Biocompuesto

Un biocompuesto es un material compuesto formado por una matriz ( resina ) y un refuerzo de fibras naturales . La preocupación ambiental y el coste de las fibras sintéticas han impulsado el uso de fibras naturales como refuerzo en compuestos poliméricos. La fase de 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 los daños mecánicos, mantenerlas unidas y transferir las cargas. Además, las biofibras son los componentes principales de los biocompuestos, y 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 en los biocompuestos está creciendo rápidamente en términos de aplicaciones industriales ( automóviles , vagones de ferrocarril , aeroespacial , aplicaciones militares , construcción y embalaje ) e investigación fundamental, debido a sus grandes beneficios (renovables, económicos, reciclables y, en combinación con matrices específicas, incluso biodegradables ). Los biocompuestos pueden utilizarse solos o como complemento de materiales estándar, como la fibra de carbono. Quienes defienden los biocompuestos afirman que su uso mejora la salud y la seguridad en su producción, son más ligeros, tienen un atractivo visual similar al de la madera y son más respetuosos con el medio ambiente. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

La diferencia para esta clase de compuestos es que son biodegradables y contaminan menos el medio ambiente, lo cual es una preocupación para muchos científicos e ingenieros para minimizar el impacto ambiental de la producción de un compuesto. Son una fuente renovable, barata y, en ciertos 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 fibra de carbono, vidrio y fibras artificiales. Las fibras naturales tienen una estructura hueca, que proporciona aislamiento contra el 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, tales como embalaje, construcción (estructura de techo, puente, ventana, puerta, cocina verde), automóviles, aeroespacial, aplicaciones militares, electrónica, productos de consumo e industria médica (prótesis, placa ósea, arco 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 madereras y fibras madereras , todas ellas con presencia de celulosa y lignina . Las fibras no madereras (fibras naturales) resultan más atractivas para la industria debido a sus propiedades físicas y mecánicas. Además, estas fibras son relativamente largas y presentan un alto contenido de celulosa, lo que les confiere una elevada resistencia a la tracción y un alto grado de cristalinidad. Por otro lado, las fibras naturales presentan algunas desventajas, ya que poseen grupos hidroxilo (OH) que atraen moléculas de agua, lo que puede provocar su hinchazón. Esto genera huecos en la interfaz del compuesto, afectando a sus propiedades mecánicas y a la estabilidad dimensional. Las fibras madereras reciben este nombre porque casi el 60% de su masa está compuesta por elementos de madera. Presentan fibras de madera blanda (largas y flexibles) y fibras de madera dura (más cortas y rígidas), y tienen un bajo grado de cristalinidad de celulosa.

Las fibras naturales se dividen en fibras de paja , líber , hojas , semillas o frutos , y hierbas . 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 encuentran en muchas partes del mundo y constituyen un ejemplo de refuerzo de bajo costo para biocompuestos. Las fibras de madera pueden ser recicladas o no. Por lo tanto, muchos polímeros como el polietileno (PE), el polipropileno (PP) y el cloruro de polivinilo (PVC) se utilizan en la industria de los compuestos de madera.

Los compuestos de lino funcionan bien para aplicaciones que buscan una alternativa más ligera a otros materiales, sobre todo, aplicaciones en componentes interiores de automóviles y equipamiento deportivo. 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 su contraparte de producción con la misma rigidez, y la pieza de compuesto 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 de Accesorios en Eurobike 2012, una importante feria comercial de la industria del ciclismo. ^{[ 10 ]} VE Paddles ha producido una pala de remo para barco. ^{[ 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 la apariencia, el tacto o el sonido de la madera, pero sin la susceptibilidad a la deformación. Las aplicaciones incluyen muebles e instrumentos musicales. En muebles, un equipo de la Universidad Sheffield Hallam diseñó un armario con materiales totalmente sostenibles, 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 los compuestos, ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]} así como una guitarra ^{[ 21 ]}

Los compuestos de fibra de cáñamo funcionan bien en aplicaciones donde la reducción de peso y el aumento de rigidez son importantes. Para productos de consumo, Trifilon ha desarrollado varios biocompuestos de fibra de cáñamo para reemplazar los plásticos convencionales. Maletas, neveras portátiles, fundas para teléfonos móviles y envases de cosméticos se han fabricado con compuestos de fibra de cáñamo.

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  Maleta de material compuesto de fibra de cáñamo
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  Compuesto de fibra de cáñamo - envases cosméticos
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  Funda para teléfono móvil de fibra de cáñamo compuesta

La producción de biocompuestos utiliza técnicas empleadas en la fabricación de plásticos o materiales compuestos. Estas técnicas incluyen:

• Prensa mecánica ;
• Bobinado de filamentos ;
• Pultrusión ;
• Extrusión (la más utilizada, principalmente para biocompuestos ecológicos);
• Moldeo por inyección ;
• Moldeo por compresión ;
• Moldeo por transferencia de resina ;
• compuesto de moldeo en láminas .

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