Resumen:

Las preocupaciones ambientales y la transición global hacia una economía más sostenible y circular han incrementado la demanda de materiales económicamente viables derivados de residuos industriales. En este estudio, se reutilizaron materiales de ingeniería de alto valor descartados por distintas industrias para desarrollar nuevos compuestos híbridos multifuncionales. Los residuos postindustriales seleccionados incluyeron poliamida 6 reciclada (rPA6) proveniente de arandelas plásticas automotrices, grafito reciclado (rGra) y polímero reforzado con fibra de carbono reciclado (rCFRP) basado en resina epóxica, originario del sector aeroespacial. Estos materiales se trituraron por separado con un molino de cuchillas y posteriormente se combinaron mediante extrusión. Los rellenos (rGra y rCFRP) se incorporaron de manera individual y como híbridos (rCFRP:rGra, 1:1 en peso) en la matriz de rPA6, con cargas totales de 5, 10 y 20 % en peso.

Los compuestos se caracterizaron en términos de morfología, reología, desempeño mecánico (ensayo de tracción), comportamiento térmico (calorimetría diferencial de barrido─DSC), conductividad eléctrica y propiedades electromagnéticas. Los resultados mecánicos revelaron una resistencia a la tracción máxima notable de 126 MPa y un módulo elástico de 4,8 GPa para la composición rPA6/rCFRP (20 % en peso), lo que sugiere una fuerte adhesión interfacial promovida por interacciones secundarias entre el recubrimiento epóxico del rCFRP y la matriz de rPA6. Las mediciones de conductividad eléctrica en películas compuestas mostraron valores entre 10⁻⁵ y 10⁻¹ S·cm⁻¹ para las composiciones híbridas y con rCFRP, indicando su potencial para aplicaciones antiestáticas (anti-ESD). Aunque el rGra presentó un desempeño mecánico y eléctrico inferior al del rCFRP en los contenidos evaluados, afectó menos la procesabilidad, haciendo que las formulaciones híbridas fueran candidatas más equilibradas para aplicaciones prácticas. En conjunto, este estudio demuestra una estrategia prometedora para upcycling de residuos industriales en compuestos multifuncionales de alto valor, contribuyendo así a la eficiencia de recursos y la minimización de residuos en diversos sectores industriales.

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Conclusiones:

Se desarrollaron y caracterizaron con éxito compuestos basados en PA6 reciclada reforzados con polímero reforzado con fibra de carbono reciclado (rCFRP) y grafito reciclado (rGra), demostrando que ambos rellenos derivados de residuos pueden conferir propiedades multifuncionales valiosas a la matriz polimérica. El análisis reológico reveló un ligero aumento en la viscosidad compleja y una marcada reducción del MFI (índice de fluidez) tras la adición de rCFRP, mientras que el rGra, en contenidos más altos (10 y 20 % en peso), mantuvo valores cercanos a los de la rPA6 pura. La incorporación de rCFRP resultó en una mejora mecánica notable, con incrementos de hasta 168 % en el módulo elástico y 114 % en la resistencia a la tracción máxima en comparación con rPA6, atribuida a la fuerte afinidad interfacial entre el polímero y los fragmentos de epoxi curado. En contraste, las adiciones de rGra produjeron un refuerzo casi despreciable pero preservaron la ductilidad a bajos contenidos, mientras que la limitada unión interfacial redujo la transferencia de esfuerzos a cargas más altas.

Los análisis eléctricos y electromagnéticos confirmaron que el rCFRP promovió la conductividad incluso a bajos contenidos debido a su morfología alargada, mientras que el rGra requirió cargas mayores (>10 % en peso) para alcanzar el umbral de percolación. Los compuestos híbridos rCFRP/rGra mostraron un comportamiento intermedio, evidenciando un sinergismo parcial entre los rellenos. El análisis de blindaje frente a interferencias electromagnéticas (EMI) reveló una efectividad total de blindaje (SET) de aproximadamente 10,7 dB para rCFRP (20 % en peso). Los compuestos permanecieron no magnéticos (μr ≈ 1), y la pérdida dieléctrica (ε″/ε′) se correlacionó con un mayor desempeño de absorción. Las simulaciones de pérdida por reflexión (RL) indicaron que los compuestos con rCFRP, especialmente en altas cargas o en formulaciones híbridas, pueden presentar regiones de absorción adecuadas para aplicaciones como materiales absorbentes de microondas monolíticos (MAM), si se optimizan los espesores.

En general, este estudio proporciona evidencia científica y técnica sólida para el desarrollo de compuestos multifuncionales de alto valor a partir de residuos postindustriales, combinando un fuerte desempeño mecánico con prometedora conductividad eléctrica y funcionalidad electromagnética, contribuyendo a la ingeniería de materiales circulares y a la fabricación sostenible.

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Información tomada y traducida del artículo científico publicado en ACS Polymers Au.

Imagen tomada del artículo.