Materiales compuestos de matriz polimerica y refuerzos de origen vegetal

Abstract

Las cargas y/o refuerzos vegetales son materiales actualmente subaprovechados y de valor prácticamente nulo, además de ser completamente degradables. Desafortunadamente, la absorción de humedad de estas fibras, su escasa mojabilidad y la insuficiente adhesión interfacial entre estas partículas y matrices poliméricas conducen a materiales que se despegan con el tiempo. Sin un mojado efectivo de las partículas no existe una adhesión interfacial fuerte, lo cual conduce a la generación de fallas internas en el compuesto. La modificación de las cargas y/o de la matriz polimérica con el objetivo de mejorar su compatibilidad es actualmente, un área clave de investigación para obtener propiedades óptimas en este tipo de materiales compuestos. El objetivo de esta tesis es, en consecuencia, el estudio de las características de los materiales compuestos preparados a partir de una resina poliéster insaturada y un refuerzo vegetal (específicamente aserrín o harina de madera) en función de las modificaciones químicas que se le realizan al relleno. En el capítulo 1, se presenta una discusión general de los materiales compuestos así como de las matrices poliméricas y carga utilizadas normalmente en su preparación. A continuación se incluyen los antecedentes publicados en el tema que sirvieron de fundamento para el trabajo desarrolado en esta tesis. Las técnicas y los equipos utilizados para la elaboración de estos materiales, así como para su caracterización química y para la determinación de sus propiedades finales se describen brevemente en el capítulo 11. En el capítulo 111,se presentan los resultados de la caracterización de los materiales de partida. Se incluye además, una descripción de los tratamientos químicos realizados a las partículas de madera: se modifica la carga por mecanismos diferentes: un tratamiento químico en condiciones suaves de reacción (temperatura ambiente, sin catalizador), un tratamiento químico en condiciones severas de reacción (temperatura alta, con pretratamiento alcalino para aumentar el área superficial de las partículas). La técnica de preparación de los materiales compuestos y la evaluación de su respuesta mecánica (flexión en tres puntos y compresión) y mecánico dinámica es presentada en los capítulos IV (materiales cargados con aserrín) y V (compuestos rellenos con harina de madera). Las propiedades finales obtenidas son relacionadas con la concentración y modificación química del refuerzo empleado. Se presenta además, un estudio de la influencia de la carga en la reacción de curado de la matriz polimérica. Debido a las características higroscópicas de las partículas de madera empleadas, se discute el comportamiento (tanto de los materiales de partida como de los compuestos) en condiciones de humedad controlada. Para finalizar, en el capítulo VI, se analizan diferentes modelos que conducen a expresiones relativamente simples para interpretar la respuesta mecánica del material en flexión estática En el apéndice A, se presenta el modelado de la absorción de humedad de los compuestos mediante el uso de ecuaciones microscópicas de difusión en sólidos. Se analiza también la respuesta de ecuaciones que permiten predecir la difusividad de la humedad en el material cargado con harina de madera en función de las difusividades de la carga y la matriz. La técnica de espectroscopía infrarroja por reflectancia difusa (DRIFf) utilizada para la evaluación de las modificaciones químicas en el aserrín requirió un trabajo exhaustivo de puesta a punto, debido a las dificultades que ofreció en un primer momento, yel resultado obtenido se incluye en el apéndice B.