Las fibras de PBO (p-fenilenbenzobisoxazol) son fibras poliméricas altamente anisotrópicas que debido a sus excelentes propiedades, tales como elevada resistencia, rigidez y baja densidad, son idóneas para aplicaciones estructurales de alto rendimiento. La estructura anisotrópica de la fibra, responsable de las excelentes propiedades a tracción, hace que las fibras de PBO sean relativamente débiles bajo compresión axial y por tanto su resistencia a compresión sea varios órdenes de magnitud inferior a su resistencia a tracción. El fallo bajo compresión axial se desencadena a baja deformación mediante la iniciación de una “kink band” desde la superficie por micropandeo de fibrillas que se propaga rápidamente a través de la sección transversal de la fibra para formar un codo. Si continúa la compresión o la deformación a tracción, la deformación queda localizada en el codo produciéndose una considerable reducción de la resistencia a la tracción de la fibra. Obviamente este mecanismo limita la aplicación de las fibras de PBO en componentes estructurales sometidos tanto a tensiones de tracción y compresión o cuando las cargas de compresión axial aparecen en condiciones de servicio.
Con el objetivo de superar esta limitación, un equipo de investigación del Instituto IMDEA Materiales ha desarrollado un tratamiento de plasma frio en nitrógeno (patente en trámite) para mejorar el comportamiento mecánico de las fibras de PBO sometidas a compresión axial. Concretamente, este nuevo tratamiento superficial consigue un considerable incremento (del orden del 40%) de la deformación crítica a compresión necesaria para la formación de un codo sin afectar a la resistencia a la tracción. Esta mejora significativa abre un horizonte de nuevas posibilidades para el uso de las fibras de PBO en campos tales como los materiales compuestos avanzados, prendas protectoras, productos con gran resistencia térmica y química y cables estructurales.
Figura: Formación de un codo a lo largo de la sección transversal de una fibra de PBO sometida a compresión. Ensayo de tracción “in situ” llevado a cabo dentro del microscopio electrónico de barrido.
Este nuevo desarrollo tecnológico, es fruto de un proyecto de I+D (FUTURE PBO), financiado en parte por el Ministerio de Ciencia e Innovación (programa TRACE), en el que el Instituto IMDEA Materiales colabora con la empresa FUTURE FIBRES RIGGING SYSTEMS S.L.U. Esta empresa ubicada en Valencia, es fabricante de cables de fibra sintética que son utilizados en las competiciones deportivas más importantes y exigentes del mundo tanto en el sector marino (Copa América, Copa Volvo, etc) como en el del motor (Formula 1). Desde sus principios, Future Fibres ha apostado por desarrollar tecnologías innovadoras con el objetivo de substituir materiales tradicionales por nuevos materiales nunca antes usados en determinadas aplicaciones.
El proyecto mencionado también ha dado lugar a la solicitud de una segunda patente que cubre un método de diseño de cables de fibras sintéticas, cuya principal aplicación es la optimización del comportamiento mecánico de este tipo de cables cuando son sometidos a cargas externas, mediante la determinación de su estado tensional.
Impacto en medios
NotiWEB de Madrimasd.- Optimización de fibras polimétricas de altas prestaciones
NetComposites.- Surface Treatment Increases the Maximum Strain of PBO Fibres
