Un biocompuesto es un material compuesto formado por una matriz ( resina ) y un refuerzo de fibras naturales . La preocupación ambiental y el costo de las fibras sintéticas han llevado a la fundación del uso de fibras naturales como refuerzo en compuestos poliméricos. La fase matriz está formada por polímeros derivados de recursos renovables y no renovables. La matriz es importante para proteger las fibras de la degradación ambiental y del daño mecánico, para mantener unidas las fibras y transferir las cargas sobre ellas. Además, las biofibras son los componentes principales de los biocompuestos, que se derivan de orígenes biológicos, por ejemplo, fibras de cultivos ( algodón , lino o cáñamo ), madera reciclada , papel usado , subproductos del procesamiento de cultivos o fibra de celulosa regenerada (viscosa/rayón). El interés por los biocompuestos está creciendo rápidamente en términos de aplicaciones industriales ( automóviles , vagones de ferrocarril , aeroespaciales , aplicaciones militares , construcción y embalaje ) y de investigación fundamental, debido a sus grandes beneficios (renovables, baratos, reciclables y biodegradables ). Los biocompuestos se pueden utilizar solos o como complemento de materiales estándar, como la fibra de carbono. Los defensores de los biocompuestos afirman que el uso de estos materiales mejora la salud y la seguridad en su producción, son más livianos, tienen un atractivo visual similar al de la madera y son ambientalmente superiores. [1] [2] [3] [4]
El diferencial de esta clase de compuestos es que son biodegradables y contaminan menos el medio ambiente, lo que preocupa a muchos científicos e ingenieros para minimizar el impacto ambiental de la producción de un compuesto. Son una fuente renovable, barata y, en determinados casos, completamente reciclable. [5] Una ventaja de las fibras naturales es su baja densidad, lo que resulta en una mayor resistencia a la tracción específica y rigidez que las fibras de vidrio, además de sus menores costos de fabricación. Como tal, los biocompuestos podrían ser una alternativa ecológica viable a los compuestos de carbono, vidrio y fibras sintéticas. Las fibras naturales tienen una estructura hueca, lo que les confiere aislamiento frente al ruido y el calor. Es una clase de materiales que se pueden procesar fácilmente y, por lo tanto, son adecuados para una amplia gama de aplicaciones, como embalaje, construcción (estructura de techo, puentes, ventanas, puertas, cocinas ecológicas), automóviles, aplicaciones aeroespaciales y militares. , electrónica, productos de consumo e industria médica (prótesis, placas óseas, arcos de ortodoncia, reemplazo total de cadera y tornillos y clavos compuestos). Desafortunadamente, los biocompuestos tienen limitaciones debido a la falta de compatibilidad entre la resina sintética y las fibras naturales [6] [7] [8]
Los biocompuestos se dividen en fibras no leñosas y fibras de madera , todas las cuales presentan celulosa y lignina . Las fibras no madereras (fibras naturales) son más atractivas para la industria debido a las propiedades físicas y mecánicas que presentan. Además, estas fibras son fibras relativamente largas y presentan un alto contenido de celulosa, lo que proporciona una alta resistencia a la tracción y un grado de cristalinidad de la celulosa, mientras que las fibras naturales tienen algunas desventajas porque tienen grupos hidroxilo (OH) en la fibra que pueden atraer moléculas de agua. , y por tanto, la fibra podría hincharse. Esto da como resultado huecos en la interfaz del compuesto, lo que afectará las propiedades mecánicas y la pérdida de estabilidad dimensional. Las fibras de la madera reciben este nombre porque casi el 60% de su masa son elementos de madera. Presenta fibras de madera blanda (largas y flexibles) y fibras de madera dura (más cortas y rígidas), y tiene un bajo grado de cristalinidad de celulosa.
Las fibras naturales se dividen en fibras de paja , líber , hojas , semillas o frutos y fibras de pasto . Las fibras más utilizadas en la industria son el lino , el yute , el cáñamo , el kenaf , el sisal y la fibra de coco . Las fibras de paja se pueden encontrar en muchas partes del mundo y son un ejemplo de refuerzo de bajo coste para biocompuestos. Las fibras de madera podrían reciclarse o no reciclarse. Por tanto, muchos polímeros como el polietileno (PE), el polipropileno (PP) y el cloruro de polivinilo (PVC) se utilizan en las industrias de compuestos de madera.
Los compuestos de lino funcionan bien para aplicaciones que buscan una alternativa más liviana que otros materiales, en particular aplicaciones en componentes interiores de automóviles y equipos deportivos. Para interiores de automóviles, Composites Evolution ha realizado pruebas de prototipos para el Land Rover Defender y el Jaguar XF, con el compuesto de lino del Defender un 60 % más ligero que el de producción con la misma rigidez, y la parte compuesta de lino del XF un 35 % más ligera que el componente de producción. con la misma rigidez [9]
En equipamiento deportivo, Ergon Bikes produjo un sillín conceptual que ganó el primer lugar entre 439 participantes en la categoría Accesorios en Eurobike 2012, una importante feria comercial de la industria de la bicicleta. [10] VE Paddles ha producido una pala de remo para barcos. [11] Flaxland Canoes ha desarrollado una canoa que tiene una cubierta de lino. [12] Magine Snowboards ha desarrollado una tabla de snowboard que incorpora lino. [13] Samsara Surfboards ha producido una tabla de surf de lino. [14] Lynx de Idris Ski ganó un premio ISPO en 2013 por el esquí Lynx [15]
Los compuestos de lino también funcionan para aplicaciones en las que se desea el aspecto, el tacto o el sonido de la madera, pero sin susceptibilidad a deformarse. Las aplicaciones incluyen muebles e instrumentos musicales. En cuanto a muebles, un equipo de la Universidad Sheffield Hallam diseñó un gabinete con materiales totalmente sustentables, incluido el lino. [16] En instrumentos musicales, Blackbird Guitars ha producido un ukelele hecho con lino que ha ganado varios premios de diseño en la industria de compuestos, [17] [18] [19] [20] así como una guitarra [21]
Los composites verdes se clasifican como biocompuestos combinados de fibras naturales con resinas biodegradables . Se les llama compuestos ecológicos principalmente por sus propiedades degradables y sostenibles, que pueden eliminarse fácilmente sin dañar el medio ambiente. Debido a su durabilidad, los compuestos ecológicos se utilizan principalmente para aumentar el ciclo de vida de productos con vida corta.
Otra clase de biocompuesto se llama 'biocompuesto híbrido', que se basa en diferentes tipos de fibras en una única matriz. Las fibras pueden ser sintéticas o naturales y pueden combinarse aleatoriamente para generar compuestos híbridos. Su funcionalidad depende directamente del equilibrio entre las buenas y malas propiedades de cada material individual utilizado. Además, con el uso de un compuesto que tiene dos tipos más de fibras en el compuesto híbrido, una fibra puede apoyarse sobre la otra cuando está bloqueada. Las propiedades de este biocompuesto dependen directamente de las fibras contando su contenido, longitud, disposición y también la unión a la matriz. En particular, la resistencia del compuesto híbrido depende de la deformación de rotura de las fibras individuales.
Los compuestos de fibra de cáñamo funcionan bien en aplicaciones donde es importante reducir el peso y aumentar la rigidez. Para aplicaciones de bienes de consumo, Trifilon ha desarrollado una serie de biocompuestos de fibra de cáñamo para reemplazar los plásticos convencionales. Se han fabricado maletas, neveras portátiles, fundas para teléfonos móviles y envases de cosméticos utilizando compuestos de fibra de cáñamo.
La producción de biocompuestos utiliza técnicas que se utilizan para fabricar plásticos o materiales compuestos. Estas técnicas incluyen:
