Fabricantes de coches, aviones autobuses - cualquier cosa que necesite fuerte, Piezas livianas y resistentes al calor:están preparadas para beneficiarse de un nuevo proceso de fabricación que solo requiere un toque rápido de una pequeña fuente de calor para enviar una onda de endurecimiento en cascada a través de un polímero. Investigadores de la Universidad de Illinois han desarrollado un nuevo proceso de curado de polímeros que podría reducir el costo, tiempo y energía necesarios, en comparación con el proceso de fabricación actual.

Los resultados, reportado en Naturaleza , afirman que el nuevo proceso de polimerización utiliza 10 órdenes de magnitud menos de energía y puede reducir dos órdenes de magnitud de tiempo en el proceso de fabricación actual. "Este desarrollo marca lo que podría ser el primer gran avance en la industria de fabricación de compuestos y polímeros de alto rendimiento 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, impacto energético y medioambiental, ", Dijo White." Uno de nuestros objetivos es reducir los gastos y aumentar la producción ".

Llevar, por ejemplo, montaje de aviones. Para uno de los principales productores de EE. UU., el proceso de curado de solo una sección de un gran avión comercial puede consumir más de 96, 000 kilovatios-hora de energía y producen más de 80 toneladas de CO2, dependiendo de la fuente de energía, Dijo White. Esa es aproximadamente la cantidad de electricidad que se necesita para abastecer a nueve hogares promedio durante un año, según la Administración de Información Energética de EE. UU.

"Los fabricantes de aviones de pasajeros utilizan un horno de curado de unos 60 pies de diámetro y unos 40 pies de largo; es una estructura increíblemente masiva llena de elementos calefactores. aficionados, tubos de refrigeración 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 es parte del Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign e incluye a White, el profesor de química y director del Instituto Beckman, Jeffrey Moore, el profesor de ingeniería aeroespacial y jefe de departamento Philippe Geubelle, y la profesora de ciencia e ingeniería de materiales Nancy Sottos. Propusieron que podían controlar la reactividad química para economizar el proceso de curado del polímero. "Hay mucha energía almacenada en los enlaces químicos de la resina para impulsar el proceso, ", Dijo Moore." Aprender a liberar esta energía al ritmo adecuado, no demasiado rápido, pero no demasiado lento, 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, "White dijo". Una vez que se activa, la reacción usa entalpía, o la energía interna de la reacción de polimerización, para impulsar la reacción 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 activando la reacción de endurecimiento desde más de un punto, pero eso debe 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 de forma segura, polímeros de alta calidad en un entorno de laboratorio bien controlado. Ellos prevén que el proceso se adapte a la producción a gran escala debido a su compatibilidad con las técnicas de fabricación comúnmente utilizadas como el moldeado, impronta Impresión 3-D e infusión de resina.