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Materiales

Nanotecnología. Plásticos a prueba de desgaste

El plástico necesita reforzar su resistencia para ser materia prima de tornillos o engranajes. Añadiendo nanotubos y nanohilos inorgánicos, investigadores del Instituto Tecnológico de Aragón han logrado mejorar las propiedades mecánicas y de resistencia al desgaste de los principales plásticos industriales, en el marco del proyecto nacional de investigación básica Tapping.

Tercer Milenio 15/03/2017 a las 06:00
Ensayo de medida de la conductividad en un material nanocompositeItainnova


Tornillos, rodillos, engranajes, poleas, placas de fricción, elementos de válvulas, manguitos, tuberías, acoplamientos, ruedas, rótulas móviles... son elementos sometidos a fuertes desgastes a los que pedimos una buena resistencia. Por ello suelen ser de metal. Poder fabricarlos en plástico supondría una gran ventaja, evitando por ejemplo el riesgo de corrosión, pero siempre que se mantenga alto el listón de la resistencia. Conseguirlo pasa por aplicar nanotecnología.

Investigadores de Itainnova, expertos en tecnología de diseño y desarrollo de materiales, han estudiado durante tres años qué beneficios aportan los nanotubos y nanohilos inorgánicos a los principales polímeros (plásticos) industriales. ¿La conclusión? La respuesta de la pieza al desgaste por fricción durante su ciclo vida y las propiedades mecánicas mejoran.

Johann Meier, investigador principal del proyecto Tapping, destaca el hecho de que "ha sido posible obtener nanocompuestos empleando los equipos tradicionales para el procesado y transformación de plásticos". Así, "las empresas no tendrán que invertir en instrumental para la extrusión de ese material porque les sirve el existente".

Frente al metal, "las piezas plásticas son más livianas y fáciles de fabricar, por inyección o extrusión, en lugar de los procesos de mecanizado convencionales", detalla Mariana Castrillón, técnica de I+D en Itainnova.

Tras la investigación básica desarrollada en el proyecto Tapping (Tribología y fatiga de polímeros con nanotubos y nanohilos inorgánicos), se ha visto que "las nanopartículas inorgánicas con forma alargada (tipo barra) cuya formula química se basa principalmente en sulfuros metálicos –donde los metales suelen ser molibdeno, tungsteno...– son una interesante alternativa a los nanotubos de carbono, pues muestran ventajas tales como la facilidad de síntesis, buena uniformidad, solubilidad y conductividad eléctrica".

Por qué añadir nanotubos y nanohilos hace más resistente un polímero

Los nanotubos y nanohilos inorgánicos son "prometedores candidatos a ser refuerzos en composites de polímeros", indica Mariana Castrillón.

¿Por qué añadir nanotubos y nanohilos hace más resistente un plástico? Castrillón explica que "existen distintas teorías, una de ellas se basa en que cuando los nanotubos o nanohilos están bien dispersos en el polímero, por su pequeño tamaño presentan una gran superficie específica; entonces, la posible creación de una interfase entre el plástico y el nanotubo/nanohilo induce un refuerzo mecánico adicional en la matriz". Por otro lado, "la morfología alargada de los nanotubos y los nanohilos, a diferencia de la estructura esférica típica de las nanopartículas o laminar de las nanoarcillas, permite generar una red interconectada de los nanorrellenos a partir de la cual se pueden transportar y distribuir cargas eléctricas, térmicas y/o mecánicas".

Reducir el desgaste por fricción y mejorar el comportamiento de un material cuando está a pleno rendimiento (en fatiga dinámica) es de suma importancia tanto económica como tecnológicamente. Por eso la investigación se centró en ensayos para determinar el comportamiento a desgaste y fatiga dinámica de los materiales desarrollados.

Tras estudiar a fondo los nanocomposites obtenidos, se ha visto que "la excelente lubricación en seco de los dos tipos de nanopartículas estudiadas (basadas en metales de tungsteno y molibdeno) y un módulo de tensión comparable al de los nanotubos de carbono los hace tremendamente atractivos como aditivos para la reducción del coeficiente de fricción y protección de desgaste, así como para refuerzo mecánico, mejorando la tenacidad y el comportamiento a fatiga".

Una de las propiedades más destacadas de ambos tipos de nanopartículas es que "poseen módulos de cortadura intertubos muy bajos, lo que es una ventaja frente a los nanotubos de carbono para conseguir una mayor dispersión". Por eso son tan buenas candidatas a ser refuerzos en composites de polímeros.

EL PROYECTO
  • NOMBRE Tribología y fatiga de polímeros con nanotubos y nanohilos inorgánicos.
  • OBJETIVO El objetivo principal del proyecto es el estudio de los beneficios que los nanotubos y nanohilos inorgánicos pueden aportar en términos de propiedades tribológicas y mecánicas a los principales polímeros industriales. A partir de este estudio se establecerán las relaciones estructura-proceso-propiedades necesarias para guiar las rutas de procesado de los nanocomposites.
  • EJECUCIÓN Instituto Tecnológico de Aragón (Itainnova).
  • FINANCIACIÓN Este proyecto ha sido cofinanciado por la Secretaría de Estado de Investigación, Desarrollo e Innovación, del Ministerio de Economía, Industria y Competitividad, dentro de las ayudas correspondientes a la convocatoria 2013 en el Programa Estatal de Investigación, Desarrollo e Innovación Orientada a los Retos de la Sociedad, ‘Retos Investigación’.
  • PERIODO DE EJECUCIÓN Desde enero del 2014 hasta diciembre del 2016.

 





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