Cómo incorporar nanotubos de carbono a un plástico de aviación

Investigación UPV/EHU

Polieterimide

El Grupo de Tecnología de Polímeros de la UPV/EHU ha conseguido incorporar nanotubos de carbono de forma homogénea a la polieterimida, un polímero empleado en aviación por sus propiedades mecánicas, resistencia química y al fuego, lo que mejora las propiedades mecánicas y la conductividad eléctrica. El estudio se ha publicado en la revista especializada Composites, Part A: Applied Science and Manufacturing.

Los nanotubos de carbono tienen unas propiedades mecánicas excelentes, son muy resistentes, muy rígidos, y además, son conductores de la electricidad. «El problema que tienen es que se dispersan, es decir, se mezclan con mucha dificultad con los polímeros» señala Iñaki Eguiazabal, miembro del Grupo de Tecnología de Polímeros. Por ello, es fundamental encontrar métodos que permitan alcanzar un alto grado de dispersión y de estabilidad de los nanotubos de carbono en la matriz polimérica. «En esta investigación, hemos dado con la exitosa preparación de uno de estos materiales» añade.

El objetivo de esta investigación ha sido mejorar las propiedades mecánicas de la polieterimida. La polieterimida es un polímero que posee muy buenas propiedades mecánicas y térmicas, y se utiliza, entre otras cosas, para hacer piezas interiores de los aviones. Sin embargo, como la gran mayoría de los polímeros, es un material aislante desde el punto de vista eléctrico. «Añadiendo los nanotubos de carbono, conseguimos no solamente mejorar aún más las propiedades mecánicas de dicho material, sino que además lo hacemos conductor de la electricidad» explica Iñaki Eguiazabal, lo que puede permitir, entre otras cosas, el uso de pintado electrostático.

Pero los nanotubos de carbono no se incorporan bien directamente en la polieterimida. Los autores lo han conseguido recurriendo a una mezcla previa basada en polibutilentereftalato con una alta concentración de nanotubos dispersos. En realidad, «el polibutilentereftalato no posee las magníficas propiedades que posee el polímero que estamos intentando mejorar, pero ambos polímeros se mezclan muy bien y de este modo se consigue que dicha dispersión se extienda a toda la mezcla», comenta Eguiazabal.

«Aunque se produce una reducción de la estabilidad térmica, se consigue conductividad eléctrica con la adición de un 1 % de nanotubos de carbono» añade. Por otro lado, «las propiedades mecánicas de la poliéterimida mejoran aún más». Por último, a todo ello se une el hecho de que la viscosidad de los nanocompuestos se ve notablemente reducida gracias a la presencia del polibutiléntereftalato, lo que supone una mejora apreciable de la procesabilidad de los materiales a pesar de la presencia de los nanotubos que tienden a aumentar la viscosidad. Dicha reducción de la viscosidad permite la obtención de productos con secciones de pequeño espesor o de geometría compleja.

Desde los inicios, la actividad del Grupo Tecnología de Polímeros integrado en el Departamento de Ciencia y Tecnología de Polímeros y en el Instituto de Materiales Poliméricos, POLYMAT, de la UPV/EHU, se centró fundamentalmente en el estudio de mezclas de polímeros, con el objetivo de obtener nuevos materiales de prestaciones optimizadas.

Actualmente, la línea de trabajo más reciente del Grupo se centra en el estudio de sistemas nanocompuestos constituidos por polímeros termoplásticos y arcillas laminares modificadas orgánicamente o nanotubos de carbono. En esta línea, se han desarrollado nuevos materiales nanoreforzados basados en polímeros técnicos y, en el caso de los sistemas con nanotubos de carbono, conductores de la electricidad. Los sistemas ternarios basados en mezclas poliméricas a las que se incorporan nanopartículas han permitido combinar las ventajas ofrecidas por el mezclado con las proporcionadas por los nanocompuestos, incluyendo la obtención de materiales supertenaces con un conjunto optimizado de propiedades.

Referencia:

González I. & Eguiazábal J.I. (2013). Widely dispersed PEI-based nanocomposites with multi-wall carbon nanotubes by blending with a masterbatch, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 53 176-181. DOI:

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por UPV/EHU Komunikazioa

4 comentarios

  • […] El Grupo de Tecnología de Polímeros de la UPV/EHU ha conseguido incorporar nanotubos de carbono de forma homogénea a la polieterimida, un polímero empleado en aviación por sus propiedades mecánicas, resistencia química y al fuego, lo que […]

  • Avatar de emepunto

    En el segundo párrafo se indica: “El problema que tienen es que se dispersan, es decir, se mezclan con mucha dificultad con los polímeros”. Imagino que en vez de «dispersan» se querría decir «aglomeran», ya que el problema es que es difícil dispersarlos.

    El tema de los nanotubos tiene mucha polémica. Los físicos hablan maravillas de él, pero todo el mundo sabe que las propiedades de un material nanométrico y del «bulk» son distintas.

    Un nanotubo, por sí mismo, presenta una resistencia bestial. Pero sólo hace falta tener algunos aglomerados para que la resistencia de tu material se convierta en la del grafito. Los nanotubos se deslizan fácilmente entre ellos, además de tener un buen punto de nucleación de grietas.

    Entrando en las propiedades mecánicas, y aunque no trabajo con polímeros, los resultados varían mucho. No es lo mismo medir la tenacidad mediante indentación que mediante SEVNB (en cuyo caso el radio de la entalla es extremadamente importante), y en general la gente barre hacia donde le interesa. Hay trabajos muy optimistas que indican incrementos de la tenacidad de 15 o 20 MPa m^1/2, mientras que otros indican una reducción o ningún cambio. Y aquí tenemos un problema habitual: trabajos con resultados «positivos» tienden a ser más fácilmente aprobados que otros con resultados negativos.

    En mi opinión, habrá que seguir investigando para ver si realmente son lo que prometen.

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