Vivimos en una era de cambios rápidos, donde los avances tecnológicos están transformando rápidamente el panorama. El ritmo de la innovación en nuevas tecnologías de materiales se está acelerando.
Los materiales individuales a menudo no pueden satisfacer los diversos requisitos de rendimiento de la humanidad, lo que hace que el cambio a materiales compuestos sea una tendencia inevitable.
Los materiales compuestos, que prosperan en este entorno, han experimentado un crecimiento explosivo en el mercado, con un énfasis cada vez mayor en características ecológicas como la sostenibilidad, la baja huella de carbono, el alto rendimiento y la reciclabilidad.
Entonces, ¿qué materiales consideran los expertos de la industria que tienen mayor potencial de desarrollo? Hoy exploraremos siete materiales compuestos con un potencial significativo.
1. Fibra de carbono de alto rendimiento y sus compuestos.
Apodada el “rey de la ligereza”, la fibra de carbono tiene una densidad inferior a una cuarta parte de la del acero y ofrece entre 5 y 7 veces más resistencia. También tiene cualidades deseables como resistencia a altas temperaturas, resistencia a la fricción, conductividad térmica y resistencia a la corrosión.
La función principal de la fibra de carbono es servir como refuerzo en compuestos con resinas, metales, cerámicas y carbono para crear materiales avanzados.
Los compuestos epoxi reforzados con fibra de carbono, en particular, tienen la resistencia y el módulo específicos más altos entre los materiales de ingeniería actuales.
Con un diámetro de sólo 5 micrones (aproximadamente entre una décima y una doceava parte del ancho de un cabello humano), la resistencia de la fibra de carbono supera en más de cuatro veces la de las aleaciones de aluminio.
En comparación con las estructuras de aleación de aluminio, los compuestos de fibra de carbono pueden lograr reducciones de peso del 20% al 40%; En comparación con las piezas metálicas de acero, el ahorro de peso puede ser de un impresionante 60% a 80%.
2. Fibra de para-aramida de alto rendimiento y sus compuestos.
La fibra de para-aramida es un material estratégico extremadamente importante, con una resistencia de 5 a 6 veces mayor que el alambre de acero y un módulo específico de 2 a 3 veces mayor que el del acero o la fibra de vidrio. Su dureza es el doble que la del acero, pero pesa sólo alrededor de una quinta parte.
Puede utilizarse tanto como material estructural que soporta cargas como material funcional que ofrece resistencia al calor, resistencia a la ablación y resistencia a la corrosión.
Es una de las fibras orgánicas más producidas en el mundo, conocida por su alto módulo, alta resistencia, tolerancia a altas temperaturas, resistencia a ácidos y álcalis y propiedades livianas.
Las principales aplicaciones de la fibra de para-aramida de alto rendimiento y sus compuestos incluyen refuerzo de fibra, industria automotriz, aeroespacial, equipos eléctricos, transporte ferroviario, protección militar, artículos deportivos y nuevos sectores energéticos.
En los últimos años, la investigación y el desarrollo de fibras de paraaramida en China han logrado avances significativos, superando numerosas barreras técnicas.
3. Fibra de polietileno de peso molecular ultraalto y sus compuestos.
La fibra de polietileno de peso molecular ultraalto (UHMWPE), junto con la fibra de carbono y la fibra de aramida, es conocida como una de las tres fibras de alta tecnología más importantes del mundo. Es la fibra con mayor resistencia y módulo específico disponible, hilada a partir de polietileno con pesos moleculares que oscilan entre 1 y 5 millones.
Gracias a su peso ligero, alta resistencia y absorción de energía superior, la fibra UHMWPE está reemplazando gradualmente a las fibras de aramida como la opción preferida en protección balística personal.
4. Materiales compuestos de carbono/carbono
Los materiales compuestos de carbono/carbono, que son compuestos de matriz de carbono reforzados con fibra de carbono y tejido, tienen características excepcionales como peso ligero, excelente resistencia a la ablación, buena resistencia al choque térmico, resistencia a altas temperaturas y gran capacidad de diseño. Se consideran uno de los materiales de alta temperatura más prometedores para el futuro.
Debido a sus propiedades únicas, los compuestos de carbono/carbono han encontrado amplias aplicaciones en la industria aeroespacial, la industria automotriz y la medicina.
Los ejemplos incluyen boquillas y revestimientos de garganta de motores de cohetes, sistemas de protección térmica para tapas de nariz y bordes de alas de naves espaciales y discos de freno de aeronaves.
5. Compuestos reforzados con fibra de basalto
Las fibras de basalto tienen alta resistencia y rigidez, resistencia a altas temperaturas y corrosión, además de ser livianas.
Comparados con otros materiales compuestos, ofrecen ventajas como la biodegradabilidad, la no toxicidad y el respeto al medio ambiente, lo que les ha valido el título de “material industrial verde” del siglo XXI. Tienen un valor de aplicación significativo en los sectores aeroespacial, militar y del transporte por carretera.
6. Materiales compuestos de carbono/cerámica
Los materiales compuestos de carbono/cerámica combinan alta resistencia, módulo, dureza, resistencia al impacto, resistencia a la oxidación, tolerancia a altas temperaturas, resistencia a ácidos y álcalis, bajo coeficiente de expansión térmica y baja densidad de cerámica de alto rendimiento.
Constituyen un nuevo tipo de material estructural y funcional de alta temperatura capaz de soportar temperaturas de hasta 1650°C.
Además, estos compuestos superan la naturaleza frágil y la funcionalidad limitada típica de los materiales cerámicos en general, lo que los hace ampliamente reconocidos como materiales estructurales y de fricción ideales para altas temperaturas.
Los compuestos de carbono/cerámica se utilizan ampliamente en las industrias aeroespacial, de defensa, energética, automovilística y ferroviaria de alta velocidad. Son reconocidos como los materiales estructurales y de fricción de alta temperatura más ideales en la última generación de sistemas de frenos de aviones y automóviles, y también se consideran el pináculo del rendimiento en los materiales de frenos actuales.
7. Compuestos de matriz metálica
Los compuestos de matriz metálica están formados por metales y sus aleaciones como matriz, combinados artificialmente con una o más fases de refuerzo metálicas o no metálicas. Son una rama importante de los materiales compuestos modernos.
Caracterizados mecánicamente por una alta resistencia transversal y al corte, estos compuestos tienen excelentes propiedades mecánicas integrales, como tenacidad y resistencia a la fatiga.
Además, ofrecen conductividad térmica, conductividad eléctrica, resistencia al desgaste, bajo coeficiente de expansión térmica, buenas propiedades de amortiguación, resistencia a la humedad, resistencia al envejecimiento y ventajas libres de contaminación.
Su rendimiento excepcional ha dado lugar a amplias aplicaciones en las industrias aeroespacial, automotriz, electrónica y de fabricación de máquinas.
