Un gran avance en el reciclaje de las fibras de carbono beneficia a la industria
Los polímeros reforzados con fibras de carbono son materiales compuestos que se usan ampliamente en una serie de aplicaciones de ingeniería exigentes, sobre todo en la construcción de aeronaves y vehículos espaciales. También se usan en otros sectores en los que se valoran la resistencia y el poco peso, como en la fabricación de artículos deportivos de alta calidad y de componentes de automóviles. «En términos generales, las matrices poliméricas son relativamente débiles», explica el coordinador científico del proyecto CUSTOMISIZE, Marc Martín de Leitat (España). «Reforzar los polímeros con fibras de carbono más rígidas mejora de manera significativa la fuerza del compuesto final sin aumentar el peso».
El reto del reciclaje
La reciclabilidad es una cuestión clave. Más del 30 % de todas las fibras de carbono producidas terminan en forma de residuo en algún momento durante el proceso de fabricación, o como componente al final de su vida útil. Si esto pudiera abordarse, supondría una oportunidad económica y medioambiental significativa para las industrias de gran consumo energético, como la de la aviación. Sin embargo, uno de los principales retos hasta la fecha ha sido obtener fibras de carbono recicladas que mantengan las mismas propiedades mecánicas que la fibra de carbono virgen. «El rendimiento de cualquier material compuesto está estrechamente vinculado a la adherencia entre la matriz receptora y la fibra de refuerzo», señala Martín. «Las fibras de carbono recicladas suelen poseer menos de una cuarta parte del oxígeno disponible en la superficie en comparación con la fibra virgen, lo que conduce a una reducción de la adherencia». La complejidad técnica necesaria para superar esto, junto con la demanda de la industria de material de la más alta calidad, ha llevado a que la industria no acepte el material reciclado para aplicaciones de alta gama como aeronaves.
Beneficios para la industria
Para abordar estos retos, el proyecto CUSTOMISIZE se centró en la identificación y el desarrollo de nuevos métodos y procesos para recuperar fibras de carbono usadas. También buscó mejorar la adherencia entre las fibras de carbono y las matrices poliméricas, cubriendo cada fibra individual con una capa fina de material de recubrimiento aplicada durante el proceso de fabricación (un proceso denominado encolado). «Primero, revisamos las publicaciones científicas actuales sobre tratamientos de superficies de fibra de carbono», comenta Martín. «Teniendo en cuenta los métodos actuales, desarrollamos varios procesos de encolado para diferentes matrices poliméricas». El siguiente paso fue producir materiales compuestos reforzados incorporando la fibra de carbono reciclada junto con las técnicas de encolado recién desarrolladas. Los materiales reciclados vinieron de dos procesos de reciclaje diferentes: la termólisis de vapor de agua y la pirólisis. Por último, se realizaron las pruebas mecánicas de los materiales compuestos para comparar los rendimientos del encolado. El equipo del proyecto confirmó que lograr unas propiedades mecánicas de alta gama con fibras de carbono recicladas sigue constituyendo un reto. No obstante, a pesar de las dificultades, se han hecho varios descubrimientos importantes. Por ejemplo, algunas fibras de carbono recicladas mediante pirólisis demostraron tener unas propiedades mecánicas mejores que el material obtenido mediante termólisis de vapor de agua. También se realizaron avances en la mejora de los métodos de encolado de fibras de carbono. «El siguiente paso es ampliar nuestros tratamientos de encolado del laboratorio a plantas piloto», añade Martín. «Esto ayudará a probar más posibles usos finales, como los salpicaderos de los automóviles y los artículos deportivos». La aviación, una de las fuentes de crecimiento más rápido de emisiones de gases de efecto invernadero, seguirá siendo el mercado potencial clave. El sector de la aviación, que busca la reducción del peso y la eficiencia del combustible, es el mayor consumidor de fibra de carbono. «Durante los próximos veinte años, unas doce mil aeronaves llegarán al final de su vida útil», indica Martín. «En la actualidad, no hay un proceso eficiente para reciclar los valiosos materiales compuestos reforzados con fibras de carbono. Esperamos que los resultados obtenidos y las lecciones aprendidas durante el proyecto CUSTOMISIZE conduzcan a procesos de reciclaje de fibra de carbono más eficientes y rentables en el futuro».
Palabras clave
CUSTOMISIZE, carbono, polímeros, aviación, ingeniería, reciclabilidad, aeronave
