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Las excepcionales propiedades del grafeno, hacen de este material un producto de gran utilidad en numerosas aplicaciones

Materiales compuestos reforzados con derivados de grafeno

Área de Desarrollo de Producto de Applynano Solutions, S.L.

11/02/2019

Los materiales compuestos reforzados con fibra (en inglés, Fibre Reinforced Composites, FRC) son materiales muy utilizados en diferentes sectores (automoción, aeronáutica, construcción, deporte, energía, etc.) debido a las mayores prestaciones que presentan en términos de mejores propiedades mecánicas y más ligereza comparados con los materiales tradicionales, así como en resistencia química y térmica.

Los materiales compuestos están formados por fibras y una resina para dar consistencia. Sin embargo, una limitación identificada en el mercado de FRC es la necesidad de resinas de altas prestaciones a precios competitivos, ya que en muchas aplicaciones debido a la fatiga durante su uso, pueden sufrir la formación de grietas cuya propagación a través de la resina produce deslaminación y posibles problemas estructurales, reduciendo por tanto, la vida del producto.
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Figura 1. Representación de material compuesto. Proceso de deslaminación. Aparición de grietas.

Por otro lado, las excepcionales propiedades del grafeno, hacen de este material un producto de gran utilidad en numerosas aplicaciones, que puede utilizarse como parte estructural de materiales compuestos, adicionado a la matriz, proporcionando rigidez, refuerzo mecánico, flexibilidad, conductividad térmica y eléctrica, etc. Sin embargo, la adecuada dispersión de nanocargas en la matriz es un requisito indispensable para mejorar las propiedades mecánicas del nanocompuesto, debiendo evitarse la formación de aglomerados. Las técnicas convencionales para incorporación de nanopartículas incrementan el tiempo de procesado y la heterogeneidad del producto final, debido generalmente a problemas de dispersión.

La experiencia de Applynano está basada en la incorporación de grafeno y/o derivados en matrices de materiales compuestos. En el caso de las resinas reforzadas con grafeno producidas por Applynano, éstas presentan un elevado grado de dispersión gracias al desarrollo de técnicas físico-químicas propias para la incorporación de este nanomaterial, favoreciéndose así la compatibilidad matriz-carga. De esta forma, se responde a la demanda actual del mercado de productos con excepcional resistencia mecánica, dureza, etc, con resinas que incorporan derivados de grafeno, en particular, óxido de grafeno, especialmente optimizadas para procesos de producción de FRC como infusión y Resin Transfer Moulding (RTM).

La tecnología está basada en procesos de bajo coste, amigables con el medio ambiente y escalables, para la obtención de dispersiones estables de derivados de grafeno (producción propia de Applynano), que incrementan la compatibilidad entre el nanomaterial y la matriz, permitiendo por tanto, un control preciso de las propiedades del producto final.

Los resultados obtenidos indican una mejora en la tenacidad de fractura de resina epoxi conteniendo grafeno de un 79% respecto a la misma resina sin carga, lo cual puede explicarse por la elevada relación superficie/volumen de las nanopartículas de grafeno que favorece la transferencia de tensión entre el refuerzo y la matriz.

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Figura 2. Tenacidad de fractura de resina epoxi reforzada con distintos porcentajes de grafeno.

Además de la mejora en propiedades mecánicas, los materiales compuestos de resina reforzados con grafeno o alguno de sus derivados, se comercializan en el sector del deporte (raquetas de tenis y pádel, tablas de surf, esquíes, cascos de ciclista, etc.) porque son materiales más rápidos y ligeros (incluso más que aquellos que incorporan aleaciones de titanio o fibra de carbono), de mayor durabilidad (mayor resistencia frente a roces en suelos y paredes) e incluso que ofrecen mayor protección frente a lesiones. Adicionalmente, la elevada conductividad térmica característica de los materiales de grafeno favorece la disipación de calor y una mayor ventilación, por ejemplo, en cascos, incrementando, por tanto, la comodidad y la higiene, o en el sector de la construcción donde la utilización de materiales compuestos reforzados con grafeno puede contribuir a la disipación de calor y por tanto, reducir las fluctuaciones térmicas favoreciendo el ahorro energético.

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Figura 3. Conductividad térmica en materiales compuestos de resina epoxi reforzados con derivados de grafeno.

Ante este abanico de posibilidades es cuestión de tiempo que esta tecnología llegue a otros usos y sectores en nuestro día a día.

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