EEUU rompe la baraja: desarrolla un material que se repara a sí mismo y tiene una vida útil de hasta 500 años

Resistencia y ligereza son los dos pilares que se requieren en los materiales para sectores como la aviación, la energía eólica o la industria espacial. Ante esto, la ingeniería moderna dio lugar a la fabricación de piezas de gran tamaño con un peso reducido. No obstante, el desgaste interno continúa siendo uno de los principales retos para garantizar la durabilidad de cualquier material.

El problema surge cuando aparecen daños que no se detectan fácilmente. En este contexto, un equipo científico estadounidense ha desarrollado una alternativa basada en un compuesto capaz de repararse de forma automática, lo que abre la puerta a estructuras con una vida útil mucho más prolongada.

¿Cómo es el material que puede repararse solo y para qué fue creado?

Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado un material compuesto autorreparable basado en polímeros reforzados con fibra. El estudio se publicó en la revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences.

Este material pertenece a la familia de los compuestos conocidos como FRP (polímeros reforzados con fibra), ampliamente utilizados en estructuras modernas. Su estructura está formada por capas de fibras (como carbono o vidrio) unidas mediante una matriz polimérica, normalmente epoxi.

Los científicos han modificado este tipo de composite para que pueda reparar internamente las grietas que se forman entre sus capas. El objetivo es resolver uno de los problemas históricos de este tipo de materiales: la delaminación.

Este fenómeno aparece cuando las capas internas comienzan a separarse debido a impactos, fatiga o envejecimiento del material. El daño suele ser difícil de detectar y, en la mayoría de los casos, obliga a reemplazar la pieza completa.

El nuevo material plantea una solución distinta: reparar la estructura desde el interior sin desmontar el componente.

Así funciona el sistema de autorreparación de los polimeros reforzados con fibra

El funcionamiento del material se basa en la combinación de dos elementos integrados en el propio composite.

El primero es una intercapa termoplástica que se imprime en tres dimensiones directamente sobre el refuerzo de fibra. Esta capa actúa como agente de reparación y mejora la resistencia inicial del material frente a la delaminación.

Los investigadores observaron que el material resultante puede duplicar o incluso cuadruplicar la resistencia a este tipo de fracturas si se compara con composites convencionales.

El segundo componente es una red de capas conductoras basadas en carbono. Estas capas funcionan como un sistema de calentamiento interno cuando se aplica corriente eléctrica.

Cuando se activa este sistema, el calor generado funde parcialmente el termoplástico integrado en el material. Este polímero fundido fluye hacia las grietas o microfisuras que se hayan formado entre las capas del composite.

El resultado es una reunión estructural de las capas separadas, similar a una soldadura interna que restaura parte de la resistencia original del material.

Un dato increible: el material de FRP puede repararse más de mil veces

Para comprobar el rendimiento del material, los investigadores diseñaron un sistema de pruebas automatizado que repetía el proceso de fractura y reparación de forma continua.

Durante los ensayos se provocó una delaminación de aproximadamente cinco centímetros en el material. Tras cada fractura se activaba el sistema térmico para iniciar el proceso de reparación. Este ciclo se repitió más de 1.000 veces a lo largo de 40 días.

Después de cada reparación, los científicos midieron la resistencia del material para comprobar si podía soportar nuevas cargas sin fracturarse nuevamente. Los resultados mostraron que el material conservaba una resistencia elevada incluso tras cientos de ciclos.

Pero como la perfección no existe, cabe remarcar que con el paso del tiempo se produce una ligera pérdida de rendimiento. Esto ocurre porque algunas fibras internas se rompen y generan pequeños fragmentos que reducen las superficies disponibles para que el polímero vuelva a unirse.

Aun así, los responsables del estudio señalaron que la disminución de resistencia es gradual y no provoca un fallo repentino del material.

Las potenciales aplicaciones de este material en energía, aviación y exploración espacial

Uno de los aspectos más relevantes del nuevo material es su posible impacto en infraestructuras de larga duración. Los investigadores estiman que, si el proceso de reparación se activara varias veces al año, los componentes fabricados con este material podrían alcanzar unos 125 años de funcionamiento.

En escenarios con una intervención anual, la vida útil podría extenderse hasta aproximadamente 500 años. Esto supone una diferencia notable respecto a los composites actuales, cuya durabilidad suele situarse entre 15 y 40 años.

Desde luego, el material podría aplicarse en diferentes sectores industriales, señalados a continuación:

• Parques eólicos, donde las palas de los aerogeneradores sufren desgaste constante.
• Aeronaves, que utilizan grandes superficies de fibra de carbono.
• Vehículos avanzados y estructuras industriales.
• Misiones espaciales, donde sustituir componentes resulta extremadamente difícil.

En el caso de sondas espaciales o satélites, un material capaz de regenerarse podría prolongar la vida útil de las estructuras sin necesidad de transportar piezas de recambio.

Los investigadores también señalan que esta tecnología podría reducir el consumo de materiales y la generación de residuos industriales, ya que disminuiría la necesidad de reemplazar componentes completos.