DESARROLLO, CARACTERIZACIÓN Y ANALISIS DEL CICLO DE VIDA DE UN SISTEMA EPOXY/CNT MULTIFUNCIONAL OPTIMIZADO CON APLICACIONES TERMOELÉCTRICAS Y DE MONITORIZACIÓN

Abstract

En este trabajo se presenta un innovador nanocompuesto epoxi con características singulares, resultantes de la combinación de un sistema de curado eficiente y la incorporación de nanotubos de carbono (CNT). Este material muestra propiedades como un bajo tiempo de gel, conductividad eléctrica, capacidad de autocalentamiento y mejoras en las propiedades mecánicas y térmicas, ofreciendo múltiples posibilidades para su aplicación en diferentes áreas. Para ello, se incluyen dos módulos principales: uno centrado en la elaboración y optimización del nanocompuesto, y otro en la evaluación de sus propiedades y análisis de ciclo de vida. En el primer módulo, los compuestos se elaboraron mediante la mezcla de una epoxi de grado aeroespacial, la DGEBA, y una amina primaria como agente de curado, seguido de la adición de CNT. El proceso de curado se realiza en dos etapas, una de baja temperatura y luego un postcurado a mayor temperatura. Tanto el proceso de dispersión de los nanotubos mediante la técnica de calandrado, como el curado del sistema epoxi fueron optimizados con el objetivo de obtener la máxima conductividad eléctrica posible. Además, se ha demostrado su aplicabilidad como recubrimiento inteligente es aviones y aerogeneradores, y como bulk nanorreforzado para su uso como matriz polimérica en materiales reformados con fibra, con capacidad de calentamiento y detección de defectos estructurales. Se ha comprobado que los CNT tienen un efecto significativo en las propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas del nanocompuesto. Específicamente, se ha demostrado que la adición de los CNT¿s con una buena dispersión y proceso de curado conduce a una mejora de la dureza, el módulo de Young, la conductividad eléctrica y térmica. Además, produce una disminución en el coeficiente de expansión térmica y un incremento de la eficiencia del autocalentamiento mediante el efecto Joule. También se ha descubierto que estos nanocompuestos presentan un coeficiente de Resistencia térmica negativo, comparable al de los materiales comerciales, habilitando su uso potencial como sensor de temperatura. En el segundo módulo, los nanocompuestos desarrollados han sido sometidos a un análisis de ciclo de vida para conocer sus impactos ambientales. Se ha estudiado cómo disminuiría este impacto si se pasara de una producción a nivel de laboratorio a una producción a nivel industrial. El análisis se ha realizado con el mayor detalle posible, teniendo en cuenta todos los procesos de síntesis que componen el nanocompuesto final y posicionándose en un escenario pesimista. Finalmente, este trabajo no solo presenta un material con propiedades mejoradas, sino que también evalúa su viabilidad para aplicaciones industriales, abordando tanto aspectos técnicos como ambientales. La optimización en la dispersión de los CNT y el proceso de curado, junto con el análisis detallado de ciclo de vida, proporciona una base sólida para el desarrollo de recubrimientos multifuncionales y su potencial integración en diversas industrias.