Control de calidad aplicado a nanocompuestos poliméricos

Los NCP se preparan mezclando en una extrusora polímeros fundidos con aditivos que contienen nanopartículas. El empleo de nanopartículas funcionales en polímeros es una de las aplicaciones que ofrece mejores perspectivas de futuro para esta nueva clase de materiales. En cantidades reducidas, las nanopartículas aumentan la resistencia al fuego, la conductividad eléctrica y las propiedades ópticas —así como las mecánicas— de los NCP.

Un equipo de científicos financiado por la UE ha desarrollado recientemente una tecnología nueva que permite controlar con precisión las propiedades de los NCP durante su fabricación. Desarrollado en el ámbito del proyecto NANOONSPECT (Reliable integrated on-line characterisation tool for thermoplastic compound), la onBOX permite monitorizar la dispersión, el tamaño de partículas y la formación de redes de partículas con una resolución elevada.

Este dispositivo, que analiza las propiedades de fusión durante la fabricación de los NCP, integra unos sensores en línea, desarrollados recientemente. La onBOX cuenta con un viscosímetro capilar, además de sensores de conductividad térmica y eléctrica, temperatura, densidad y presión. Unos espectrómetros de infrarrojo cercano y Raman proporcionan información sobre el proceso de dispersión, mientras que unos sensores de microondas monitorizan la manera en que se aglomera el compuesto.

Para garantizar una dispersión adecuada de las nanopartículas es necesario monitorizar una multitud de variables de proceso. Para resolver este problema de múltiples variables, los participantes en el proyecto han desarrollado un sistema de control sofisticado que se basa en una red neuronal artificial (RNA). Una RNA imita el funcionamiento del cerebro humano, donde las conexiones entre neuronas determinan la respuesta más adecuada a los estímulos sensoriales.

Por un lado, una RNA calcula fuera de línea las propiedades de los materiales a partir de las características medidas en línea. Por otro lado, un sistema experto sugiere los parámetros de proceso adecuados para conseguir la característica —monitorizada en línea— deseada. Se ha adaptado además una tecnología nueva de elaboración de compuestos (Nexxus Channel) a la línea de proceso que promueve una dispersión excelente de las nanopartículas procedentes de los lodos en la matriz polimérica.

Actuando sinérgicamente, esas tecnologías de reciente desarrollo garantizan una calidad del producto elevada y constante gracias al control adaptativo. Dos pequeñas empresas participantes en el consorcio, representativas de una amplia base de posibles clientes en el ámbito de las pymes, han probado este nuevo sistema de control a escala industrial. El sistema ha sido capaz de proporcionar la respuesta más adecuada a partir de las señales generadas por el proceso de elaboración del compuesto.

En el pasado no ha sido posible controlar con precisión los parámetros del proceso de extrusión de NCP y, en consecuencia, tampoco las características del producto final. Con el proyecto NANOONSPECT queda ahora abierta la puerta a la fabricación a medida de productos NCP de gran calidad. El escaso impacto medioambiental de este proceso aportará asimismo ventajas a los fabricantes, a saber, una disminución de su consumo energético y un gasto de materias primas inferior.