Alas de avión, palas de turbina eólica, y otras piezas grandes se crean típicamente mediante polimerización a granel en instalaciones de fabricación de compuestos. Se calientan y curan en enormes autoclaves y se calientan moldes tan grandes como la pieza terminada. La polimerización frontal es un nuevo método fuera de autoclave para la fabricación de compuestos que no requiere una gran inversión en instalaciones. Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign llevaron a cabo un estudio comparando un proceso con el otro para descubrir los pros y los contras de cada uno.

"La polimerización frontal no utiliza un autoclave en absoluto, por lo que no requiere una gran inversión inicial, ", dijo el profesor de Bliss Philippe Geubelle en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la U de I." Es una reacción química sostenida por la liberación de calor a medida que se propaga el frente. Puede ahorrar mucha energía y genera mucho menos dióxido de carbono, así que eso es un beneficio ambiental ".

Geubelle dijo que comenzaron a comparar los dos métodos observando las ecuaciones termoquímicas para modelar los dos procesos de polimerización. De ese modo, podrían comparar los métodos para una variedad de materiales compuestos, y particularmente, el tiempo que tarda cada método en fabricar la misma pieza.

"La contribución clave desde el punto de vista teórico es que hemos reescrito las ecuaciones de reacción-difusión para extraer los dos parámetros adimensionales más importantes, ", Dijo Geubelle." Usar solo estos dos parámetros nos permitió observar una amplia gama de parámetros químicos, como la energía de activación y el calor de reacción, y ante el impacto de la temperatura inicial de la resina ".

Geubelle dijo que este método ayudó a comparar los procesos de fabricación de compuestos basados ​​en la polimerización frontal y a granel en términos del tiempo que lleva fabricar una pieza. El estudio encontró que hubo casos en los que uno u otro fue más rápido.

"Imagina que quieres hacer algo que tenga un metro de largo. La polimerización frontal podrá completar la tarea antes de que comience la polimerización en masa, "Dijo Geubelle." Por otro lado, si quieres hacer algo de 10 metros de largo, luego, la polimerización en masa puede tener lugar antes de que la parte frontal alcance el otro extremo de la pieza. Es la competencia entre estos dos procesos lo que analizamos en este estudio ".

Continuó diciendo que hay varias formas de acelerar el proceso de polimerización frontal:comience el frente en ambos extremos para que sea el doble de rápido, o caliéntelo desde la parte inferior usando un panel calefactado debajo. "Ese proceso es tan rápido, lo llamamos curado instantáneo, "Geubelle dijo, "pero utiliza más energía que para un solo frente".

La fabricación de piezas compuestas mediante polimerización frontal en lugar de polimerización a granel tiene muchas ventajas.

"Con polimerización frontal, no necesita la gran inversión de capital del autoclave, haciéndolo una opción muy atractiva, "Dijo Geubelle." El tiempo que lleva curar una pieza compuesta también es mucho más corto y el impacto ambiental se reduce sustancialmente ".

El estudio, "Polimerización frontal frente a masiva de compuestos de matriz polimérica reforzados con fibra, "fue escrito por S. Vyas, X. Zhang, E. Goli, y P. H. Geubelle. Se publica en Ciencia y tecnología de materiales compuestos .