Esperamos mucho de nuestros compuestos: los materiales de los cohetes deben soportar el calor del despegue, las turbinas eólicas deben soportar fuertes ráfagas de viento y se espera que las zapatillas sean duraderas y de apoyo en recorridos largos. ¿Cómo desarrollan los expertos compuestos adaptados a usos tan específicos y cómo verifican sus propiedades?

Los compuestos constan de dos o más materiales que están unidos pero permanecen distintos a escala macroscópica o microscópica dentro de la estructura terminada. El compuesto resultante ofrece propiedades diferentes a las de cualquier material individual. De este modo, los científicos de materiales pueden optimizar las formulaciones compuestas para aplicaciones específicas, pero solo con pruebas exhaustivas para verificar primero las propiedades del material.

Los desarrolladores de compuestos satisfacen las altas demandas actuales de productos ligeros y confiables utilizando tecnologías analíticas de vanguardia. Abordan los atributos de desempeño críticos que esperan los clientes, incluida la resistencia, la resistencia al calor, la adhesión y la durabilidad, caracterizando primero los materiales y los prototipos de productos.

¿Cómo utilizan los científicos de compuestos en laboratorios de todo el mundo el análisis de materiales para mejorar sus productos? A continuación se presentan las principales técnicas utilizadas en la ciencia de materiales, además de ejemplos de investigación reales sobre cómo se utilizan para probar compuestos en diversas aplicaciones e industrias:

Los calorímetros de escaneo diferencial (DSC) miden temperaturas y flujos de calor asociados a las transiciones térmicas de un material. DSC cuantifica métricas clave como la temperatura de transición vítrea (Tg) de los compuestos, el tiempo de gel y el tiempo de curado.

El profesor Mohamed Rady utilizó un DSC de la Universidad de Burdeos para respaldar su investigación sobre los cambios de fase de los compuestos granulares.¹ Se enfocó específicamente en la fusión y la solidificación e ideó un procedimiento simple para obtener resultados precisos de su DSC.

Los investigadores Rivière, Caussé, Lonjon, Dantras y Lacabanne del laboratorio CIRIMAT de la Universidad Paul Sabatier utilizaron DSC modulada para estudiar el efecto de agregar nanopartículas de plata a una matriz de polímero (polieteretercetona).² Las mediciones precisas de conductividad térmica y calor específico les permitieron comprender los mecanismos de transporte térmico en el material. Sus datos se pueden utilizar para optimizar la combinación de materiales para formar compuestos para aplicaciones específicas.

La línea TA Instruments’ Discovery DSC está equipada con la tecnología patentada Tzero™ DSC para mediciones más precisas del flujo de calor con mejoras en la planitud de la línea base, la resolución de transición y la sensibilidad. Los experimentos de DSC Modulado® (MDSC®) son más rápidos y precisos en una TA DSC. Para obtener aún más productividad, el Multi-Sample X3 DSC mide de forma única el flujo de calor en hasta tres muestras de forma simultánea.

La reología es el estudio del flujo y la deformación de los materiales. La deformación y el flujo se denominan deformación y tasa de deformación, respectivamente, e indican la distancia sobre la cual un cuerpo se mueve bajo la influencia de una fuerza externa o tensión.

Por ejemplo, el profesor Ogah de la Universidad Estatal de Ebonyi utilizó un reómetro para medir los efectos de las cargas y aditivos en el procesamiento de compuestos de madera y plástico.³ Ogah procesó fibras naturales con polímeros termoplásticos como materiales de matriz, creando compuestos de fibras naturales. Entonces analizó cómo diferentes tipos de fibra, contenido, y tamaños y forma de partículas influyeron en las propiedades reológicas de los compuestos finales en un reómetro híbrido Discovery de TA Instruments.

Los reómetros son excepcionalmente capaces de medir la viscosidad y la viscoelasticidad. El reómetro híbrido Discovery de TA Instruments también ayuda a los usuarios a identificar fácilmente diferencias en la microestructura que no se pueden investigar en viscosímetros o reómetros capilares. Estas mediciones son especialmente útiles al investigar cómo interactúan los materiales compuestos a nivel microscópico.

Las pruebas mecánicas ayudan a los investigadores a caracterizar las propiedades mecánicas de un material o a determinar la respuesta de una estructura a una fuerza específica. Los desarrolladores de compuestos cuantifican la falla, la fatiga, el corte o la fluidez de sus materiales y utilizan esta información para diseñar mejores productos para aplicaciones específicas.

Garcés y Ayranci de la Universidad de Alberta desarrollaron un nuevo enfoque para fabricar y activar un compuesto de polímero con memoria de forma (SMPC) mediante calentamiento resistivo utilizando fabricación aditiva basada en extrusión.⁴ Utilizaron un probador de tracción condicionado térmicamente ElectroForce de TA Instruments para evaluar el efecto de la deformación en SMPC en condiciones de procesamiento específicas. Su investigación permite a otros fabricar SMPC con éxito con su técnica para aplicaciones amplias como “stents biomédicos, equipos deportivos y vehículos aéreos no tripulados (UAV)”.

Ya sea que estén desarrollando materiales de construcción resistentes o reemplazos óseos biocompatibles, los laboratorios líderes de todo el mundo confían en instrumentos de prueba electromecánica ElectroForce para verificar las propiedades mecánicas de los compuestos. Las estructuras de carga ElectroForce cubren una amplia gama de fuerzas aplicadas, mientras que el Multi-Specimen Fatigue Instrument puede acelerar los estudios de fatiga para hasta 16 muestras a la vez.

Si bien estos ejemplos de investigación ilustran algunas de las posibilidades, existen innumerables instrumentos y técnicas para analizar cada propiedad material de sus compuestos. Explore la tecnología líder de hoy en nuestra página de compuestos, y vea qué instrumentos se adaptan a sus necesidades en el diseño y procesamiento de compuestos.

¿Aún no está seguro de cuál es la mejor técnica para su laboratorio? Póngase en contacto con TA Instruments y nuestros expertos en compuestos estarán encantados de indicarle la dirección correcta.