Actualmente, casi el 98% de los polímeros reforzados con fibras de carbono (FRP) al final de su vida útil terminan en vertederos. IMDEA Materiales busca demostrar el potencial de los sólidos celulares termoplásticos de alto rendimiento (HPTCs) para reemplazar a los FRP en la cadena de producción.
En los últimos años, los fabricantes han recurrido cada vez más a polímeros ligeros o polímeros reforzados con fibra para reemplazar los componentes metálicos tradicionales. Esto es particularmente evidente en la industria aeroespacial, donde estudios han demostrado que al menos el 30-40% de las aeronaves están construidos ahora con materiales compuestos de polímero, una cifra que sigue aumentando.
La motivación detrás de esta evolución en la fabricación es simple: los polímeros hacen que las aeronaves sean más ligeras y, por lo tanto, más eficientes en el consumo de combustible. Sin embargo, el uso de polímeros reforzados con fibras (FRP) no está exento de inconvenientes. El principal de ellos es que los FRP son inherentemente insostenibles debido a la dificultad de su reciclaje.
«Por lo general, cuando necesitas un componente que no solo soporte carga, sino que también actúe como aislante, la manera de lograrlo es superponer diferentes materiales con propiedades distintas y unirlos», explica Lucía Doyle del Instituto IMDEA Materiales. «Estos tipos de FRP en forma de estructuras monolíticas y tipo sándwich se utilizan ampliamente en aplicaciones aeroespaciales impulsadas por la ligereza».
«El problema es que los materiales en capas presentan enormes complicaciones cuando se trata de reciclar, ya que a menudo constan de diferentes tipos de polímeros y/o tienen materiales adicionales como adhesivos, resinas o recubrimientos. Casi el 98% de los FRP al final de su vida útil terminan en vertedero”, añade.
Para resolver este dilema, donde las emisiones de carbono disminuyen, pero a costa de un aumento en los desechos plásticos, Doyle se embarcó recientemente en el proyecto HipPEEK.
HipPEEK, financiado por el Programa de Becas Postdoctorales MSCA Horizon Europe 2022 de la Unión Europea, tiene como objetivo desarrollar una nueva técnica de procesamiento para sólidos celulares termoplásticos (HPTCs) de alto rendimiento impresos en 3D. Específicamente, el proyecto se centrará en el poli(éter-éter-cetona), más conocido como PEEK, un termoplástico de ingeniería de alto rendimiento con una alta relación resistencia-peso.
El material será diseñado y producido mediante una combinación avanzada de técnicas de espumado físico e impresión 3D. En efecto, la combinación de espumado físico, respetuoso con el medio ambiente mediante el uso de gases inertes, con la producción de andamios tridimensionales a través de una eficiente impresión 3D, permitirá la producción de estructuras jerárquicas controladas a nivel micro y mesoescalar, junto con una topología optimizada a nivel macroscópico. Esto ofrecerá a los investigadores la posibilidad de adaptar las propiedades dentro del material mediante la modificación de su microestructura.
«La idea realmente es descubrir hasta dónde podemos llegar en la adaptación del PEEK para ofrecer propiedades multifuncionales, sin necesidad de mezclarlo o superponerlo con otros materiales», dice Doyle. «Podemos hacer esto manipulando su microestructura. Si observamos las estructuras de carga en la naturaleza, como los huesos, son típicamente celulares, y siempre hay gradientes a nivel celular que permiten una optimización las propiedades de resistencia, tenacidad, peso o transporte de fluídos. En el proyecto desarrollaremos estructuras celulares con dos niveles de porosidad, maximizando así la reducción del peso mientras que mantenemos las propiedades de la pieza”.
Doyle también es una firme seguidora del concepto de Cuna a Cuna, donde los productos o procesos de fabricación están diseñados para reflejar sistemas naturales. «En la naturaleza, no hay desperdicio», dice la Dra. Doyle. «El desperdicio es un concepto humano; ningún otro organismo produce desperdicio, porque todo lo que se produce se reutiliza en su ecosistema». «Esa es toda la filosofía detrás de estos conceptos, y detrás del proyecto HipPEEK.”
