Nanomateriales y materiales compuestos para usos aeroespaciales

En la Universidad Aeronáutica en Querétaro (Unaq), existe un grupo de científicos dedicados a la creación de nuevos materiales compuestos mejorados en sus propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas y sustentables mediante el uso de nanomateriales.

Esto con el objetivo de poder aplicarlas en el ramo aeronáutico y aeroespacial. Dichos esfuerzos son coordinados por el doctor Raúl Herrera Basurto quien, en entrevista, explicó dichas investigaciones y la transversalidad de las ciencias aeroespaciales con otras áreas del conocimiento que auxilian en su investigación.

La importancia de los materiales

Esta investigación trata de desarrollar materiales compuestos y sustentables usando las propiedades únicas de los nanomateriales, así como proponer un sistema de medición para su inclusión a la industria espacial; además de generar nuevas propuestas, también se ha trabajado en la mejora de materiales ya establecidos para proporcionarles mejores características mecánicas aprovechables.

“Lo que hemos hecho es innovar en el sentido de mejorar materiales para una solución nueva a problemas que se presentan en este y otros sectores como el automotriz, donde también es común buscar generar materiales más ligeros, funcionales y resistentes”, aclaró Raúl Herrera.

Integrar la sustentabilidad a dichos desarrollos proviene de los altos números que representa la contaminación derivada de la manufactura, algo que ocasionó se estableciera una meta internacional que indica que en 2020 se debería poder fabricar una aeronave con al menos 50 por ciento de materiales compuestos, una estrategia que también es incluida en el área automotriz, explicó.

Para esto se busca dejar de lado los metales y cerámicos como materia prima principal para buscar elementos más amigables con el medio ambiente y fabricados mediante procesos menos costosos. Sin embargo, esta es una tarea complicada, pues metales y cerámicos tienen aplicaciones muy puntuales y necesarias para el sector aeroespacial, sobre todo en la producción de los motores que pueden llegar a alcanzar muy altas temperaturas.

Un material compuesto es la unión física de diferentes materiales, es decir, sin alguna relación química entre ellos. Las ventajas de su utilización provienen de las cualidades físicas que las componentes llamadas matriz y refuerzo brindan al producto final.

El doctor Raúl Herrera Basurto y su equipo trabajan con matrices poliméricas termoplásticas y con refuerzos de distintas fibras naturales que han sido modificadas con nanomateriales. “Desarrollamos una nueva línea donde aprovechamos las cualidades de las fibras naturales y los nanomateriales inmersos en una matriz polimérica. A esta nueva configuración la hemos denominado materiales. Esta combinación nos permite tener procesos ecológicos y reciclables”, añadió.

Actualmente los compuestos que se usan en el sector aeronáutico o aeroespacial en su mayoría son basados en resinas epóxicas o fenólicas y fibras sintéticas como materiales reforzantes, siendo en ellos no muy efectiva la sustentabilidad. Para conocer las ventajas o desventajas de estos nuevos materiales compuestos frente a los comúnmente usados, la Unaq se propuso generar métodos de medición adecuados a estas innovaciones.

Criterios de confiabilidad

Un material no puede ser aceptado y utilizado por ninguna industria si no ha pasado por procesos de certificación.

“Con el desarrollo de nuevos materiales nos hemos dado cuenta que los métodos de medición de cualquier propiedad que se nos presentó no tienen normas en las cuales basarnos para lograr un resultado confiable. Para esto buscamos validar nuestros métodos de medición y proponemos modelos de incertidumbre y así tener resultados técnicamente validados para una comparación efectiva de las propiedades de nuestros nuevos materiales con los valores de los materiales comerciales”, explicó.

Una etapa crítica en la obtención de técnicas validadas es la preparación de la muestra, en este sentido hay mucho trabajo por realizar, cualquier ensayo requiere que la preparación de la muestra no sea un factor que altere la respuesta de los equipos, si la altera es menester estudiar si el ensayo es el correcto para conocer las propiedades del material.

A pequeña escala

Los materiales compuestos son fácilmente abordados desde el ámbito de la nanotecnología, razón por la cual los investigadores liderados por el doctor Raúl Herrera buscan aprovechar las propiedades de la materia en esta escala. Esto permitiría el desarrollo de instrumentos de medición de alta confiabilidad y tamaños reducidos, algo muy atractivo para las misiones espaciales, para estudiar características de la Tierra desde el espacio o para realizar autorreparaciones en los recubrimientos de aviones.

Actualmente este grupo de científicos también se encuentra desarrollando trabajos en la síntesis de nanocelulosa, el polímero natural más abundante en la Tierra.

Ubicados en Querétaro, el equipo del doctor Raúl Herrera se encuentra rodeado de industrias de manufactura de diferentes sectores que ya han demostrado interés en estos avances tecnológicos. “Les ha llamado la atención las nuevas propiedades que hemos obtenido con los materiales compuestos, pues comparados con los materiales comerciales, nuestros materiales tienen un valor agregado en varios ámbitos”, concluyó.

Este trabajo es realizado por un clúster educativo formado por la Universidad Politécnica de Santa Rosa Jáuregui, el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) del Instituto Politécnico Nacional (IPN) y el Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial (Cidesi) del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt).

Asimismo, dichos proyectos son apoyados por el Fondo del Consejo Estatal de Ciencia (Concyteq), Fondos Sectorial de Investigación, Desarrollo Tecnológico e Innovación en Actividades Espaciales AEM-Conacyt y el Programa de Estímulos a la Innovación (PEI) de Conacyt.

Fuente: CONACYT.