Los fabricantes de automóviles, aviones, autobuses, cualquier cosa que necesite piezas fuertes, livianas y resistentes al calor, están preparados para beneficiarse de un nuevo proceso de fabricación que requiere solo un toque rápido de una pequeña fuente de calor para enviar una ola de endurecimiento en cascada a través deun polímero.Los investigadores de la Universidad de Illinois han desarrollado un nuevo proceso de curado de polímeros que podría reducir el costo, el tiempo y la energía necesarios, en comparación con el proceso de fabricación actual.
Los resultados, reportados en Naturaleza , indique que el nuevo proceso de polimerización utiliza 10 órdenes de magnitud menos energía y puede reducir dos órdenes de magnitud de tiempo durante el proceso de fabricación actual. "Este desarrollo marca lo que podría ser el primer avance importante al polímero y al compuesto de alto rendimientoindustria manufacturera en casi medio siglo ", dijo el profesor de ingeniería aeroespacial y autor principal Scott White.
"Los materiales utilizados para crear aviones y automóviles tienen un excelente rendimiento térmico y mecánico, pero el proceso de fabricación es costoso en términos de tiempo, energía e impacto ambiental", dijo White. "Uno de nuestros objetivos es disminuir los gastos y aumentar la producción"
Tome, por ejemplo, el ensamblaje de una aeronave. Para un importante productor de EE. UU., El proceso de curar solo una sección de un avión comercial grande puede consumir más de 96,000 kilovatios-hora de energía y producir más de 80 toneladas de CO2, dependiendo de la energíaWhite, dijo White. Esa es aproximadamente la cantidad de electricidad que se necesita para suministrar nueve hogares promedio durante un año, según la Administración de Información de Energía de EE. UU.
"Los fabricantes de aviones utilizan un horno de curado que tiene aproximadamente 60 pies de diámetro y aproximadamente 40 pies de largo; es una estructura increíblemente masiva llena de elementos de calefacción, ventiladores, tuberías de enfriamiento y todo tipo de maquinaria compleja", dijo White"La temperatura se eleva a unos 350 grados Fahrenheit en una serie de pasos muy precisos durante un ciclo de aproximadamente 24 horas. Es un proceso increíblemente intensivo en energía".
El equipo forma parte del Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign e incluye a White, profesor de química y director del Instituto Beckman Jeffrey Moore, profesor de ingeniería aeroespacial y jefe de departamento Philippe Geubelle, y ciencia de materiales yLa profesora de ingeniería Nancy Sottos. Propusieron que podrían controlar la reactividad química para economizar el proceso de curado del polímero. "Hay mucha energía almacenada en los enlaces químicos de la resina para alimentar el proceso", dijo Moore. "Aprender a liberar esta energía con solola tasa correcta, no demasiado rápida, pero no demasiado lenta, fue clave para el descubrimiento ".
"Al tocar lo que es esencialmente un soldador en una esquina de la superficie del polímero, podemos iniciar una onda de reacción química en cascada que se propaga por todo el material", dijo White. "Una vez que se activa, la reacción usa entalpía, o la internaenergía de la reacción de polimerización, para impulsar la reacción hacia adelante y curar el material, en lugar de una fuente de energía externa ".
"Puede ahorrar energía y tiempo, pero eso no importa si la calidad del producto final es deficiente", dijo Sottos. "Podemos aumentar la velocidad de fabricación al desencadenar la reacción de endurecimiento desde más de un punto, pero esodebe controlarse con mucho cuidado. De lo contrario, el punto de encuentro de las dos ondas de reacción podría formar un pico térmico, causando imperfecciones que podrían degradar el material con el tiempo ".
El equipo ha demostrado que esta reacción puede producir polímeros seguros y de alta calidad en un entorno de laboratorio bien controlado. Visualizan el proceso que acomoda la producción a gran escala debido a su compatibilidad con las técnicas de fabricación comúnmente utilizadas como moldeo, impresión, 3-D impresión e infusión de resina.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Original escrito por Lois E. Yoksoulian. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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