Nanocompuestos: nanotubos de carbono como refuerzo

Como se comentó en otro momento, las propiedades de los materiales compuestos son dependientes de las propiedades de los materiales que lo constituyen así como de la distribución e interacción entre ellos.

Las propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas de los NTC son muy prometedoras para una gran cantidad de aplicaciones. En particular, los NTC se posicionan como candidatos preferenciales a la hora de desarrollar nanocompuestos con prestaciones elevadas [1]. Sin embargo, después de varios años de investigación, dicho potencial no ha sido totalmente desarrollado ya que las propiedades mecánicas de los nanocompuestos fabricados distan de los valores teóricos predichos, en particular en el caso de las resinas termorrígidas [2,3].

Hay un consenso general en que la incorporación de los NTC en una matriz polimérica mejorará sus propiedades mecánicas sólo si se logran resolver dos problemas: i) la adhesión interfacial entre los NTC y la matriz polimérica y ii) su dispersión en el material matriz [4].

Respecto al primer punto la tensión es transferida desde la matriz polimérica a los NTC a través de esfuerzos de corte en la interfase. Los escasos resultados obtenidos hasta hoy están relacionados con que la interfase entre ambos componentes es muy débil, debido a la naturaleza químicamente inerte de los NTC.

Los métodos de dispersión se basan en el empleo de disolventes [5], suspensión en los componentes base de la matriz polimérica [6], empleo de sonicación [7], variación de temperatura y esfuerzos de corte, entre otros. Varios autores sometieron a discusión el efecto de estos tratamientos sobre la integridad de los NTC, ya que la energía implicada en la separación de los NTC tiende a romperlos en segmentos más cortos, disminuyendo su relación de aspecto en pos de incrementar su dispersabilidad [8,9]. Algunas vías alternativas para lograr la dispersión son: i) empleo de surfactantes [10], ii) oxidación y posterior funcionalización química de la superficie de los NTC [11,12,13].

Una de las resinas termorrígidas más empleadas en la industria son las resinas epoxi debido a sus altas prestaciones. Se utilizan ampliamente en laminados estructurales y adhesivos, compuestos orientados para aplicaciones aeronáuticas, aeroespaciales y en otros sectores como el de la energía y el electrónico. Su gran ventaja competitiva respecto de las matrices de origen termoplástico se debe a que el proceso de curado se realiza a partir de componentes de baja masa molecular (resinas epoxi y agentes de curado de tipo amina) lo que facilita la dispersión del reforzante en la matriz polimérica.

Debido a las propiedades eléctricas de los NTC, su incorporación en polímeros aislantes los convierte en conductores eléctricos con buenas propiedades mecánicas [14,15]. Varios trabajos informan una mejora sustancial en la conductividad eléctrica cuando se incorporan NTC como reforzante, llegando a una concentración de percolación eléctrica para fracciones en peso del orden de 0,5 %, dependiendo del método empleado en la fabricación del nanocompuesto [16,17].

 



[1] E. Thostenson, Z. Ren, T. Chou. Composites Science and Technology 61 (2001) 1899. 

[2] K. Lau. Chemical Physics Letters 370 (2003) 399.

[3] K. Lau, S. Shi, H. Cheng. Composites Science and Technology 63 (2003) 1161.

[4] B. Fiedler, F. Gojny, M. Wichmann, M. Nolte, K. Schulte. Composites Science and Technology 66 (2006) 3115.

[5] J. Kim, D. Seong, T. Kang, J. Youn. Carbon 44 (2006) 1898.

[6] S. Lee, J. Kang, C. Kim. Composite Structures 76 (2006) 397.

[7] F. Gojny, K. Schulte. Composites Science and Technology 64 (2004) 2303.

[8] M. Zhang, M. Yudasaka, A. Koshio, S. Iijima. Chemical Physics Letter 349 (2001) 25.

[9] T. Saito, K. Matsushige, K. Tanaka. Physica B 323 (2002) 280.

[10] J. Yu, N. Grossiord, C. Koning, J. Loos. Carbon 45 (2007) 618.

[11] A. Osorio, I. Silveira, V. Bueno, C. Bergmann. Applied Surface Science 255 (2008) 2485.

[12] X. Li, H. Gao, W. Scrivens, D. Fei, X. Xu, M. Sutton, A. Reynolds, M. Myrick. Nanotechnology 15 (2004) 1416.

[13] E. Basiuk, I. Puente, J. Sánchez, V. Basiuk. Materials Letters 60 (2006) 3741.

[14] Y. Kim, T. Shin, H. Choi, J. Kwon, Y. Chung, H. Yoon. Carbon 43 (2005) 23.

[15] J. Fidelus, E. Wiesel, F. Gojny, K. Schulte, H. Wagner. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 36 (2005) 1555.

[16] A. Moisala, Q. Li, I. Kinloch, A. Windle. Composites Science and Technology 66 (2006) 1285.

[17] F. Gojny, M. Wichmann, B. Fiedler, I. Kinloch, W. Bauhofer, A. Windle, K. Schulte. Polymer 47 (2006) 2036.

     Jueves 16 de Julio de 2020