Imágenes de rayos X de ATSP en cinco ciclos diferentes de curación de daños. En el primer ciclo, los escaneos revelaron que ATSP curó y recuperó su forma y fuerza. En el quinto ciclo, la fatiga mecánica comenzó a aparecer, aunque la durabilidad y la estabilidad química no se vieron afectadas. Crédito: Dr. Mohammad Naraghi/Texas A&M University. https://doi.org/10.1177/00219983251362394
Investigadores de ingeniería y ciencias de materiales aeroespaciales en la Universidad de Texas A&M han descubierto nuevas propiedades de un plástico ultra duradero, reciclable e inteligente, que avanza para aplicaciones transformadoras en las industrias de defensa, aeroespaciales y automotrices.
La investigación, publicada en Macromoléculas y el Revista de materiales compuestosfue dirigido por el Dr. Mohammad Naraghi, director del Laboratorio de Materiales Nanoestructurados y profesor de ingeniería aeroespacial en Texas A&M, en estrecha colaboración con el Dr. Andreas Polycarpou en la Universidad de Tulsa.
Su trabajo exploró la integridad mecánica, la recuperación de la forma y las propiedades de autocuración de un compuesto de plástico de fibra de carbono avanzado llamado copolyester termoestable aromático (ATSP).
Daño curativo a pedido
ATSP abre nuevas fronteras en industrias donde el rendimiento y la confiabilidad son críticos, y el fracaso no es una opción.
“En aplicaciones aeroespaciales, los materiales enfrentan estrés extremo y altas temperaturas”, dijo Naraghi. “Si alguno de estos elementos daña cualquier parte de un avión e interrumpe una de sus aplicaciones principales, entonces podría realizar una autocuración a pedido”.
A medida que ATSP madura y escalas, tiene el potencial de transformar las industrias comerciales y de consumo, particularmente el sector automotriz.
“Debido a los intercambios de bonos que tienen lugar en el material, puede restaurar las deformaciones de un automóvil después de una colisión y, lo más importante, mejorar significativamente la seguridad del vehículo al proteger al pasajero”, dijo Naraghi.
ATSP también es una alternativa más sostenible a los plásticos tradicionales. Su reciclabilidad hace del material un candidato ideal para las industrias con el objetivo de reducir los desechos ambientales sin comprometer la durabilidad o la fuerza.
“Estos vitrímeros, cuando se refuerzan con fibras discontinuas, pueden sufrir ciclismo nivelado: puede aplastarlo y moldearlo fácilmente en una nueva forma, y esto puede ocurrir en muchos, muchos ciclos, y la química del material básicamente no degradan”, dijo.
Descubrir las capacidades de ATSP
“Los ATSP son una clase emergente de vitrímeros que combinan las mejores características de los plásticos tradicionales”, dijo Naraghi. “Ofrecen la flexibilidad de los termoplásticos, con la estabilidad química y estructural de los termosets. Por lo tanto, cuando se combina con fibras de carbono fuertes, obtienes un material que es varias veces más fuerte que el acero, pero más ligero que el aluminio”.
Lo que distingue a ATSP de los plásticos tradicionales son sus capacidades de autocuración y recuperación de forma.
“La recuperación de la forma y la autocuración son dos facetas del mismo mecanismo”, explicó Naraghi. “Con la recuperación de la forma, se refiere al intercambio de bonos dentro de una pieza continua de material, una especie de ‘inteligencia’ incorporada. Y en la autocuración, hay discontinuidad en el material como una grieta.
Para investigar sus propiedades, los investigadores utilizaron una nueva prueba de estrés llamada pruebas de fluencia cíclica.
“Aplicamos ciclos repetidos de cargas de tracción (estiramiento) a nuestras muestras, monitoreando los cambios en la forma en que el material acumuló, almacenó y libera energía de deformación”, dijo Naraghi.
Usando la carga cíclica, los investigadores identificaron dos temperaturas críticas dentro del material.
“La primera es la temperatura de transición del vidrio, o la temperatura a la que las cadenas de polímero pueden moverse fácilmente, y la segunda es la temperatura de vitrificación. Esa es la temperatura a la que estos enlaces se activan térmicamente lo suficiente como para ver los intercambios de enlaces masivos para causar la curación, la remodelación y la recuperación”, dijo.
Luego, el equipo realizó pruebas de fatiga de flexión del ciclo profundo, calentando periódicamente el material a alrededor de 160 grados Celsius para desencadenar la autocuración.
Sus resultados mostraron que las muestras de ATSP no solo soportaron cientos de ciclos de estrés y calentamiento sin falla, sino que en realidad se volvieron más duraderos durante el proceso de curación.
“Al igual que la piel puede estirarse, sanar y volver a su forma original, el material deformado, curado y” recordó “su forma original, cada vez más duradera que cuando se hizo originalmente”, dijo Naraghi.
Crack, sanar, repetir
Naraghi y su equipo pusieron el ATSP resistente al calor en cinco ciclos de estrés agotadores, cada uno seguido de una exposición de alta temperatura a 280 grados Celsius.
El objetivo? Para evaluar el rendimiento del material y las propiedades de autocuración.
Después de dos ciclos completos de curación de daños, el material volvió a una fuerza casi completa. En el quinto ciclo, la eficiencia de curación cayó a aproximadamente el 80% debido a la fatiga mecánica.
“Usando imágenes de alta resolución, observamos que el compuesto después del daño y la curación era similar al diseño original, aunque el daño repetido causó un desgaste mecánico localizado atribuido a los defectos de fabricación”, dijo Naraghi.
Aún así, la estabilidad química del material y los comportamientos de autocuración se mantuvieron confiables en los cinco ciclos.
“También observamos que no había degradación térmica o descomposición en el material, lo que demuestra su durabilidad incluso después del daño y la curación”, dijo Naraghi.
Los resultados del equipo de investigación representan más que una clase emergente de materiales; Son un plan de cómo la ciencia audaz y las asociaciones estratégicas pueden redefinir un futuro donde los plásticos no solo perduran, evolucionan y se adaptan.
“Mis alumnos y los postdoces hacen el trabajo pesado, no puedo agradecerles lo suficiente”, agregó Naraghi. “Es a través de pruebas y errores, colaboraciones y asociaciones que convirtimos la curiosidad emocionante en aplicaciones impactantes”.
Más información: Louis O. Vaught et al, Memoria de forma y reversión de fatiga en un polímero de red adaptativo covalente por debajo de la temperatura de transición de vidrio, Macromoléculas (2025). Doi: 10.1021/acs.macromol.4c02376
Tanaya Mandal et al, identificando el origen de la descomposición gradual de autocuración intrínseca en compuestos de polímeros reforzados con fibra de carbono Vitrimer, Journal of Composite Materials (2025). Doi: 10.1177/00219983251362394
Proporcionado por la Universidad de Texas A&M
Cita: plástico inteligente de fibra de carbono: autocuración, cambio de forma y más fuerte que el acero (2025, 11 de agosto) Recuperado el 11 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08-carbon-fiber-smart-plastic-shifting.html
Este documento está sujeto a derechos de autor. Además de cualquier trato justo con el propósito de estudio o investigación privada, no se puede reproducir ninguna parte sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona solo para fines de información.
