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Nanocosiendo materiales compuestos para la fabricación de aviones más resistentes y ligeros

Los aviones de pasajeros que actualmente se encuentran operativos están fabricados principalmente de materiales compuestos avanzados tales como plásticos reforzados con fibra de carbono. Materiales duraderos y extremadamente ligeros que reducen el peso total del avión hasta en un 20 por ciento en comparación con los aviones construidos en aluminio. Estas estructuras ligeras permiten un ahorro significativo de combustible, siendo esta la principal ventaja de estos compuestos avanzados.


FUENTE | Instituto IMDEA Materiales
16/09/2016
 
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Sin embargo los materiales compuestos, en condiciones determinadas, también pueden ser vulnerables. Actualmente los materiales compuestos se estructuran en capas horizontales de fibras de carbono unidas con una resina. La zona comprendida entre estas capas puede ser considerada como problemática.

Nanocosiendo materiales compuestos para la fabricación de aviones más resistentes y ligeros

Mientras que el aluminio puede soportar grandes impactos sin agrietarse, la estructura multicapa de los materiales compuestos puede sufrir daños al estar sometidos a impacto. Este inconveniente puede considerarse el talón de Aquiles de este tipo de materiales.

Una de las formas más efectivas de resolver este problema de tal manera que los materiales compuestos resultantes sean sustancialmente más fuertes y resistentes ha sido publicada por en la revista científica1 Composites Science and Technology.

La metodología consiste en unir las capas de materiales compuestos con una especie de 'puntadas' diminutas de forma que se 'cosen' las capas de materiales compuestos. Para ello no se pueden usar un hilo convencional sino que se usan una especie de agujas de tamaño microscópico como son los nanotubos de carbono. Estos 'nanotubos' al estar formados por varios cilindros concéntricos de átomos de carbono, son increíblemente resistentes. Por ello, se colocan millones de estos nanotubos entre dos capas de material compuesto, de forma que quedan ambas capas 'cosidas'.

En pruebas realizadas se observaron que este nuevo material compuesto unido a nanotubos de carbono supone mejoras del 30% respecto a los materiales actuales, soportando grandes fuerzas antes de romperse.

El doctor Roberto Guzmán de Villoria, investigador del Instituto IMDEA Materiales y primer autor de este trabajo comenta que la investigación aún en fase de desarrollo pero se considera un avance muy positivo que permitiría obtener estructuras aeronáuticas más resistentes. "En aeronáutica, se usan materiales tan optimizados, que es muy complicado mejorarlos. Un aumento en resistencia permite hacer aviones más ligeros y así reducir el consumo de combustible, mejorando el medio ambiente" explica Roberto. "Por supuesto, queremos mejorar aún más las propiedades, la investigación nunca para. Ahora en IMDEA estamos trabajando en una nueva generación de estas nanoestructuras, y de momento los resultados son positivos".

Imagen obtenida del artículo científico “In-plane strength enhancement of laminated composites via aligned carbon nanotube interlaminar reinforcement” (Composites Science and Technology 33, pages 33–39, 2016)
Imagen obtenida del artículo científico 'In-plane strength enhancement of laminated composites via aligned carbon nanotube interlaminar reinforcement' (Composites Science and Technology 33, pages 33-39, 2016)

Este trabajo ha sido liderado por el Prof. B. L. Wardle (MIT) a director del NECSTLab y financiado por Airbus Group, Boeing, Embraer, Lockheed Martin, Saab, Spirit AeroSystems Inc., Textron Systems, ANSYS, Hexcel y TohoTenax, y con la colaboración de Ejército de los EE.UU.


1. In-plane strength enhancement of laminated composites via aligned carbon nanotube interlaminar reinforcement (Composites Science and Technology 33, pages 33–39, 2016).



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