Publication: Efecto de partículas de caucho provenientes de neumáticos fuera de uso como modificador de la tenacidad en materiales compuestos
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Publication date
2015
Defense date
2015-10-28
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Abstract
En este trabajo se han preparado y caracterizado materiales compuestos por matriz
polimérica termoestable, tipo epoxi, rellena con partículas de caucho provenientes de
neumáticos fuera de uso, NFUs. Para ello, los dos componentes de la matriz termoestable,
el componente en base epoxi (diglicidil éter de bisfenol A, DGEBA) y el endurecedor
(1,5-diamino-2-metilpentano, DAP), se mezclaron con una concentración constante de
partículas de caucho, para finalmente realizar el proceso de curado en unas condiciones
concretas. El proceso se llevó a cabo en un molde para así obtener probetas que
posteriormente iban a ser ensayadas mecánicamente con el fin de estudiar el efecto de la
concentración y el tamaño de las partículas NFUs en las propiedades mecánicas finales
de dichos materiales.
Por tanto los objetivos que se buscan con la realización de este trabajo son:
Comprobar si la adición de partículas de caucho procedentes de NFUs dan lugar
a una mejora de las propiedades de la matriz termoestable en base epoxi.
Proponer una vía alternativa de valorización del material, concretamente del
caucho, procedente de neumáticos fuera de uso.
Las ventajas que ofrecen estos nuevos materiales es que se pueden obtener sistemas con
morfologías controladas en todo momento, pues se conoce el tamaño de la partícula
inicial utilizada como relleno y no va a cambiar durante la reacción química de los
componentes del termoestable dado que en este caso no se produce una separación de
fases inducida por la reacción química, pues las fases son inicialmente inmiscibles.
Para la preparación de las probetas hubo que insertar partículas de caucho previamente
tratadas por medios mecánicos mediante la molienda de bolas en condiciones criogénicas.
De esta manera se pudo controlar el tamaño de las partículas y así estudiar su efecto.
Una vez preparadas las probetas se realizó un estudio morfológico con el objetivo de
analizar la dispersión de las partículas NFUs en el interior del polímero termoestable.
A continuación, se realizó el seguimiento y la comprobación del correcto curado y
postcurado de las probetas mediante espectroscopia infrarroja por transformada de
Fourier, FTIR. A partir de los resultados obtenidos se pudo establecer las condiciones más adecuadas, el tiempo y temperatura, para el curado y postcurado de los materiales
bajo estudio.
El estudio morfológico de los materiales compuestos se llevó a cabo mediante la
utilización de un microscopio electrónico de barrido, SEM, realizando un análisis de
imagen de las superficies fracturadas con las probetas preparadas. Estos análisis junto con
los resultados obtenidos por espectroscopia IR y el análisis de imágenes obtenidas con un
microscopio óptico, mostró que el material compuesto de matriz epoxi con un 4% de
partículas de caucho, presenta una distribución donde se encuentran zonas con
concentración de elastómero y otras sin ellas por lo que las propiedades variarán en
función de la zona por la que se produzca la rotura.
Se ha estudiado el comportamiento mecánico de los materiales compuestos epoxicaucho,
evaluando la influencia de la presencia de caucho y su porcentaje contenido en
las probetas. Mediante el ensayo de flexión realizado se observa que a medida que
aumenta la concentración de caucho, las probetas pueden absorber más energía, pero sin
afectar de forma significativa a la tenacidad de fractura, KIC, de la matriz. Por otro lado,
también se realizó un estudio con probetas con la misma concentración pero variando las
dimensiones del elastómero y en vez de realizar el ensayo de flexión, se realizaron
ensayos de impacto mediante la utilización de un péndulo Charpy para medir la tenacidad
del material a impacto.
El análisis fractográfico muestra que en los materiales compuestos, la presencia de
partículas de caucho parece actuar dificultando la propagación de grietas. Los resultados
indican que el elastómero absorbe parte de la energía de fractura en el material a través
de la actuación de algunos mecanismos de aumento de tenacidad.
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Keywords
Materiales compuestos, Neumáticos fuera de uso, Caucho, Ensayo de materiales