Material para hacer que piezas de máquinas duren siglos en vez de décadas

Unos científicos han creado un material compuesto autorreparable que es lo bastante ligero y más robusto que los materiales que se utilizan actualmente en alas de aeronaves, álabes de turbinas y otras piezas de maquinaria. Este material puede repararse a sí mismo más de mil veces. Teniendo en cuenta todo esto, se calcula que la vida útil de las piezas fabricadas con este material sería de siglos en vez de las décadas que duran las piezas fabricadas con los materiales compuestos convencionales de hoy en día.

El logro es obra de un equipo formado, entre otros, por Jack Turicek y Jason Patrick, de la Universidad Estatal de Carolina del Norte en Estados Unidos.

Usar de manera generalizada un material como el descrito reduciría significativamente en muchos sectores industriales los costos asociados con el reemplazo de componentes dañados, así como la cantidad de energía consumida y los desechos producidos.

El nuevo material compuesto es de la clase de los basados en polímeros reforzados con fibra, pero cuenta con cualidades que los materiales normales de esa clase no poseen.

Los materiales compuestos basados en polímeros reforzados con fibra son valiosos por su alta relación resistencia-peso y se utilizan comúnmente en aeronaves, automóviles, turbinas eólicas, naves espaciales y para otras aplicaciones estructurales modernas. Estos materiales consisten en capas de fibras, como por ejemplo fibra de carbono o fibra de vidrio, unidas entre sí por una matriz polimérica, generalmente epoxi. La técnica de autorreparación desarrollada por el equipo de Turicek y Patrick se centra en combatir la delaminación interlaminar, que se produce cuando se forman grietas dentro del compuesto y estas provocan que las capas de fibra se separen de la matriz.

Desde su invención en la década de 1930, los materiales compuestos basados en polímeros reforzados con fibra han venido afrontando el citado problema es la delaminación, para el cual nunca ha habido una solución del todo satisfactoria, al menos hasta ahora.

El nuevo material se parece a los materiales compuestos convencionales basados en polímeros reforzados con fibra, pero con dos características adicionales. La primera es que dispone de un agente de reparación termoplástico, que se elabora por impresión 3D. Este agente, sobre el refuerzo de fibra, crea una capa intermedia que duplica, triplica o incluso cuatriplica la resistencia del laminado a la delaminación. La segunda es que el material está dotado de capas delgadas especiales a base de carbono que se calientan al aplicar una corriente eléctrica. El calor funde el agente de reparación, que luego fluye hacia las grietas y microfracturas y vuelve a unir entre ellas a las superficies de contacto delaminadas, restaurando así el buen rendimiento estructural del conjunto.

El agente para la autorreparación del material está elaborado mediante impresión 3D y aquí se distingue por su color azul. (Imagen: Jason Patrick / NC State University)

Turicek, Patrick y sus colegas exponen los detalles técnicos de su nuevo material en la revista académica Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) bajo el título “Self-healing for the Long Haul: In situ Automation Delivers Century-scale Fracture Recovery in Structural Composites”. (Fuente: NCYT de Amazings)