Una familia pionera de vitrímeros para aplicaciones aeroespaciales
La introducción de los materiales compuestos en la industria aeroespacial ha tenido una enorme repercusión positiva. Los materiales compuestos han aumentado la resistencia estructural y mejorado la resistencia al calor, la corrosión y los impactos, al tiempo que reducen el peso, el consumo de combustible y las emisiones en comparación con sus homólogos metálicos. Los materiales compuestos termoestables convencionales siguen siendo el pilar de los componentes aeroespaciales. Sus cadenas poliméricas reticuladas les confieren excelentes propiedades mecánicas, térmicas y químicas, pero no pueden reprocesarse tras el calentamiento (su estructura se «fija» durante el ciclo original de calentamiento y enfriamiento), lo que limita su reparabilidad y reciclabilidad. En cambio, los materiales termoplásticos son reprocesables, reparables y reciclables (3R). Estos van ganando terreno en las aplicaciones aeroespaciales, pero las materias primas son caras y su procesamiento requiere altas temperaturas, lo que supone un importante aporte de energía. En el proyecto AIRPOXY, financiado con fondos europeos, se obtuvo lo mejor de ambos mundos en una familia de materiales compuestos termoestables para el sector aeroespacial que presenta todas las ventajas de los termoplásticos. Su resina 3R sostenible para materiales compuestos de fibra de carbono reducirá drásticamente el tiempo, los costes y el uso de recursos: el cielo ecológico está en el horizonte del sector aeroespacial europeo.
Resina 3R: el vitrímero patentado pionero despliega sus alas
La resina epoxi 3R patentada por AIRPOXY es un vitrímero, un tipo de plástico descubierto recientemente que se obtiene a partir de polímeros termoestables. Gracias a sus enlaces que se activan térmicamente y son reversibles («dinámicos»), pueden cambiar su topología mediante reacciones de intercambio rápido de enlaces sin modificar las estructuras del material ni sus propiedades. La organización coordinadora del proyecto CIDETEC ha ido desarrollando la resina 3R para nuevas aplicaciones de materiales compuestos a lo largo del último decenio. El consorcio de AIRPOXY llevó estas aplicaciones a nuevas cotas, al abordar los requisitos extremadamente exigentes del sector aeroespacial.
Vitrímeros para el sector aeroespacial: reducción drástica de los costes y los plazos de producción y reparación
Para ampliar la aplicación de la resina 3R patentada al sector aeroespacial se tuvieron que crear y aplicar herramientas de simulación y de monitorización de la salud estructural. El equipo de AIRPOXY abordó las tecnologías de transformación, que incluyen el termoconformado, el moldeo por transferencia de resina, la soldadura y la unión adhesiva, así como la reparación. Según la coordinadora del proyecto, Nerea Markaide, de la Unidad de Polímeros y Materiales Compuestos de CIDETEC: «Producir las piezas a base de resina 3R con moldeo por compresión continua es 7 veces más rápido y resulta aproximadamente un 37 % menos caro que con el uso de un autoclave. Las reparaciones de los materiales compuestos de resina AIRPOXY pueden hacerse un 95 % más rápido y con un coste mucho menor; por ejemplo, las delaminaciones pueden repararse aplicando calor y presión en la zona dañada sin tener que retirarla y reconstruirla como se hace en los materiales compuestos termoestables».
La resina 3R conserva los valiosos recursos
Las herramientas de evaluación del ciclo de vida mostraron las evidentes ventajas medioambientales de la sustitución de la resina epoxi convencional por la resina 3R para la fabricación de materiales compuestos de fibra de carbono. «La reprocesabilidad o reparabilidad mediante la modificación de la forma o el remoldeo reduce los defectos fatales de producción y disminuye considerablemente los residuos. La reciclabilidad a través de solvólisis proporciona una fuente rentable de fibra de carbono de alta calidad y resina 3R para su reutilización. Además, los procesos de soldadura 3R y reparación 3R reducen significativamente el uso de energía y consumibles», explica Markaide. El sector aeroespacial reclama cada vez más materiales y procesos sostenibles, lo que impulsa un aumento constante del tamaño del mercado de los materiales compuestos aeroespaciales, que se espera que alcance un volumen cercano a los 30 000 millones EUR en 2026. La optimización por parte de AIRPOXY de las propiedades de su resina 3R para cumplir las especificaciones de la industria aeroespacial y el desarrollo de los procedimientos de termoconformado, reparación y soldadura permitirán que el sector alcance sus ambiciosos objetivos, al tiempo que mejorará la competitividad de la industria aeroespacial europea.
Palabras clave
AIRPOXY, aeroespacial, materiales compuestos, resina 3R, termoestable, termoplástico, vitrímero, fibra de carbono, termoformación
