Oportunidades de innovación con materiales reforzados

El mundo de materiales reforzados no para de innovar. Sin que nos sorprenda, el último año los principales desarrollos tienen como foco la sostenibilidad. Por un lado, se destaca la producción de materiales con contenido de materia prima renovable, y por otro la utilización de aplicaciones de compuestos en energía limpia. Brasil lleva el liderazgo en la región.
También se destacan nuevos materiales para refuerzo en la escala nano y una nueva tecnología de plásticos autorreforzados, que podrían trabajarse como termoplásticos convencionales, sin dañar o desintegrar la fibra de la matriz.

La etiqueta "verde" que marca la diferencia
Como ya lo había anunciado en 2009, Sabic continúa la comercialización del LNP Thermocomp, una línea de compuestos especiales reforzados con aserrín de madera y con la fibra amazónica de curauá. Estos materiales biobasados, que contienen un porcentaje de materia prima renovable, ofrecen a los clientes oportunidades de diferenciación y la oportunidad de reemplazar fibras de vidrio convencionales o rellenos minerales. Además requieren menos energía para su producción, no son abrasivos con la maquinaria de procesamiento y son más livianos que el vidrio y otros materiales de refuerzo tradicionales.

De acuerdo con Robert McKay, director del programa para productos sostenibles de Sabic, crear productos sostenibles solamente por el hecho de tenerlos no tiene sentido comercial. “Nuestros nuevos compuestos LNP Thermocomp cubren ambos aspectos". Por ahora se encuentran disponibles el grado PX07444, una poliamida-6 reforzada al 20% con fibra de curauá, y está orientado a aplicaciones automotrices. Otro grado disponible es el LNP Thermocomp MX07442, un polipropileno reforzado con 30% de aserrín. Está destinado a reemplazar aplicaciones de madera, gracias a que tiene una apariencia similar, a que es resistente a los hongos y a que tiene mejor estabilidad dimensional que la madera natural.

Hasta ahora la aplicación más significativa de este tipo de compuestos la constituyen quizá los marcos y abrazaderas fabricados por Pematec, compañía brasileña, para los visores de sol para vehículos que fabrica. La selección de la poliamida reforzada con fibra de curauá se hizo gracias a la estética superficial y a las propiedades mecánicas que podían obtenerse. La también brasilera Rexam ha usado el grado de polipropileno para crear aplicaciones de empaques para perfumes. De esta forma se satisface el requerimiento del consumidor final de contar con componentes naturales en el empaque, y se enfatiza el hecho de que el perfume también hace uso exclusivo de sustancias naturales.

La compañía GreenCore Composites Inc., con sede en Toronto, Canadá, ha desarrollado un nuevo grado de compuestos de madera y polipropileno para moldeo por inyección. Comercializado bajo el nombre de NCell, el material está orientado a competir con polipropileno reforzado con fibra de vidrio, y ofrece además las ventajas de que no es abrasivo, requiere menores temperaturas de procesamiento y tiene menor peso. Dentro del proceso de inyección con este tipo de material sería posible incluir procesos asistidos con gas, coinyección y canales calientes.

Las sorpresas del mundo nano
3B Fiberglass, proveedora de productos de fibra de vidrio en Bélgica y Noruega, ha firmado un acuerdo con la compañía belga Nanocyl para producir refuerzos de fibra de vidrio combinados con nanotubos de carbono, lo que permitiría alcanzar un nuevo rango de propiedades eléctricas y mecánicas en plásticos reforzados. Los mercados objetivos hasta ahora son la industria eólica y aeroespacial.

Científicos japoneses trabajan en el desarrollo de nanofibras de celulosa, que tendrían la ventaja de ser transparentes cuando se incorporan en una matriz de polímero. De esta forma podrían usarse como refuerzo en placas transparentes. Hiroyuki Yano, investigador de la universidad de Kyoto, afirmó en una conferencia sobre biocompuestos en Toronto, el pasado mayo, que "las nanofibras son suficientemente pequeñas para ser transparentes". Se fabricarían a partir de celulosa bacterial y hasta ahora los primeros intentos exitosos se han hecho impregnándolas de acrílico y resinas epóxicas. Hasta un 60% de nivel de relleno se ha llegado sin afectar la transparencia. El siguiente objetivo es producir la celulosa a partir de fuentes vegetales, para reducir el costo. Se podrían rellenar termoplásticos translúcidos, como el PET, polilácticos, poliestireno de alto impacto y policarbonato.

La compañía estadounidense Applied Minerals, que produce la arcilla haloysita, ha anunciado que este material ahora puede incorporarse para reforzar polímeros. Las propiedades mecánicas de resistencia a la tensión y a la tensión se incrementarían entre 10 y 20% con respecto a compuestos de organo/nano arcillas, cuando se comparan compuestos con niveles de relleno del 10%. Los compuestos estarán disponibles bajo el nombre "Dragonite". Este tipo de relleno tiene menor densidad que los tipos de relleno convencionales, y su característica más importante es que tienen una morfología naturalmente exfoliada, que permite dispersiones a cargas hasta del 40%, sin necesidad de un tratamiento previo. Esto reduce el costo de producción e incrementa la eficiencia de refuerzo, cuando se le compara con organo-arcillas.

Una nueva promesa: compuestos autorreforzados
El proyecto ESPRIT se inició en la Unión Europea en 2008 con el fin de crear plásticos autorreforzados. En este tipo de procesos tanto la fibra como la matriz son materiales termoplásticos. El objetivo principal es producir tecnología de producción que utilice procesos de fundido selectivos, con lo cual sería posible fundir los materiales de la matriz y la fibra de refuerzo y moldearlos como un termoplástico. Los materiales, que se conocen bajo la sigla SRP (del inglés "self-reinforcing polymers"), permitirían reducir el peso del componente en 30% sin sacrificar rigidez, cuando se comparan con termoplásticos tradicionales. Dentro del proceso se ha creado un polipropileno auto-reforzado con fibras de 10 mm de longitud, cuya capacidad de absorber energía de impacto se ha incrementado de 3 kJ/m2 a 55 kJ/m2. El objetivo es producir adicionalmente polímeros autorreforzados de PET, poliamida y PBT.

Las fibras hacen posible la energía limpia
La generación de electricidad a través de energía eólica se está desarrollando rápidamente en todo el mundo. En América Latina, Brasil tiene en la actualidad la mayor capacidad instalada y, junto con Argentina, ofrece el mayor potencial en la región, desde el punto de vista económico. México así mismo dispone de buenas localizaciones y recursos eólicos, que permitirían sustituir la mitad del combustible fósil que se utiliza en la actualidad.
La demanda de tejidos técnicos de fibra de vidrio está aumentando en Brasil, impulsada por el éxito de los fabricantes de aspas eólicas establecidos en la región, que se usan en el mercado local pero también se exportan. Owens Corning anunció a finales de 2009 que duplicará la capacidad de producción de este tipo de tejidos en su fábrica de Río Claro, al noroeste de São Paulo.
La compañía produce mecha de fibra de vidrio en Brasil desde hace muchos años, y en julio de 2006 estableció la primera fábrica de tejidos técnicos, que desde entonces ha venido creciendo aceleradamente. Entre los productos se destaca la fibra de vidrio Advantex, que sobresale por su resistencia a la corrosión y su resistencia mecánica.
Otra alternativa energética es la de conversión de energía térmica oceánica, que explota la diferencia de temperatura entre el agua tibia de la superficie y el frío de aguas profundas. Esta diferencia e temperaturas opera un ciclo de "Rankine", con un fluido de bajo punto de fusión. El agua caliente pasa a través de un intercambiador de calor, evaporando el fluido, el cual propulsa una turbina de generación, produciendo electricidad. Un

área como Hawai, por ejemplo, podría proveerse exclusivamente de este tipo de energía 100% limpia.
También de Owens Corning es la fibra de vidrio de alto desempeño XStrand. Esta fibra se ha usado con éxito en la generación de energía a partir de fuentes térmicas oceánicas. La fibra se usa en la fabricación de tubería de bombeo de agua fría, requerida para instalarse a grandes profundidades dentro del mar. Permite soportar la alta presión, así como el ambiente corrosivo.

Brasil: pionero en reciclaje de compuestos
La Asociación Brasileña de Materiales Compuestos (ABMACO) y el Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) han acordado iniciar actividades para un proyecto nacional de reciclaje de compuestos y residuos del proceso de producción. Los fondos necesarios para iniciar el programa han sido invertidos por 18 empresas y se utilizarán en la investigación y adquisición de un laboratorio piloto de reciclaje.

El proyecto se implementará a lo largo de 20 meses. Con el soporte del equipo técnico de ABMACO, el IPT clasificará las partículas que constituyen los residuos de compuestos e identificará la mejor forma de reusarlos. Después de eso, las soluciones desarrolladas podrán ser explotadas comercialmente por las compañías inversoras.

El trabajo técnico se dividirá en dos etapas. La primera se enfocará en la reutilización de desperdicios en el proceso de producción, e incluirá estudios de molido y reducción de tamaño. En esta etapa también se estudiará la inactividad de los peróxidos, responsables por la polimerización de los compuestos. En la segunda etapa se analizarán nuevas formas de usar el desperdicio, seleccionar el material y evaluar sus propiedades.
De acuerdo con estimaciones de ABMACO, el sector de compuestos en Brasil genera alrededor de 18 mil toneladas de desechos anualmente, lo que representa gastos por 66 millones de dólares en rellenos sanitarios clase 2. En 2009 se produjeron 182.000 toneladas de material, con un retorno de 1.240 millones de dólares.