Un nuevo material compuesto es más resistente al fuego que el metal y más ligero que este
Las llamas directas y los incendios de baterías de alta energía rompen rápidamente los compuestos poliméricos estándar. Los ingenieros tenían que elegir entre compuestos de titanio, más pesados, o compuestos cerámicos, que toleran el calor pero implican una mayor complejidad y un mayor coste de fabricación.
Ampliar el ámbito de los compuestos al terreno de los metales
Para abordar esta disyuntiva, el equipo del proyecto C-PREG 400 financiado por el Consejo Europeo de Innovación(se abrirá en una nueva ventana) contribuyó al desarrollo de FireX-Preg, una plataforma de preimpregnados para altas temperaturas diseñada para salvar la brecha entre los compuestos poliméricos convencionales y las cerámicas complejas, lo que permite que soluciones compuestas ligeras sustituyan a los metales en aplicaciones exigentes a altas temperaturas. «Con FireX-Preg, nuestro objetivo no era simplemente desarrollar un material compuesto que resistiera temperaturas más altas», señala Giuseppe Galimberti, coordinador del proyecto y director general de Nano-Tech. «Queríamos que los compuestos para altas temperaturas fueran más fáciles de fabricar, más fáciles de integrar con los materiales existentes y aplicables a componentes en los que, hasta ahora, los compuestos nunca habían podido sustituir a los metales». La plataforma FireX-Preg representa una nueva generación de tecnología de preimpregnados para altas temperaturas, basada en una matriz híbrida para temperaturas ultraaltas(se abrirá en una nueva ventana) y protegida por nuevos derechos de propiedad intelectual. El material puede reforzarse con fibras de carbono, de vidrio o híbridas y alcanza un umbral térmico de DMA-Tg ≥400 °C. Sin embargo, su utilidad va más allá de la simple resistencia al calor: actúa como escudo térmico, deja de arder si se inflama y resiste la exposición a combustibles de aviación y productos químicos. Dado que no desprende gases en el espacio y permite el paso directo de las señales electromagnéticas, el material podría integrarse de forma natural en los sistemas de satélites y equipos de comunicaciones.
Más fácil de moldear, más sencillo de reciclar
Desde una perspectiva industrial, con FireX-Preg se eliminan los cuellos de botella en la fabricación que suelen suponer el fin de los nuevos materiales. En lugar de obligar a las fábricas a seguir ciclos de curado largos y costosos, se adapta a equipos estándar, como el autoclave, el moldeo fuera de autoclave y el moldeo a presión. El curado dura noventa minutos a 135 °C o sesenta minutos a 180 °C. Para líneas de gran volumen, admite ciclos de estampado en caliente en tan solo quince minutos a 180 °C. Además, su capacidad de cocurado cambia la forma en que se diseñan los componentes. Los ingenieros ya no necesitan construir una estructura completa con materiales especializados; en su lugar, pueden aplicar FireX-Preg exclusivamente donde se requiera protección contra el calor y el fuego, mientras utilizan compuestos estructurales estándar en el resto de la estructura para optimizar el coste y el peso. La variante Glass-FireX-Preg (FireX-Preg reforzado con fibra de vidrio) aporta una ventaja de sostenibilidad muy atractiva para los interiores de las aeronaves, donde los compuestos de fibra de vidrio son habituales y los requisitos de resistencia al fuego son estrictos. «Las piezas curadas pueden introducirse directamente en los hornos estándar de producción de vidrio como materia prima sin necesidad de eliminar la matriz, lo que devuelve el compuesto directamente a su ecosistema industrial original y ofrece una vía de fin de vida útil más limpia que las resinas fenólicas tradicionales», explica Galimberti.
Probado en condiciones de incendio: helicópteros y aviación eléctrica
Las capacidades del material se han demostrado a nivel de componentes y sistemas, en lugar de mediante probetas de ensayo de laboratorio. En un programa representativo de mamparas cortafuegos para helicópteros, la sustitución de una unidad de titanio de 1,61 kg por FireX-Preg redujo el peso del componente hasta en un 48 %, al tiempo que disminuyó los costes de producción hasta en un 57 %. El material demostró ser igualmente eficaz en las pruebas de seguridad de la aviación eléctrica. Durante una prueba a escala real de incendio de batería en la que participaron doscientas dieciséis celdas completamente cargadas, la carcasa de FireX contuvo el incidente por completo, evitando cualquier llama, erosión, perforación estructural o fuga de gas caliente. La plataforma FireX-Preg ha pasado con éxito de la fase de laboratorio a la adopción industrial gracias a su procesamiento flexible, sus ciclos de curado rápidos, su compatibilidad híbrida y sus resultados de ensayo contrastados. «De cara al futuro, trabajamos en certificaciones aeroespaciales específicas para cada programa e introducimos la conductividad eléctrica para futuras aplicaciones de blindaje contra interferencias electromagnéticas», concluye Galimberti.