Departamento de Metalurgia e Integridad Estructural

Área de Materiales Metálicos, Compuestos y Nanoestructurados

Caracterización Mecánica de Fibras

En el Cimav un grupo conformado por especialistas de diversas disciplinas científicas y tecnológicas desarrollan, entre otros proyectos, investigaciones relacionadas con:

  1. Caracterización mecánica y estructural de fibras de diámetro fino, desde las empleadas en la industria textil para la fabricación de chalecos antibalas hasta las producidas por arañas viuda negra con fines médicos.
  2. Síntesis y caracterización de materiales compuestos con aplicación en la industria automotriz, aeronáutica, aeroespacial y médica.
  3. Síntesis y caracterización de materiales geopoliméricos (cementos sustentables activados por álcalis) y reforzamiento de concreto con fibras recicladas.

Fibras de diámetro fino

Las fibras son formas de materia fina y larga con diámetros que oscilan entre 2 y 30 micras y con longitudes que van de unos cuantos milímetros a virtualmente infinito. Como referencia, el diámetro de un cabello humano es del orden de 100 micras.

Debido a su tamaño, las fibras son imperceptibles, siendo el producto final el que es visible.

Los investigadores del Cimav tienen como objetivo estudiar y determinar las propiedades mecánicas y estructurales de fibras unitarias, también llamadas monofilamentos, las cuales son ampliamente utilizadas como reforzantes en materiales compuestos base cerámica, metálica o polimérica. El conocer sus propiedades permitirá predecir y definir mejor las propiedades de los materiales compuestos.

Dr. Herrera

Dr. José Martín Herrera
Tel. +52 (614) 439 4857
martin.herrera@cimav.edu.mx

Las fibras estudiadas pueden ser de distinta naturaleza, tales como fibras poliméricas (naturales y sintéticas), cerámicas y metálicas. Ejemplos de estas fibras son las empleadas comúnmente en nuestra ropa (Nylon, poliéster, algodón, lana, seda de gusano, etc.) o aquéllas con características técnicas superiores como las utilizadas en chalecos antibalas (Kevlar, Twaron, Spectra, Dyneema, etc.) o bien las empleadas en las industrias automotriz, aeronáutica y aeroespacial (vidrio, lino, henequén, carbono, carburo de silicio, alúmina, etc.) y hasta las fibras exóticas como las provenientes de seda de araña con aplicaciones potenciales en medicina.


Las fibras son analizadas a nivel de su estructura interna mediante técnicas como MET, MEB, análisis térmico, DRX, birrefringencia y espectroscopías de infrarrojo y Raman, a fin de explicar los mecanismos de ruptura que sufren las fibras y en dado caso mejorar sus propiedades mecánicas mediante la aplicación de algún tratamiento.

El trabajo realizado por este equipo de investigadores es tanto a nivel básico, porque los estudios requieren de la comprensión de mecanismos a escalas molecular y atómica, como a nivel altamente aplicado, porque los resultados servirán para mejorar las propiedades de las fibras y de las estructuras en donde éstas son empleadas como refuerzo.


El estudio sobre fibras es amplio y diverso. A manera de ejemplo, el grupo de trabajo del Cimav realiza investigaciones acerca de las propiedades que tienen las fibras empleadas en chalecos antibalas. Analizan, entre otros aspectos, resistencia a la tensión y su comportamiento ante el medio ambiente. Para este trabajo han caracterizado la fibra, las mechas (integradas por 220 fibras) y los productos de tres generaciones de materiales balísticos. La primera generación es a base de tela tejida, la segunda está conformada por material no tejido y la más reciente está conformada por polietileno de ultra alto peso molecular, la cual es más resistente que las anteriores. Los materiales son sometidos a pruebas físicas de laboratorio para simular ambientes de zonas marinas y radiación solar extrema.

Los resultados de la investigación proporcionan a los industriales un conocimiento más amplio de sus materiales para mejorar el diseño de los chalecos antibalas, cuyo objetivo es atrapar y dispersar la energía de un proyectil cuando es impactado en ellos.

Síntesis y caracterización de materiales compuestos con aplicación en la industria automotriz, aeronáutica, aeroespacial y médica.

En esta línea de investigación el grupo de trabajo del Cimav sintetiza y modifica la composición de materiales, especialmente base metálica, que se emplean en las industrias automotriz, aeronáutica, aeroespacial y médica. El trabajo consiste en reforzarlos con fibras, cerámicos y óxidos con la finalidad de disminuir su densidad e incrementar su resistencia mecánica.

Los especialistas han realizado proyectos de investigación sobre diferentes materiales como níquel, aluminio, magnesio y titanio, por citar sólo algunos.

En estudios acerca de aleaciones con aluminio los investigadores del Cimav han logrado mejorar las propiedades mecánicas hasta en un 300 por ciento.

Se han realizado estudios de aleaciones base titanio para implantes médicos, analizando sus propiedades mecánicas y microestructurales y realizando análisis de falla y pruebas de biocompatibilidad.

En colaboración con la Universidad Nacional de Colombia-sede Medellín han realizado proyectos sobre aluminio y magnesio reforzados con nanotubos de carbono para incrementar sus propiedades mecánicas. El resultado de estos trabajos ha sido positivo ya que tiene aplicaciones potenciales en diversas industrias: desde la automotriz en rines para automóviles hasta la aeronáutica en componentes estructurales de los aviones.

En un proyecto multidisciplinario con investigadores del Cimav-Unidad Monterrey, Universidad Autónoma de Nuevo León e Instituto Tecnológico Superior de Irapuato están desarrollando diferentes recubrimientos para aumentar las propiedades de dureza, desgaste, oxidación así como de resistencia a cambios térmicos y radiación de materiales para ser aplicados en satélites CubeSat. Han participado con instituciones como el Instituto Politécnico Nacional, la Universidad Autónoma de Baja California, San Jose State University y el NASA-Ames Research Center.

Síntesis y caracterización de materiales geopoliméricos y reforzamiento de concreto con fibras recicladas

Este grupo de investigadores también cuenta con la experiencia científica y tecnológica para realizar síntesis y caracterización de materiales geopoliméricos (cementos sustentables activados por álcalis). En esta línea de investigación buscan generar materiales con propiedades similares o superiores a las del cemento Portland ordinario pero que sean menos contaminantes. Con la técnica desarrollada se ha logrado abatir el 50% de las emisiones de CO2 (dióxido de carbono), en comparación con un cemento ordinario.

También lograron diseñar una técnica para reforzar el concreto mediante tiras continuas de PET provenientes de botellas de desecho. El resultado demostró que existe una alta adherencia entre las tiras de PET y el concreto, un incremento en la resistencia a la flexión, comportamiento dúctil y capacidad de absorción de energía. Además, el hecho de utilizar botellas de PET de desecho como material de refuerzo contribuye a generar un beneficio para la preservación del medio ambiente.

Las investigaciones mencionadas son solamente un ejemplo del potencial con que cuenta este grupo de investigadores.


Líneas de Investigación
  1. Materiales multifuncionales nanoestructurados.
  2. Relación propiedades mecánicas-estructura de los materiales.
  3. Caracterización mecánica y estructural de fibras.
  4. Síntesis de materiales por aleado mecánico y molienda mecánica.
  5. Recubrimientos para aplicaciones aeronáuticas y aeroespaciales.
  6. Aleaciones de titanio para aplicaciones médicas.
  7. Materiales cementicios reforzados con PET reciclado.
  8. Materiales geopoliméricos.

ColaboradoresFibras