Nuevos materiales para estructuras más ligeras y eficientes

El proyecto financiado con fondos europeos INCOM ha desarrollado soluciones y métodos de producción viables a nivel tecnológico y económico para la fabricación de estructuras ligeras basadas en materiales avanzados y sostenibles para embalajes, vehículos, artículos de deporte y aplicaciones aeronáuticas.

Las estructuras ligeras de núcleo tipo sándwich ofrecen nuevas oportunidades para disminuir el peso de estructuras de compuestos y/o reemplazar las materias primas derivadas del petróleo. Por ejemplo, los materiales compuestos de esta clase pueden reemplazar las estructuras monolíticas en numerosas aplicaciones. Esto propiciaría un ahorro de materiales, una reducción general del peso y una menor generación de residuos al finalizar la vida útil de los productos. Las estructuras de sándwich, con núcleos de bajo coste y materiales laminados que ofrecen un mayor rendimiento, propician compuestos ligeros y rentables. Además, el uso reducido de materiales de estos compuestos —en comparación con las estructuras monolíticas— se materializa en un impacto ambiental menor. En los ámbitos del transporte y la aviación, unos materiales estructurales ligeros implican un ahorro de combustible y una disminución en las emisiones de CO₂.

“Básicamente, hemos ayudado a desarrollar y fabricas estructuras tipo sándwich para compuestos ligeros, sostenibles y duraderos a fin de posibilitar su uso en una variedad de aplicaciones diferentes”, explica Lisa Wikström, coordinadora del proyecto INCOM. “La clave del éxito cosechado consistió en el uso de nuevos métodos para fabricar nanofibras de celulosa (CNF), un material de proporciones nanométricas derivado de celulosa procedente de biomasa y biorresiduos que sirve para reforzar dichas estructuras”.

Concretamente, el proyecto desarrolló una variedad de productos, incluyendo: espumas rígidas compuestas de fibras nanocelulósicas y biopoliuretano, bioespumas poliláctidas extruidas y con partículas espumadas, estructuras de panal reforzadas con fibras de celulosa, así como panales de policarbonato con un gran rendimiento fuego-humo-toxicidad. Para ello, el proyecto empleó dos métodos de fabricación, modificación y procesamiento de CNF. El primero estaba relacionado con la fibrilación de celulosa en un prepolímero empleando un molino de perlas; el segundo, con la fibrilación de celulosa procedente de biorresiduos en un medio acuoso mediante molturación y con el desarrollo de una herramienta de evaluación cualitativa para optimizar el proceso.

Tras esto, se efectuaron pruebas piloto de ambos métodos de producción de CNF a cargo de varios socios del sector industrial. También se usaron resinas reforzadas con CNF para fabricar estructuras de sándwich compuestas y ligeras, para las cuáles se desarrollaron tres tipos de núcleo: bioespuma de poliuretano reforzada con NFC expandido, bioespuma termoplástica, y panal termoplástico. Asimismo, el proyecto diseñó métodos de producción viables para estos.

“Descubrimos que las bioespumas de poliuretano reforzadas con NFC expandido ofrecen un rendimiento similar al de las espumas de poliuretano existentes en el mercado”, asevera Wikström. “También añadir que CNF mejoraba aún más la resistencia a la compresión y los módulos de compresión de las espumas”.

En aeronáutica, los materiales estructurales ligeros implican un ahorro de combustible y una disminución en las emisiones de CO₂.

El proyecto propició el desarrollo y la ampliación de escala de una serie de estructuras para compuestos novedosas y técnicas de procesamiento viables, todas ellas con un elevado potencial comercial. Además, estas soluciones han reportado nuevos métodos de producción mejorados y sostenibles, y/o demostraciones rentables de productos, lo que probablemente derivará en nuevos productos y tipos de productos comerciales. “Gracias a los resultados alcanzados por el proyecto INCOM, la industria de los compuestos dispone de mejores opciones de producción mediante procesos y materiales más respetuosos con el medio ambiente y menos peligrosos, lo que se materializará en productos con un peso reducido y mejoras tanto en el rendimiento como en lo relativo a su eliminación al finalizar su vida útil”, añade Wikström. “La combinación de nuevos procesos de fabricación, materiales y métodos de tratamiento de superficies promueve diseños novedosos y genera oportunidades laborales, especialmente en los sectores europeos dedicados al desarrollo de productos y la ingeniería”.