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» » Nuevo material súper fuerte

Referencia: Phys.org .
por Angela Herring, 11 de julio 2013

En el mercado actual de fibras de alto rendimiento, usado en aplicaciones como chalecos antibalas, los fabricantes sólo tienen cuatro opciones: Kevlar, Spectra, Dyneema y Zylon. Fabricados de polímeros como el polietileno, se trataba de las fibras sintéticas más fuertes del mundo, hasta hace poco.

Marilyn Minus
Marilyn Minus, profesora de ingeniería en Northeastern, ha desarrollado un tipo de fibra que es más fuerte que los tres primeros productos comerciales arriba mencionados, y, aún siendo la primera generación, se acerca al cuarto más fuerte, el Zylon.

La adición de pequeñas cantidades de nanotubos de carbono –partículas rectas y cilíndricas hechas enteramente de carbono–, en las fibras de polímero aumentan su fuerza marginal. Como estudiante de posgrado del Instituto de Tecnología de Georgia hace cinco años, Minus ya ideó que con un poco más de control, se podría convertir esas modestas mejoras en algo mucho más consistente. Ella se ha pasado los últimos cuatro años en Northeastern probando su corazonada.

En un artículo publicado recientemente en la revista Macromolecular Materials and Engineering, Minus presenta un proceso ajustable para la creación de fibras ultra-fuertes que compiten con los mejores de la industria. Como en trabajos anteriores, el método de Minus integra los nanotubos de carbono en una fibra de polímero, pero, en lugar de servir simplemente como un ingrediente añadido, los nanotubos también pueden realizar ahora una función organizativa.

Desde el polvo de negro de carbono hasta las partículas metálicas, hay una variedad de materiales que pueden guiar en la formación de tipos de cristales específicos, en un proceso llamado nucleación. Pero ya antes de los nanotubos de carbono, Minus señalaba, "nunca hemos tenido un material de nucleación tan similar a los polímeros."

Las fibras creadas por el equipo de Minus se muestran en rojo. La puesta a punto del proceso de cristalización los hace más fuertes que cualquier otro material del mercado, excepto el Zylon. Crédito: Marilyn Minus.
Esta similitud permite que los nanotubos actúen como patines a lo largo de las largas cadenas de polímeros sobre las que pueden deslizarse, perfectamente alineados entre sí.

Es el proceso de cristalización el que impulsa las notables propiedades recientemente reportadas. En su investigación, Minus y sus colegas, han demostrado que podían convertir fácilmente estas propiedades por dentro o por fuera. Sin cambiar otra cosa que el patrón de calentamiento y enfriamiento del material, pudieron aumentar la resistencia y la tenacidad de las fibras hechas con los mismos ingredientes.

En la investigación actual, Minus y sus colegas elaboraron la receta y el proceso para un polímero en particular: el alcohol de polivinilo. "Aunque podemos hacer lo mismo con otros polímeros", añadió ella.

Con la una nueva subvención de la Defense Advanced Research Projects Agency, Minus hará funcionar el método con un polímero llamado polyacrylonitrle o PAN. Este es el material dominante utilizado para formar fibras de carbono, de particular interés en los materiales compuestos ligeros, como los utilizados en el avión Boeing 787. Con una estructura más organizada proporcionada por el método de Minus, este material podría ver aumentado su ya gran rendimiento.


- Más información: Onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mame.201300025/abstract .
- Fuente: Northeastern University .
Imagen 1)  La profesora de ingeniería industrial y mecánica, Marilyn Minus, ha desarrollado una fibra superfuerte que rivaliza con las mejores de la industria. Crédito: Mary Knox Merrill.
- Imagen 2) Las fibras creadas por el equipo de Minus se muestran en rojo. La puesta a punto del proceso de cristalización los hace más fuertes que cualquier otro material del mercado, excepto el Zylon. Crédito: Marilyn Minus.
- Imagen 3a) Después de usar el ajuste del proceso de cristalización, la imagen de microscopio electrónico muestra que los nanotubos dentro de las fibras están recubiertos de polímero. Crédito: Marilyn Minus
- Imagen 3b) La simple combinación de nanotubos y el polímero no induce al polímero a revestir uniformemente el nanotubo. Crédito: Marilyn Minus.
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