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tesis
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SECRETARÍA DE EDUCACIÓN PÚBLICA
DIRECCIÓN GENERAL DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICA
“ESTUDIO DEL EFECTO DE LA ABSORCIÓN DE
AGUA DE MAR SOBRE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS
DE UN MATERIAL COMPUESTO DE FIBRA DE CARBÓN Y
RESINA EPÓXICA.”
TESIS QUE PRESENTA
FRANCISCO JAVIER CHI BALAM
PARA OBTENER EL TITULO DE
INGENIERO INDUSTRIAL
DIRECTORES:
DR. EMILIO PÉREZ PACHECO
DR. LUIS HUMBERTO MAY HERNÁNDEZ
Calkiní, Campeche, México
2013
Instituto Tecnológico Superior de Calkiní, en el Estado
de Campeche ITESCAM
Hoja de autorización
III
AGRADECIMIENTOS
A Dios, por haberme brindado la oportunidad de compartir estos conocimientos, de
hacer realidad mis sueños y aspiraciones, por otorgarme valores y fortalezas para
mi desarrollo personal y profesional.
A mis asesores, Emilio Pérez Pacheco y Luis Humberto May Hernández, por sus
apoyos y conocimientos sobre los materiales compuestos otorgados durante el
desarrollo de este trabajo. Gracias por toda la paciencia y dedicación durante este
tiempo.
Al personal directivo y administrativo del Instituto Tecnológico Superior de Calkiní,
por el financiamiento de esta investigación a través del proyecto PROMEP 2010
titulado: “Estudio de las etapas iniciales de daño en un material compuesto sujeto
a cargas cíclicas en medios acuosos”. En especial a mis profesores por sus
valiosos consejos durante mi formación académica.
Agradezco a José Rodríguez Laviada, del Laboratorio de Mecánica de Materiales
Compuestos del CICY, por su apoyo y colaboración en la realización de los
ensayos mecánicos para este trabajo.
A mis padres, Lorenzo y María, por su cariño y apoyo incondicional en cada
momento de mi vida, a mis hermanos, Celia, Sandra, Lorenzo y Candelaria, por
todo el apoyo que me han brindado durante este tiempo.
A mis compañeros de carrera y amigos, para agradecerles el cariño, la simpatía y
aprecio de cada uno de ustedes.
IV
ÍNDICE
AGRADECIMIENTOS ............................................................................................ III
ÍNDICE DE FIGURAS ........................................................................................... VII
ÍNDICE DE TABLAS .............................................................................................. IX
CAPITULO I. INTRODUCCIÓN ............................................................................ 10
1.1 Alcance de la tesis ....................................................................................... 11
1.2 Resumen ...................................................................................................... 12
1.3 Objetivos ...................................................................................................... 13
1.3 1 Objetivo general ..................................................................................... 13
1.3.2 Objetivos específicos ............................................................................. 13
1.4 Hipótesis ...................................................................................................... 13
1.5 Justificación ................................................................................................. 14
CAPÍTULO II. CONCEPTOS FUNDAMENTALES ............................................... 15
2.1 Materiales compuestos ................................................................................ 15
2.1.1 Importancia de los materiales compuestos ............................................ 18
2.1.2 Aplicaciones de los materiales compuestos .......................................... 18
2.2 Materiales compuestos de matriz polimérica y refuerzo de fibra.................. 19
2.3 Matrices ....................................................................................................... 21
2.3.1 Resina Epóxica ...................................................................................... 22
2.4 Materiales de refuerzos ................................................................................ 27
2.4.1 Fibra de carbono .................................................................................... 28
2.4.2 Fibra de vidrio ........................................................................................ 30
2.5 Interfase fibra-matriz .................................................................................... 32
2.5.1 Interfase fibra-matriz del carbono .......................................................... 33
2.6 Resinas epoxicas reforzadas con fibra de carbono ...................................... 34
V
2.7 Generalidades sobre los materiales compuestos laminados ....................... 34
2.7.1 Láminas unidireccionales: fibras continuas ............................................ 36
2.7.2 Teoría general de los laminados ............................................................ 37
2.7.3 Resistencia de los laminados ................................................................ 37
2.7.4 Comportamiento micromecánico de una lámina .................................... 39
2.8 Mecanismos de absorción de agua en materiales compuestos ................... 40
2.8.1 Difusión del agua en el material compuesto ......................................... 41
2.8.2 Difusión por vacantes ............................................................................ 41
2.8.3 Difusión intersticial ................................................................................ 42
2.8.4 Difusión en estado estacionario ............................................................. 42
2.8.5 Modelo de difusión en una fase ............................................................. 43
2.8.6 Modelo de difusión en dos fases............................................................ 43
2.8.7 Teorías de la plastificación .................................................................... 44
CAPÍTULO III. METODOLOGÍA ........................................................................... 46
3.1 Materiales .................................................................................................... 46
3.1.1 Laminado de fibra de carbón ................................................................. 46
3.2 Equipos ........................................................................................................ 47
3.2.1 Determinación de la fracción volumétrica de fibras................................ 47
3.2.2 Propiedades Mecánicas ......................................................................... 47
3.2.3 Corte de las probetas ............................................................................. 48
3.3 Corte de las probetas del laminado de fibra de carbón/ resina epóxica ....... 49
3.4 Determinación de la fracción volumétrica .................................................... 50
3.5 Acondicionamiento de las probetas en agua de mar y agua destilada ........ 51
3.6 Acondicionamiento de los especímenes para pruebas de tensión .............. 52
3.7 Pruebas de Tensión ..................................................................................... 53
VI
CAPÍTULO IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES ................................................ 56
4.1 Laminados ................................................................................................... 56
4.1.1 Fracción volumétrica .............................................................................. 56
4.1.2 Exposición en agua destilada y en agua de mar ................................... 57
4.1.3 Variación de las propiedades mecánicas en función del contenido en
agua ................................................................................................................ 59
4.1.4 Modo de fallo del laminado unidireccional ............................................. 62
CAPÍTULO V. CONCLUSIONES Y REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........... 66
5.1 Conclusiones................................................................................................ 66
5.2 Bibliografía ................................................................................................... 67
VII
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Ordenación de los átomos de carbono en capas planas de grafito. ..... 299
Figura 2. Laminado de tres capas ....................................................................... 355
Figura 3. Laminado de fibra continua reforzado en una dirección. ...................... 366
Figura 4. Mufla. ................................................................................................... 477
Figura 5. Máquina Shimadzu Modelo AG-I. ........................................................ 488
Figura 6. Cortadora del tipo disco de diamante. .................................................. 499
Figura 7. Laminado unidireccional de fibra de carbón y resina epóxica. ............. 499
Figura 8. Lote de los especimenes........................................................................ 50
Figura 9. Acondicionamiento de los especímenes. a) Agua destilada y b) Agua de
mar natural. ........................................................................................................... 52
Figura10. Acondicionamiento de especímenes. .................................................... 53
Figura 11. Prueba de tensión. ............................................................................. 544
Figura 12. Calcinación del material compuesto. ................................................... 56
Figura 13. Isoterma de absorción de materiales compuestos sumergidos a agua de
mar y agua destilada. ............................................................................................ 57
Figura 14. Resultado de las mediciones de resistencia a la tensión realizadas al
material compuesto después de sumergirlo a agua de mar y agua destilada. .... 599
Figura 15. Resultado de las mediciones de módulo de elasticidad realizadas al
material compuesto después de sumergirlo a agua de mar y agua destilada. ...... 61
Figura 16. Clasificación del modo de falla establecido por la norma ASTM–D
3039/D 3039M . ..................................................................................................... 63
Figura 17. Modo de fallo de especímenes sumergidos en agua destilada. a) 0%, b)
0.18%, c) 0.35 % y d) 0.61% de absorción respectivamente. ............................... 64
VIII
Figura 18. Modo de fallo de especímenes sumergidos en agua de mar. a) 0%, b)
0.21%, c) 0.36 % y d) 0.59% de absorción respectivamente. ............................... 65
IX
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 2.1 Clasificación general de los materiales compuestos ............................ 17
Tabla 2.2 Aplicaciones de materiales compuestos reforzados con fibras en
plásticos. ............................................................................................................... 19
Tabla 2.3 Propiedades de algunas matrices y fibras. ............................................ 21
Tabla 2.4 Propiedades comparativas de los hilos utilizados como fibras de refuerzo
para plásticos. ....................................................................................................... 31
Tabla 3.1 Propiedades del laminado unidireccional. ............................................ 46
Tabla 3.2 Relación de las pruebas mecánicas y el tiempo de inmersión de los
especímenes. ........................................................................................................ 55
10
CAPITULO I. INTRODUCCIÓN
En la actualidad, es notable el aumento en el uso de materiales compuestos
avanzados en la fabricación de elementos estructurales para aplicaciones
marinas. En ese sentido, los materiales compuestos de fibra de carbón y resina
epóxica han ganado terreno. Estos elementos estructurales generalmente son
sometidos a diversas condiciones ambientales como la absorción de agua,
humedad así como la temperatura, lo que afecta su desempeño mecánico óptimo
[1]. Se ha reportado [2] que la absorción de agua en matrices epóxicas está
relacionada a la disponibilidad de los espacios vacíos en el polímero y la afinidad
polímero-agua. La disponibilidad de espacios vacíos depende de la
microestructura del polímero, morfología, y densidad de entrecruzamiento, las
cuales son funciones del grado de curado, estequiometria, rigidez de la cadena
molecular y densidad de la energía cohesiva del polímero. La afinidad polímero-
agua está relacionada a la presencia de puentes de hidrógeno situados a lo largo
de la cadena del polímero, el cual crea fuerzas de atracción entre el polímero y las
moléculas de agua. Las moléculas de agua están libres para moverse a través de
los espacios vacíos, o volumen libre. El agua llena el volumen libre, que no causa
cambios dimensionales en el polímero. En contraste, las moléculas de agua que
están sujetas a la cadena del polímero vía puentes de hidrógeno, inducen
hinchamiento, y plastifican el polímero. En un material compuesto elaborado de
fibras de carbón y resina epóxica, se tiene una absorción preferencial por la matriz
epóxica ya que las fibras de carbón son esencialmente hidrofóbicas y no
presentan absorción de agua. Esta absorción de agua en la matriz se traduce en
plastificación y un eventual hinchamiento, lo que origina una disminución de la
resistencia al cortante interfacial fibra/matriz [3].
11
En diversos trabajos [3-5] se ha observado la fractura de estos materiales
mediante el uso del microscopio electrónico de barrido (SEM), para determinar el
sitio de iniciación de la fractura a fin de tener una mejor comprensión de la
magnitud y propagación del daño.
En este trabajo se estudió la cinética de absorción del agua de mar y agua
destilada y su efecto en las propiedades mecánicas de un material compuesto
laminado unidireccional de fibra de carbón/resina epóxica. Los materiales
estudiados son representativos de los materiales compuestos utilizados en las
plataformas marinas y en tuberías de conducción de gases y petróleo.
1.1 Alcance de la tesis
A través del presente proyecto de investigación, se estudiará el efecto de la
absorción de agua de mar en un material compuesto de fibra de carbón/resina
epóxica en las propiedades mecánicas expuestos a medios acuosos. Este estudio
se realiza con el propósito de verificar los cambios en las propiedades
estequiometricas, microestructurales y mecánicas del material, a fin de generar
conocimiento relevante sobre los efectos de la absorción de agua de mar en
materiales compuestos de carbón-matriz polimérica debido al efecto sinérgico de
diferentes condiciones hígricas, empleando ensayos de tensión para determinar el
comportamiento mecánico. Lo anterior con el propósito de fortalecer el uso de
estos materiales como materiales de refuerzo en ductos de conducción de
petróleo y gases en el ambiente marino.
12
1.2 Resumen
En este trabajo, se estudió la capacidad de absorción y el desempeño mecánico
de un material compuesto laminado unidireccional de fibra de carbón y resina
epóxica sumergido en dos ambientes hígricos, agua de mar natural y para tener
una comparación también se estudió el efecto de la absorción de agua destilada.
Los especímenes fueron sumergidos en agua de mar y destilada a temperatura
ambiente (25°), y monitoreados gravimétricamente durante 170 días. Los
resultados experimentales revelan una capacidad de absorción similar en
materiales compuestos sumergidos en agua de mar y en agua destilada. La
absorción de agua presenta un comportamiento descrito por la ley de Fick. La
disminución de propiedades mecánicas debido a la absorción de agua fue
examinada a través de ensayos mecánicos a tensión efectuados a determinados
periodos de absorción de agua. Los materiales estudiados son representativos de
los materiales compuestos utilizados en las plataformas marinas y en tuberías de
conducción de gases y petróleo. Se espera tener una mejor comprensión de la
magnitud del daño y de los mecanismos de degradación por la absorción de agua
de mar.
13
1.3 Objetivos
1.3 1 Objetivo general
Estudiar los efectos de la absorción de agua de mar y agua destilada en las
propiedades mecánicas de materiales compuestos de fibra de carbón-matriz
epóxica.
1.3.2 Objetivos específicos
Preparar probetas de materiales compuestos laminados para absorción de
agua de mar natural y agua destilada.
Determinar la fracción de volumen de fibra en el material compuesto.
Determinar los parámetros que predominan el proceso de absorción de
agua y su relación con la estructura del material.
Evaluar el efecto de la absorción de agua de mar natural y agua destilada
sobre las propiedades mecánicas.
Estudio de la variación de las propiedades mecánicas del material
compuesto en función del contenido en agua.
1.4 Hipótesis
La absorción de agua de mar en materiales compuestos de fibra de carbón y
resina epóxica degradan las propiedades microestructurales y mecánicas del
material compuesto.
14
1.5 Justificación
Los materiales compuestos de alto rendimiento están siendo cada vez más
utilizados en la industria marina en aplicaciones estructurales desplazando a los
materiales tradicionales. Es notable que materiales compuestos de matriz orgánica
son a menudo sometidos a la humedad, agua y ambientes de temperatura, donde
los efectos del medio ambiente pueden conducir a la degradación de los
materiales compuestos y la consiguiente pérdida de las propiedades mecánicas,
por lo que, los temas pertinentes a las cuestiones del rendimiento y la durabilidad
de los materiales compuestos en presencia de humedad son de gran importancia.
Una aplicación de los materiales compuestos de fibra de carbón y resina epóxica
es en la reparación de tuberías de conducción de gases y petróleo, a fin de
contrarrestar el deterioro causado por los factores específicos del medio. Por tal
motivo, es significativo desarrollar una mejor comprensión de la magnitud y
mecanismos de degradación en agua de mar y agua destilada de los materiales
compuestos de fibra de carbón y resina epóxica a fin de generar nuevo
conocimiento sobre esta temática.
15
CAPÍTULO II. CONCEPTOS FUNDAMENTALES
2.1 Materiales compuestos
La mayoría de las tecnologías modernas requiere materiales con una combinación
inusual de propiedades, imposible de conseguir con los metales, las cerámicas y
los polímeros convencionales. Esta necesidad es muy evidente en aplicaciones
espaciales, subacuáticas y en los transportes. Por ejemplo, los ingenieros
aeronáuticos solicitan, cada vez más, materiales de baja densidad que sean
resistentes y rígidos, y también resistentes al impacto, a la abrasión y a la
corrosión. Ésta es una combinación de características bastante extraordinaria.
Frecuentemente, los materiales más resistentes son relativamente densos;
además, un incremento de la resistencia y de la rigidez se traduce generalmente
en una disminución de la resistencia al impacto.
Las combinaciones de propiedades de los materiales y la gama de sus valores se
han ampliado, y se siguen ampliando, mediante el desarrollo de materiales
compuestos. Científicos e ingenieros a la hora de diseñar materiales compuestos
han combinado ciertos metales, cerámicas y polímeros para producir una nueva
generación de materiales extraordinarios [6].
La dificultad de definir un material compuesto radica en las limitaciones de tamaño
que imponemos a los constituyentes del material. En los diseños de ingeniería un
material compuesto hace referencia habitualmente a un material formado por
constituyentes en un rango de escalas que va de micro a macro, e incluso
favorece el nivel macro. Por lo cual una definición válida de material compuesto
es:
Un material compuesto es un sistema de materiales constituidos por una mezcla o
combinación de dos o más micro o macro-constituyentes que difieren en forma y
composición química y que son esencialmente insolubles entre sí [7].
16
Los materiales compuestos se obtienen al unir dos materiales para conseguir una
combinación de propiedades que nos es posible obtener en los materiales
originales. Estos compuestos deben seleccionarse para lograr combinaciones
poco usuales de rigidez, resistencia, peso, rendimiento a altas temperaturas,
resistencia a la corrosión, dureza o conductividad.
Los compuestos se pueden clasificar en tres categorías: con partículas, con fibras
y laminares dependiendo de la forma de los materiales. El concreto que es una
mezcla de cemento y grava, es un compuesto particulado; la fibra de vidrio que
contiene fibras de vidrio incrustadas en un polímero, es un compuesto reforzado
con fibras; y la madera contrachapada o triplay, que tiene capas alternas de
chapas de madera, es un compuesto laminar [8].
17
Tabla 2.1 Clasificación general de los materiales compuestos [9]
Ejemplos
Materiales compuestos
Naturales
Madera
Hueso
Bambú
Músculos y otros tejidos
Materiales microcompuestos Aleaciones metálicas: p.ej.
aceros
Termoplásticos
endurecidos: p. ej.
Poliestireno de impacto,
ABS.
Hojas para moldeo continuo
(SMC)
Termoplásticos reforzados
Macrocomposites Acero galvanizado
(Productos ingenieriles) Vigas de hormigón armado
Palas de helicópteros
Esquís
18
2.1.1 Importancia de los materiales compuestos
La importancia que bajo el punto de vista de ingeniería tienen los materiales
compuestos es que dos o más materiales distintos se combinan para formar un
material compuesto con propiedades superiores o, en algún modo más importante
que las de sus componentes considerados individualmente. Dentro de esta
categoría se incluye multitud de materiales, tales como el Kevlar, fibras de vidrio,
fibras de carbono, etcétera [7].
El material compuesto, tiene como objetivo tanto el obtener propiedades que no
pueden ser alcanzadas por ninguno de los constituyentes actuando aisladamente,
como aunar las propiedades individuales de dichos constituyentes en un solo
material
Las propiedades que suelen ser de interés en estos materiales son:
-Resistencia Mecánica - Rigidez
- Resistencia a corrosión - Resistencia a la abrasión
- Peso - Vida a fatiga
- Aislamiento térmico - Aislamiento acústico [10].
2.1.2 Aplicaciones de los materiales compuestos
Ha habido un rápido crecimiento en el uso de materiales reforzados con fibras en
aplicaciones ingenieriles en los últimos años y todo indica que esto continuará. El
rápido crecimiento se ha alcanzado principalmente por el reemplazamiento de los
materiales tradicionales, en principio los metales. Esto sugiere que, en algunos
aspectos, los materiales compuestos tienen propiedades superiores. En la tabla
2.2 se da una idea del margen de aplicación de los materiales compuestos [9].
19
Tabla 2.2 Aplicaciones de materiales compuestos reforzados con fibras en
plásticos [9].
Industria Ejemplos
Aeronáutica Alas, fuselajes, tren de aterrizaje, palas de
helicóptero.
Automóviles Piezas de carrocería, alojamientos de los
faros, parrillas, parachoques, ballestas,
bastidores de los asientos, árbol motor
Náutica Cascos, cubiertas, mástiles
Química Conducciones, recipientes, recipientes de
presión
Mobiliario y equipamiento Estanterías, armazones, sillas, mesas,
escaleras.
Eléctrica Paneles, aislantes, caja de interruptores
Deportes Cañas de pescar, palos de golf, piscinas,
esquís, canoas.
2.2 Materiales compuestos de matriz polimérica y refuerzo de fibra
La industria de los materiales compuestos, ha crecido rápidamente en los últimos
30 años con el desarrollo de materiales compuestos con fibras, comenzando con
los polímeros reforzados con fibra de vidrio (GFRP o fibra de vidrio) hasta, más
recientemente, los polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP). Su empleo
en barcos y su utilización creciente como sustitutos de metales en el trasporte
aeronáutico y terrestre son una revolución en el uso de materiales que aún sigue
en marcha.
20
Los polímeros tienen baja rigidez y son dúctiles (en un cierto intervalo de
temperaturas). Los cerámicos y los vidrios son rígidos y resistentes, pero son
catastróficamente frágiles. En los materiales compuestos con fibras se explota la
gran resistencia de los cerámicos y se evita la catástrofe: la rotura frágil de las
fibras no produce un fallo repentino, sino progresivo.
Si las fibras de un material compuesto se alinean a lo largo de la dirección de la
carga, la rigidez y la resistencia son, en líneas generales, un promedio de las de la
matriz y las fibras, ponderado por sus fracciones en volumen. Pero no todas las
propiedades de los materiales compuestos son una combinación lineal de la de los
componentes. Su gran virtud, es que con frecuencia, se gana algo extra.
Los materiales compuestos de matriz polimérica empleados en la industria
aeronáutica y de trasporte, se fabrican apilando laminados de fibra de vidrio,
carbono o Kevlar (Tabla 2.3), impregnados en una mezcla no entrecruzada de
resina y endurecedor. La resina cura tomando la forma del molde y uniéndose a
las fibras. Muchos compuestos se basan en resinas epoxicas, aunque ahora se
tiende a usar poliésteres, que son más baratos [11].
21
Tabla 2.3 Propiedades de algunas matrices y fibras [11].
Material Densidad 𝜌
(Mg m-3)
Modulo E
(GPa)
Resistencia
𝜎𝑓 (MPa)
Fibras
Carbono, tipo 1 1.95 390 2200
Carbono, tipo 2 1.75 250 2700
Celulosa 1.61 60 1200
Vidrio (tipo E) 2.56 76 1400-2500
Kevlar 1.45 125 2760
Matrices
Epoxi 1.2-1.4 2.1-5.5 40-85
Poliésteres 1.1-1.4 1.3-4.5 45-85
2.3 Matrices
La matriz rodea, protege y soporta las fibras para proteger a las fibras en
condiciones medioambientales, proteger a las fibras contra el desgaste, proteger a
las fibras frente a los esfuerzos de compresión y prevenir el pandeo de las fibras.
El tipo de matriz utilizado en la fabricación del compuesto influye, evidentemente,
en algunas de las características del producto final. Influye muy poco en las
propiedades mecánicas de tracción y flexotracción, pero, sin embargo, bastante en
las propiedades mecánicas de cortante, y, de manera notable, en las propiedades
mecánicas de compresión. Por otro lado influye también mucho en las
22
condiciones de fabricación (viscosidad, punto de fusión, temperatura de curado)
[12].
Las materias primas más usadas como matrices en los materiales compuestos
son las resinas epoxicas y poliéster con gran variedad en sus propiedades
mecánicas y químicas. Su propiedad más interesante, que les da nombre
(termoestables), es su respuesta al calor ya que no se funden al calentarlas (a
diferencia de los plásticos) si bien pierden propiedades de rigidez a partir de una
cierta temperatura por lo que este valor (hasta 300 ºC para las epoxi y 110 para
las de poliéster) representa una limitación real para su uso [10].
2.3.1 Resina Epóxica
Las resinas epoxicas son las resinas más comúnmente utilizadas. Son líquidos
orgánicos de bajo peso molecular que contienen grupos epóxido. El epóxido tiene
tres miembros en el anillo: una de oxígeno y dos átomos de carbono. La reacción
de epiclorohidrina con fenoles o aminas aromáticas producen la mayoría de las
resinas epoxicas. Endurecedores y plastificantes, también se añaden para
producir resinas epoxi con una amplia gama de propiedades de viscosidad,
resistencia al impacto y a la degradación.
Aunque las resinas epoxi es más costoso que otros matrices poliméricas, es la
matriz de los materiales compuestos polímeros más populares. Más de dos tercios
de las matrices poliméricas utilizadas en aplicaciones aeroespaciales son basadas
en resinas epoxicas [13].
La química de las resinas epoxicas está basada en la capacidad del radical
epóxido, para reaccionar con un amplio rango de otros radicales orgánicos y
efectuar enlaces cruzados sin la aparición de un producto condensado. Las
resinas son disfuncionales o polifuncionales, en términos del grupo epóxido, y
23
pueden estar basadas en estructuras alifáticas o estructuras aromáticas, en forma
de columna vertebral. De hecho, la mayoría de las resinas utilizadas para
procesos de laminación son aromáticas pero algunas veces mezcladas con
material alifático. Las resinas basadas en material alifático son frecuentemente la
base de los adhesivos o los sistemas de recubrimiento, donde su flexibilidad
mejorada es ventajosa. En general las resinas aromáticas dan superiores
prestaciones en los materiales compuestos. La resina se cura por reacción con un
agente de curado y la reacción a menudo se controla mediante el uso de
catalizadores y aceleradores. Los sistemas de resinas comerciales son a menudo
una mezcla compleja de resinas, agentes de curado, catalizadores/aceleradores,
modificadores termoplásticos, y otros aditivos. De este modo estas resinas pueden
estar adaptadas para reunir los requerimientos, a menudo conflictivos, de altas
prestaciones y facilidad de procesado.
El principal desafío en la formulación de resinas epoxicas es equilibrar sus
prestaciones a elevada temperatura, especialmente la resistencia a la tracción (en
caliente o húmedo) del material compuesto, con su dureza y tolerancia al daño
medida mediante una compresión después de ensayo de impacto. Al mismo
tiempo, se debe mantener una adecuada procesabilidad del material. Los sistemas
basados en la reacción del tetraglicidal metileno dianilina (TGMDA) con diamino
difenil sulfato, dan lugar a una resina curada una elevada temperatura de
transición vítrea pero una inaceptable fragilidad. Los sistemas actuales de altas
prestaciones pueden estar basados en similares ingredientes principales pero con
adición de termoplásticos funcionalizados (polisulfatos, poliéster sulfatos, o
poliimidas) y otros aditivos. Esto da lugar a la formación de complejas estructuras
dobles en la resina curada formadas por dominios interpenetrantes de fases ricas
en termoestables y fases ricas en termoplásticos. Utilizando esta tecnología, se
puede obtener un equilibrio muy favorable entre la resistencia a tracción, la
tolerancia al daño después de un ensayo de impacto y la procesabilidad del
material.
24
Las resinas epoxicas son termoendurecibles que contienen en su molécula dos o
varias funciones epoxídicas o glícidicas. La resina epoxi mas típica es el diglicidil-
eter del bisfenol A (DGEBA).
La dureza de las resinas epoxicas es superior a las resinas de poliéster y, por ello,
pueden operar a temperaturas más altas. Tiene buena adherencia a muchos
sustratos, baja contracción durante la polimerización y son resistentes a los
ataques de álcali. Esto permite moldeos de alta calidad, con buena tolerancia
dimensional, para ser fabricado.
Las resinas epoxicas se caracterizan por tener baja retracción, un buen
comportamiento a temperatura elevada, hasta 180°C, y una buena resistencia a
los agentes químicos.
Las resinas epoxicas son versátiles y pueden ser usadas en una gran variedad de
aplicaciones. La formulación de la resina debe satisfacer los requerimientos de
fabricación y cumplir unas características mecánicas determinadas. Se pueden
distinguir las resinas para laminado, las resinas epoxicas para laminado, en
general, deben tener una baja viscosidad porque normalmente se usan para
fabricar impregnados a temperatura ambiente. El componente epóxico es
predominantemente Bisfenol A con un diluyente para reducir la viscosidad [14].
La resina epóxica es la de mayor precio, pero también la de mejores propiedades.
Presenta una gran capacidad para adherirse a la mayoría de las superficies, y, en
consecuencia, al igual que pasa con las resinas fenólicas, permite unos
porcentajes muy altos de refuerzo. Es completamente diferente a las resinas de
poliéster y exige una preparación mucho más estricta durante su uso. Mientras
que en las resinas de poliéster el porcentaje de catalizador no es excesivamente
importante, variando con el mismo la velocidad de reacción, con las resinas epoxi
es necesario el uso de balanzas de precisión para la dosificación del catalizador,
siendo necesario cambiar el tipo del mismo cuando quiera variarse la velocidad de
reacción. Son más seguras al no ser tan inflamables y más tenaces al tener una
25
alta capacidad de alargamiento. También existe en el mercado una alta gama de
tipos de resinas epóxicas.
Las principales propiedades de los compuestos realizados a base de resinas
epoxicas son las siguientes:
- Excelentes propiedades del compuesto en general.
- Baja retracción durante el curado.
- Buen comportamiento a temperaturas elevadas, hasta 180 °C.
- Buena resistencia y estabilidad ante los agentes químicos y disolventes.
- Ausencia de volátiles durante el curado.
- Muy buenas propiedades eléctricas.
- Buena adhesión a casi todas las fibras.
- Largo tiempo de curado.
- Coste relativamente alto [13].
La principal utilización de las resinas epóxicas es como materiales de
recubrimiento superficial que combinan la tenacidad, flexibilidad, adhesión y
resistencia química en grado casi sin parar.
Las resinas epóxicas pueden emplearse tanto en técnicas de moldeo como de
laminado para hacer artículos reforzados con fibra de vidrio con mejor resistencia
mecánica, resistencia química y propiedades eléctricas aislantes que las obtenidas
con poliésteres insaturados.
Otros usos importantes incluyen pavimentos industriales, adhesivos y soldaduras,
espumas, materiales para superficies y reparación de autopistas y estabilizadores
para resinas fenólicas [15].
26
2.3.2 Resinas de Poliéster
La resina de poliéster es la más usada, su obtención industrial da lugar a un
compuesto sólido, que hay que disolver para obtener la fluidez suficiente a fin de
que la impregnación de las fibras sea posible, por lo que se suministra disuelta en
estireno, que va a participar en la reticulación. Suele venir mezclada con un
acelerador que ayuda al catalizador a descomponerse y pueda comenzar así la
reacción química de reticulación.
Hay muchos tipos de resinas de poliéster comercializadas, para muy diferentes
clases de aplicaciones, pudiéndose conseguir compuestos con distintas
calificaciones de resistencia al fuego, compuestos con una alta resistencia a los
rayos U.V. y a la humedad, con mayor resistencia química, con una resistencia
más alta al impacto, con resistencia a altas temperaturas (hasta 140 °C), etc. El
uso de distintas clases de catalizadores y aceleradores aumenta las posibilidades
de aplicaciones de estas resinas.
Los compuestos realizados con las resinas de poliéster responden a las siguientes
propiedades:
Baja viscosidad, buena trabajabilidad.
Tiempo de curado rápido.
Muy alta contracción durante el curado.
Gran rango de aplicaciones debido a los diferentes tipos de resinas de
poliéster que pueden conseguirse.
Posibilidades de curado tanto a temperatura ambiente como a altas
temperaturas.
Buena resistencia eléctrica.
Magnífica relación calidad/precio.
27
Buenas propiedades del compuesto, aunque inferiores a los conseguidos
con algunas otras resinas [13].
Las propiedades más importantes de los sistemas de poliéster son la facilidad de
manejo, el curado rápido sin desprendimiento de volátiles, el color claro, la
estabilidad dimensional y en general, buenas propiedades físicas y eléctricas.
Las aplicaciones más importantes de las resinas de poliéster reforzadas con vidrio
caen dentro de las categorías siguientes: cascos de barcos, cuya popularidad ha
crecido espectacularmente; transportes, incluyendo piezas y carrocerías para
automóviles y cabinas de camión; productos de consumo, incluyendo artículos tan
disparates como maletas, sillas y cañas de pescar; bandejas, tubos y conductos;
aplicaciones eléctricas; aparatos; aplicaciones en la construcción, principalmente
en láminas y paneles, y en aplicaciones para cohetes y cúpulas de radar [15].
2.4 Materiales de refuerzos
Las fibras del refuerzo han de ser fuertes, resistentes, rígidas, ligeras y con una
temperatura de fusión alta, prefiriéndose las fabricadas con materiales que tengan
limites plásticos específicos y módulos de elasticidad específicos altos. La
influencia de las fibras sobre las características totales del compuesto es definitiva.
Las propiedades del compuesto son función tanto del porcentaje como de la
orientación de las fibras.
El mayor porcentaje de las fibras incrementa la resistencia y rigidez del
compuesto, pero no debe olvidarse que el porcentaje máximo deberá estar
limitado para asegurar así que la totalidad de la superficie de las fibras quede
recubierta con el material tenaz de la matriz, este límite máximo suele
establecerse en el 80%.
28
La orientación del esfuerzo también influye de una forma determinante en las
características del compuesto, y, fundamentalmente, en su modulo de elasticidad.
Las fibras continuas y colocadas paralelas y unidireccionalmente, originan la
estructura más resistente, cuando las cargas se aplican paralelas a las fibras,
aunque con el problema de una fuerte anisotropía.
Los principales tipos de fibras utilizadas en los compuestos pueden clasificarse en
cuatro grandes grupos: vidrio, sintéticas, carbono y aramida [13].
2.4.1 Fibra de carbono
Las fibras de carbono de alta resistencia y alto modulo tienen un diámetro de 7 a
8 𝜇m y constan de pequeñas cristalitas de grafito “turbostrático” (una de las formas
alotrópicas del carbono). En un monocristal de grafito los átomos de carbono se
ordenan en redes hexagonales, como se ilustra en la figura 1, que se colocan
unas sobre otras en una secuencia ABAB… Los átomos de las capas o planos
base se mantienen unidos por enlaces covalentes muy fuertes existiendo fuerzas
débiles de Van der Waal entre las capas. Esto significa que las unidades de cristal
básicas son altamente anisotrópicas; el modulo de Young en el plano paralelo a
los ejes-a es 910 GN m-2 y el modulo de Young paralelo al eje c normal al plano
base es 30 GN m-2. El espacio entre las capas es 0,335 mm. El grafito
turbostrático se parece mucho a los monocristales de grafito excepto que los
planos de las capas no tienen empaquetamiento regular en la dirección del eje c y
que el espaciado medio entre los planos de las capas es aproximadamente 0,34
nm.
29
Figura 1. Ordenación de los átomos de carbono en capas planas de grafito.
Para obtener un alto modulo y resistencia los planos de las capas de grafito deben
estar orientados paralelamente al eje de la fibra [9].
Los materiales compuestos que se fabrican utilizando fibras de carbono para
reforzar matrices de resina plástica, como las epoxicas, se caracterizan por tener
una combinación de ligereza de peso, muy alta resistencia y elevada rigidez
(modulo de elasticidad). Estas propiedades hacen que el uso de materiales
compuestos de plástico con fibra de carbono sea especialmente atractivo para
aplicaciones aeroespaciales. Desafortunadamente, el costo relativamente alto de
las fibras de carbono limita su uso en muchas industrias, como la automotriz [7].
30
2.4.2 Fibra de vidrio
Las fibras de vidrio, se usan como refuerzo de matrices plásticos para formar
compuestos estructurales y compuestos de moldeo. Los materiales compuestos
de plástico con fibra de vidrio tienen las siguientes características favorables: alta
relación entre resistencia y peso; buena estabilidad dimensional; buena resistencia
al calor, el frio, la humedad y a la corrosión; buenas propiedades de aislamiento
eléctrico; facilidad de fabricación y costo relativamente bajo.
Los dos tipos más importantes de vidrio que se utilizan en la producción de fibra
de vidrio para compuestos son los vidrios E (eléctricos) y S (alta resistencia).
El vidrio E es el que se usa más comúnmente en fibras continuas. En esencia, el
vidrio E está hecho de cal, aluminio y borosilicato con niveles de sodio y potasio
nulos o bajos. La composición básica del vidrio E fluctúa entre 52 y 56% de SiO2,
12 a 16% de Al2O3, 16 a 25% de CaO y de 8 a 13% de B203. El vidrio E tiene una
resistencia a la tensión de 500 ksi (3.44 GPa), aproximadamente, en estado virgen
y un modulo de elasticidad de de 10.5 Msi (72.3 GPa).
El vidrio S tiene una relación entre resistencia y peso más alta y es más caro que
el vidrio E; se usa sobre todo en aplicaciones militares y aeroespaciales. La
resistencia a la tensión del vidrio S es superior a 650 ksi (4.48 GPa) y su modulo
de elasticidad es de 12.4 Msi (85.4 GPa), aproximadamente. Una composición
típica del vidrio S es de cerca de 65% SiO2, 25% Al2O3 y 10% MgO.
31
Tabla 2.4 propiedades comparativas de los hilos utilizados como fibras de refuerzo
para plásticos [7].
Propiedad Vidrio E Carbono (HT) Aramida (Kevlar
49)
Resistencia a la
tensión, ksi (MPa)
450 (3100) 500 (3450) 525 (3600)
Modulo de
tensión, Msi (Gpa)
11.0 (76) 33 (228) 19 (131)
Elongación en el
punto de ruptura
(%)
4.5 1.6 2.8
Densidad (g/cm3) 2.54 1.8 1.44
Propiedades de las fibras de vidrio. En la tabla 2.4 las propiedades de tensión y
densidad de las fibras de vidrio E se comparan con la de las fibras de carbono y
aramida. Se observa que las fibras de vidrio tienen valores más bajos de
resistencia a la tensión y modulo elástico que las fibras de carbono y aramida,
pero su elongación es mayor. La densidad de las fibras de vidrio también es más
alta que la de las fibras de carbono y aramida. Sin embargo, debido a su bajo
costo y versatilidad, las fibras de vidrio son por amplio margen las fibras que se
usan más comúnmente como refuerzo para plásticos [7].
32
2.5 Interfase fibra-matriz
El comportamiento y propiedades del material compuesto, está no sólo
condicionado por las propiedades de cada uno de los elementos aislados que se
acaban de indicar, sino también por la naturaleza y características de la interfase
que se forma entre ambos elementos. La interfase es la responsable de la
transmisión de cargas de la matriz a las fibras, lo que condiciona en gran medida
la resistencia final del material compuesto. Por supuesto que el mecanismo de
transferencia de carga es mucho más importante en los compuestos de fibra corta
debido a las concentraciones de tensión que aparecen en los extremos de la fibra.
La naturaleza de la unión fibra-matriz junto a las características aisladas de estos
dos componentes condicionan el modo de fisuración del material compuesto. Así,
cuando la interfase es muy resistente, las grietas no se propagan a lo largo de las
fibras (separando a éstas de la matriz). De esta forma el refuerzo de la fibra
permanece efectivo incluso después de que la fibra, debido a la carga externa se
haya roto en algunos puntos separados una cierta distancia a lo largo de su
longitud.
Una interfase resistente es también esencial para que el material compuesto
experimente una buena resistencia ante acciones transversales así como para una
buena defensa ante acciones de agresión ambiental.
Por contra, la tenacidad a fractura de materiales compuestos puede verse
disminuida por una unión fibra-matriz muy alta. La razón está en que esta
propiedad limita la aparición de nuevas superficies, que es uno de los mecanismos
de absorción de energía en un proceso de fractura, debido a que como se ha
comentado anteriormente las fisuras no se propagarán a lo largo de la interfase
[10].
33
2.5.1 Interfase fibra-matriz del carbono
La unión entre las fibras de carbono y las distintas matrices de polímeros es
compleja como la de las fibras de vidrio. La estructura de la superficie de las fibras
de carbono se describió anteriormente. La capa o los planos se encuentran con la
superficie libre en todos los ángulos entre 0° y 90° y la estructura real depende del
precursor, la forma de fabricación y la temperatura de tratamiento térmico final.
Así, por ejemplo, las fibras de base de PAN de alto modulo elástico tienen una
dependencia o susceptibilidad a los planos de las bases predominantemente
paralelos a la superficie.
El carbono configura una superficie altamente activa y absorbe rápidamente gases
que pueden afectar las propiedades de la superficie. Una serie de grupos
funcionales activos como –CO2H,-C–OH y –C=O puede producirse en la superficie
por tratamientos oxidantes tales como el calentamiento en oxigeno o el tratamiento
en acido nítrico y hipoclorito sódico. Los grupos se forman preferentemente en los
bordes de los planos de las bases y en los lugares con defectos en los planos de
las bases. Los grupos funcionales pueden formar uniones químicas directamente
con las resinas no saturadas y con los grupos no saturados en las resinas
termoplásticas. Para algunas aplicaciones se utiliza el silano y otros
recubrimientos.
La reactividad de la superficie es el principal contribuyente a la fuerte unión que se
asocia a la fibra de carbono. Un factor adicional es la enorme área de la superficie
específica debida a la gran cantidad de microrrugosidades de la misma. Así, habrá
un gran número de lugares para la unión química y hay una gran superficie de
contacto con la resina. Es posible incrementar la fuerza aparente de la unión
aumentando el área de la superficie específica.
Las fibras con una superficie de planos de las bases alineados paralelamente a la
superficie son más susceptibles a la rotura cohesiva que a la rotura adhesiva, a
causa de la débil unión entre planos. Se ha sugerido que alguno de los
34
tratamientos oxidantes eliminan estas capas de superficie de forma que la unión
se produce en las capas no orientadas, evitando así la rotura adhesiva de los
planos de capas débiles [9].
2.6 Resinas epoxicas reforzadas con fibra de carbono
En los materiales compuestos con fibra de carbono, las fibras contribuyen a
aumentar las propiedades de tracción en cuanto a rigidez y resistencia, mientras la
matriz sirve de soporte para el alineamiento de las fibras y contribuye al valor de la
resistencia al impacto. Las resinas epóxicas son las más habitualmente utilizadas
como matrices para fibras de carbono aunque para algunas aplicaciones también,
se utilizan otras resinas como poliimidas, polisulfuro de fenileno o polisulfonas.
Los materiales compuestos formados por matrices de resinas plásticas tales como
epoxis reforzadas con fibra de carbono se caracterizan por dar una combinación
ligera, de gran resistencia y consistencia (modulo de elasticidad). La principal
ventaja de las fibras de carbono es que poseen muy altas resistencias a la tensión
y coeficientes de elasticidad combinados con una baja densidad. Por esta razón,
los compuestos de fibra de carbono están reemplazando a los metales en algunas
aplicaciones en las que la reducción de peso es importante [7].
2.7 Generalidades sobre los materiales compuestos laminados
Un laminado es un conjunto de dos o más láminas unidas entre sí con
orientaciones cualesquiera entre ellas, por lo que en general el laminado no tendrá
direcciones principales de ortotropía [10].
35
Muchas de las propiedades de los materiales compuestos fibrosos son
fuertemente dependientes de los parámetros microestructurales tales como el
diámetro, longitud, distribución de longitudes y fracción de volumen de las fibras y
la orientación y ordenación de conjunto de las mismas. El efecto de cada
parámetro varía de una propiedad a otra. Es importante caracterizar estos
parámetros para un procesado efectivo de los materiales compuestos y para
diseño y manufactura eficiente de los componentes hechos con materiales
compuestos.
Los componentes de altas prestaciones consisten usualmente en capas o laminas
apiladas en una ordenación predeterminada para alcanzar cometidos y
propiedades óptimos. Para la predicción de las propiedades elásticas, cada lámina
puede ser considerada homogénea en el sentido de que la ordenación y fracción
de volumen de las fibras son uniformes por todas partes. Las fibras en las laminas
pueden ser continuas o de corta longitud, pudiendo estar orientadas en una o más
direcciones o distribuidas aleatoriamente en dos o tres dimensiones. Un apilado de
laminas se llama laminado. En general la disposición de las láminas es más
complicada porque los componentes tienen que satisfacer varios objetivos de
diseño diferentes [9].
Figura 2. Laminado de tres capas.
36
2.7.1 Láminas unidireccionales: fibras continuas
En una lámina unidireccional, todas las fibras están orientadas paralelamente
entre sí. En una situación ideal, y con vistas a un análisis teórico, se pueden
considerar las fibras ordenadas en un retículo hexagonal o cuadrado, teniendo
cada fibra una sección recta circular y el mismo diámetro. En la práctica las fibras
de vidrio y las orgánicas se aproximan a la sección recta circular con un acabado
superficial liso, pero las fibras de carbono aproximadamente circulares, pueden
tener superficies muy irregulares [9].
Figura 3. Laminado de fibra continua reforzado en una dirección.
Los compuestos unidireccionales son muy rígidos y resistentes en la dirección de
la fibra pero muy débiles en la dirección perpendicular, por lo que su uso se
reduce a aplicaciones en que trabajan estructuralmente como un tirante.
Generalmente las láminas reforzadas en una dirección se usan para unirlas entre
sí con orientaciones diferentes y obtener un laminado de propiedades deseadas.
En cualquier caso también se puede proceder a reforzar con fibras en dos
direcciones cuál es el caso de usar tejidos de fibra de vidrio entrelazados en
direcciones perpendiculares, lo que proporciona similares características a la
lámina en las dos direcciones [10].
37
2.7.2 Teoría general de los laminados
En el análisis de las propiedades elásticas de los laminados, se supone que las
láminas son homogéneas aunque los estudios microscópicos revelan una
evidencia considerable de microheterogeneidad. Las propiedades de las láminas
no son isotrópicas. La más importante familia de cuerpos no isotrópicos asociada
con la construcción de laminados sencillos es la de los cuerpos ortotrópicos, los
cuales tienen tres planos mutuamente perpendiculares de simetría de material,
siendo las propiedades en cualquier punto diferentes en tres direcciones
mutuamente perpendiculares. Una lámina unidireccional tiene tres planos de
simetría mutuamente perpendiculares y es por tanto ortotrópica. Una lámina de
tejido con mechas es ortotrópica y una lámina de fieltro de hebras cortadas se
supone normalmente isotrópica en el plano de la lámina [9].
2.7.3 Resistencia de los laminados
Cuando un laminado formado por una serie de laminas superpuestas y unidas
entre si es sometido a una carga, la respuesta depende de las propiedades de las
distintas laminas y de la forma en que se influyan unas a otras.
La rotura de los laminados puede relacionarse con la resistencia de las láminas.
La dificultad principal es definir lo que se entiende por resistencia ya que la rotura
completa del laminado va precedida usualmente por la rotura de láminas sueltas.
De esta forma, el laminado puede continuar soportando una carga creciente
incluso aunque se haya producido la rotura inicial. En la práctica, la “resistencia”
importante dependerá de la aplicación particular del material compuesto.
El método de trabajo para predecir la resistencia final de rotura de un laminado es
como sigue:
38
i) Para una estructura de laminado y unas condiciones de carga aplicada
dadas se calculan los esfuerzos sobre las láminas individuales para
cargas progresivamente crecientes.
ii) Los esfuerzos de las láminas se comparan con los esfuerzos de rotura
predichos utilizando los criterios de rotura descritos para casos
específicos.
iii) Cuando la carga aplicada sea lo suficientemente grande como para
satisfacer el criterio de rotura de una de las láminas, se supondrá que se
produce la rotura de esa lámina y de todas las otras láminas orientadas
de la misma manera, y que la carga soportada por esas laminas se
transfiere a las otras laminas orientadas de forma distinta. En la mayoría
de los casos la redistribución de la carga es tal que las laminas que
permanezcan sanas puedan continuar soportándola.
iv) Los esfuerzos sobre las láminas que quedan se calculan de nuevo con
posteriores incrementos de la carga hasta que el criterio de rotura se
satisfaga para otras láminas. En esta etapa puede producirse la rotura
final del laminado.
Dependiendo del número de láminas diferentemente orientadas tendrá que
repetirse este análisis. Para un laminado con solo dos orientaciones diferentes, la
rotura y separación final se producen cuando ambos conjuntos de láminas se han
roto siempre y cuando la carga aplicada sea suficiente para vencer las fuerzas de
unión interlaminar. La unión interlaminar influye también en la transición de carga
entre las láminas rotas de forma que las hipótesis de antes en (iii) no son
estrictamente correctas. Debe tenerse en cuenta también que el análisis sencillo al
que se refería (i) anteriormente para calcular los esfuerzos en las laminas supone
que las propiedades de esfuerzos-deformaciones de las laminas son lineales
hasta la rotura. Esto es razonable para las propiedades longitudinales, pero las
propiedades transversales y de cortadura pueden mostrar una no linealidad
significativa debido a la deformación plástica de la resina. Por tanto, los esfuerzos
39
no pueden predecirse directamente a partir de las deformaciones y se requieren
ecuaciones más generales [9].
La resistencia de un laminado se ve en general afectada por los siguientes
factores.
Resistencia de las láminas que lo componen
Rigideces de las láminas
Coeficiente de dilatación de las láminas
Orientación de las láminas
Espesor de las láminas
Secuencia de apilado de las láminas
Temperatura de curado [10].
2.7.4 Comportamiento micromecánico de una lámina
En el comportamiento micromecánico de una lámina son importantes los
parámetros de rigidez, los coeficientes de expansión térmica y de humedad de los
componentes individuales del material compuesto, la fracción de volumen de fibras
y de matriz, cuya comprensión de la relación de estos factores determinan el
desempeño del material en ciertas aplicaciones estructurales [13].
En el análisis micromecánico se reconoce la existencia de dos componentes: fibra
y matriz aunque sin considerar la estructura interna de cada uno de ellos. El
objetivo de este análisis sería, por ejemplo, el de definir las propiedades de una
lámina homogénea y ortótropa que se comportara de forma equivalente, desde el
punto de vista mecánico, que la lámina real de material compuesto formada por
una cierta distribución de fibras embebidas en una matriz.
40
Para efectuar esta equivalencia es preciso realizar algunas hipótesis adicionales
que permitan calcular unas propiedades representativas de la lámina a partir de
las propiedades de los componentes y del porcentaje de ellos existente en el
compuesto [9].
2.8 Mecanismos de absorción de agua en materiales compuestos
Se ha propuesto [2] que hay tres modos de absorción: 1) la disolución del agua en
la mayor parte de la red de polímero, 2) la absorción de humedad en la superficie
por los agujeros que definen el exceso de volumen libre en la estructura cristalina,
y 3) de enlace de hidrógeno entre los grupos hidrófilos del polímero y agua. Si los
dos primeros modos se producen consecutivamente, se puede observar un doble
comportamiento de absorción.
Estudios previos sobre materiales compuestos en ambientes acuosos, se han
concentrado en la cinemática de la absorción y el efecto de la humedad en las
propiedades mecánicas del material. Se ha establecido comúnmente que la
absorción de humedad inicialmente obedece la ley de Fick, sin embargo, algunos
estudios han demostrado la posibilidad de que la absorción no cumpla con esta
ley, debido al hinchamiento inducido por daño en el agrietamiento de la superficie,
la forma de despegarse la fibra / matriz y el comportamiento viscoelástico de los
polímeros. Esta desviación de la absorción de la ley de Fick es más frecuente en
compuestos poliméricos donde la absorción de la humedad no es uniforme. Las
fibras en el compuesto son esencialmente hidrofóbicas y no absorben agua. Las
resinas, por el contrario, absorben la humedad considerable, a menudo hasta en
un 5% en peso. Esta humedad se traduce en la plastificación de la resina y el
hinchamiento (swelling). Estos efectos en la interfase fibra/matriz, pueden resultar
en la pérdida de adherencia y/o formación de grietas superficiales [3].
41
2.8.1 Difusión del agua en el material compuesto
A nivel atómico, la difusión consiste en la emigración de los átomos de un sitio de
la red a otro sitio. En los materiales sólidos, los átomos están en continuo
movimiento, cambian rápidamente de posición. La movilidad atómica exige dos
condiciones: 1) un lugar vecino vacio, y 2) el átomo debe tener suficiente energía
como para romper los enlaces con los átomos vecinos y distorsionar la red durante
el desplazamiento. Esta energía es de naturaleza vibratoria. A una temperatura
determinada, alguna pequeña fracción del número total de átomos es capaz de
difundir debido a la magnitud de su energía vibratoria. Esta fracción aumenta al
ascender la temperatura.
2.8.2 Difusión por vacantes
Es un mecanismo de difusión que implica el cambio de un átomo desde una
posición reticular normal a una vacante o lugar reticular vecino vacio. Este
mecanismo recibe el nombre de difusión por vacantes. Por descontado que este
proceso necesita la presencia de vacantes y las probabilidades de la difusión de
las vacantes es la función del número de estos defectos que existan. A elevada
temperatura el número de vacantes de un metal es significativo. Puesto que en el
movimiento difusivo los átomos y las vacantes intercambian posiciones, el
movimiento de los átomos en la difusión va en sentido opuesto al de las vacantes.
La autodifusión y la interdifusión ocurren mediante este mecanismo; en la
interdifusión los átomos de soluto sustituyen a los átomos del disolvente.
42
2.8.3 Difusión intersticial
Este tipo de difusión implica a átomos que van desde una posición intersticial a
otra vecina desocupada. El mecanismo tiene lugar por interdifusión de solutos
tales como hidrogeno, carbono, nitrógeno y oxigeno, que tienen átomos pequeños,
idóneos para ocupar posiciones intersticiales. Los átomos de soluto sustitucionales
raramente ocupan posiciones intersticiales y no difunden por este mecanismo.
Este fenómeno se denomina difusión intersticial.
En la mayoría de las aleaciones, la difusión intersticial ocurre más rápidamente
que la difusión por vacantes, ya que los átomos intersticiales son más pequeños
que las vacantes y tienen mayor movilidad. Teniendo en cuenta que hay más
posiciones intersticiales vacías que vacantes, la probabilidad del movimiento
atómico intersticial es mayor que la difusión por vacantes.
2.8.4 Difusión en estado estacionario
Desde un punto de vista macroscópico, la difusión es un proceso que depende del
tiempo; la cantidad de un elemento transportado dentro de otro es una función del
tiempo. Muchas veces es necesario conocer a qué velocidad ocurre la difusión, o
la velocidad de la transferencia de masa. Normalmente esta velocidad se expresa
como un flujo de difusión (J), definido como la masa (o numero de átomos) M que
difunden perpendicularmente a través de la unidad de área de un sólido por
unidad de tiempo. La expresión matemática se puede representar por la ecuación
1:
𝐽 =𝑀
𝐴𝑡
Donde A es el área a través de la cual ocurre la difusión y t el tiempo que dura la
difusión.
(1)
43
El flujo de difusión (J) se expresa en kilogramos o átomos por metro cuadrado por
segundo (kg/m2-s o átomos/ m2-s) [6].
2.8.5 Modelo de difusión en una fase
La formulación de Shen y Springer considera un laminado compuesto por una
matriz orgánica de resina epóxica y por fibras de carbono que no absorben
humedad, cuyas dimensiones son: espesor d, longitud l y anchura w. El laminado
unidireccional con las fibras alineadas en la dirección y, con un contenido
volumétrico en fibra Vf.
Inicialmente la temperatura de T0 y la concentración C0 de agua dentro del material
es uniforme. Si se introduce el material en un ambiente húmedo con una
temperatura T y una humedad relativa ∅, inmediatamente se alcanza en la
superficie del mismo una concentración de agua c igual a la concentración de
agua en equilibrio c∞, que corresponde para el material a dicho valor de humedad
relativa ∅ a un tiempo infinito. Experimentalmente se ha observado que el
equilibrio térmico para materiales compuestos de matriz epoxica y fibra de carbono
se alcanza 106 veces más rápido que el equilibrio de agua dentro del laminado por
lo que se considera que el material esta en equilibrio térmico con el ambiente
desde el instante inicial [16].
2.8.6 Modelo de difusión en dos fases
La teoría de difusión en dos fases supone que el agua absorbida en el material
puede estar en dos fases, una donde la difusión es libre y otra en la que las
moléculas de agua tienen impedida la difusión. Para el caso de materiales
44
compuestos reforzados con fibras estas dos fases se pueden relacionar con la
difusión en el seno de la matriz y con la difusión alrededor de las fibras, en zonas
de la matriz de alto modulo, respectivamente. Por otra parte hay que considerar
que en resinas netas se ha aplicado el modelo satisfactoriamente, teniendo
entonces que relacionar la presencia de dos fases con zonas de distinta densidad
de entrecruzamiento.
A diferencia del modelo anterior, en el que a partir de dos parámetros, D
(coeficiente de difusión) y M∞ (contenido de agua en equilibrio), se podía conocer
en cualquier momento el contenido y distribución de agua en el material, en el
modelo de Lagmuir se necesitan cuatro parámetros para poder describir
completamente el proceso de absorción y difusión de agua.
Estos parámetros son el coeficiente de difusión D en la fase de libre difusión, el
contenido de humedad a tiempo infinito M∞, la probabilidad β de que las moléculas
ligadas queden libres por unidad de tiempo y la probabilidad 𝛾 que las moléculas
libres queden ligadas por unidad de tiempo [16].
2.8.7 Teorías de la plastificación
El agua absorbida en los materiales compuestos origina la plastificación de la
matriz causando un endurecimiento de la misma, esto produce una disminución
en la fuerza interfacial fibra/matriz que reduce de forma significativa la resistencia
a la tracción transversal, la resistencia al corte y la resistencia a la compresión. En
estudios previos [13] se han llevado observaciones in-situ de la fractura, mediante
el uso del microscopio electrónico de barrido (SEM), para determinar el sitio de
iniciación de fractura del material a fin de una mejor comprensión de la magnitud y
propagación del daño.
45
La disminución de la temperatura de transición vítrea (Tg), producida por la
absorción de agua en un polímero, indica que el agua actúa como un plastificante
de la estructura. Existen diversas teorías que tratan de explicar el efecto del
plastificante sobre la temperatura de transición vítrea del polímero.
Desde un punto de vista cualitativo, existen dos teorías básicas para justificar los
efectos que los plastificantes provocan en los polímeros amorfos. La teoría de la
lubricidad propone que las moléculas de plastificante actúan como lubricante
facilitando el movimiento de las cadenas poliméricas. La teoría del gel considera la
resistencia a la deformación de las cadenas poliméricas como una consecuencia
de la estructura de gel que se forma mediante uniones polares más o menos
fuertes entre las cadenas del polímero. El plastificante actúa rompiendo estas
uniones y solvatando los grupos polares de modo que no pueden interaccionar
entre sí.
Para predecir cuantitativamente los cambios producidos en la Tg del material por
efecto de la absorción de humedad se han desarrollado varios modelos. Las
relaciones cuantitativas desarrolladas para predecir el efecto de la absorción de
agua en la Tg del polímero han de ser aplicadas considerando que los materiales
han alcanzado una distribución uniforme y estable de humedad [16]
46
CAPÍTULO III. METODOLOGÍA
3.1 Materiales
3.1.1 Laminado de fibra de carbón
Para este estudio se usaron laminados unidireccionales de matriz polimérica
epóxica reforzados con fibras de carbono fabricados mediante proceso de
pultrusión, suministradas por la empresa Sika®.
Las principales propiedades físicas y mecánicas del laminado, proporcionadas por
el fabricante se muestran en la siguiente tabla:
Tabla 3.1 Propiedades del laminado unidireccional.
Propiedades físicas
Ancho (cm) 10
Espesor (mm) 1.2
Área de la sección transversal (cm2) 1.2
Densidad (gr/cm3) 1.6
Contenido de fibras (%) 68
Propiedades mecánicas
Esfuerzo de tensión (MPa) 2800
Módulo de elasticidad (Mpa) 165 000
47
3.2 Equipos
3.2.1 Determinación de la fracción volumétrica de fibras
Para conocer el volumen de fibras del material, se utilizó una Mufla Barnstead
Termolyne modelo 47900, de 1000 watts con un rango de operación de 100-1200
°C, operado a 110 V.
Figura 4. Mufla.
3.2.2 Propiedades Mecánicas
Las pruebas de tensión se realizaron en una máquina de pruebas universales
marca Shimadzu, modelo AG-I, equipada con una celda de carga de 100 KN. Este
tipo de máquina se utiliza para diferentes ensayos de caracterización mecánica en
materiales compuestos.
48
Figura 5. Máquina Shimadzu Modelo AG-I.
3.2.3 Corte de las probetas
Para el corte de los especímenes, se utilizó una cortadora del tipo disco de
diamante, la cual se ilustra en la siguiente figura.
49
Figura 6. Cortadora del tipo disco de diamante.
3.3 Corte de las probetas del laminado de fibra de carbón/ resina epóxica
Lo especímenes del laminado unidireccional se cortaron de acuerdo a la norma
ASTM–D 3039/D 3039M [17] de dimensiones de 250 mm x 15 mm x 1.2 mm con
una cortadora de disco de diamante de acuerdo a la norma ASTM-D3039-76 [18]
(ver figura 7).
Figura 7. Laminado unidireccional de fibra de carbón y resina epóxica.
50
Figura 8. Lote de los especímenes.
3.4 Determinación de la fracción volumétrica
La cuantificación del volumen de fibras se calculó de acuerdo al procedimiento
descrito en la norma ASTM D2584-02 [19]. El método consistió en calcinar una
muestra del material estudiado en una mufla marca Barnstead Termolyne, a una
temperatura de 550°C por un lapso de 20 minutos, hasta tener solamente fibras,
posteriormente con el valor registrado de las fibras resultantes, se calculó el
contenido de volumen de fibras con la siguiente ecuación:
𝑉𝑓 =𝜌𝑚𝑊𝑓
𝜌𝑓𝑊𝑚 +𝜌𝑚𝑊𝑓 (2)
Donde 𝑉𝑓 denota a la fracción volumétrica de las fibras, 𝑉𝑣 denota a la fracción
volumétrica de espacios vacios, 𝜌𝑚 denota a la densidad de la matriz, 𝜌𝑓 denota a
la densidad de las fibras, 𝜌𝑐 denota la densidad del material compuesto, 𝑊𝑓 denota
al peso de las fibras, 𝑊𝑚 denota al peso de la matriz y 𝑊𝑐 denota el peso del
material compuesto.
51
3.5 Acondicionamiento de las probetas en agua de mar y agua destilada
Los laminados unidireccionales de fibra de carbono y resina epóxica se dejaron en
un horno marca Terlab Corp., a 75° C por 24 horas, para eliminar la humedad
absorbida por el medio ambiente.
Posteriormente, se sumergieron en recipientes, uno agua de mar natural y otro
con agua destilada a temperatura ambiente (25° C aproximadamente). El agua de
mar se renovó cada tercer día y se extrajo de la zona de Campeche a cien metros,
aproximadamente, mar adentro. Los recipientes en los que las muestras fueron
acondicionadas se mantuvieron cubiertos, para evitar la evaporación del agua y un
consiguiente aumento de las concentraciones de sales disueltas en el agua de
mar. Los especímenes se monitorearon gravimétricamente durante 170 días
utilizando una balanza analítica de OHAUS Co., y la ganancia en peso fue
registrada [20]. El porcentaje de absorción de agua se calculó con la ecuación 3.
100 x d
dtt
W
WWM
(3)
En donde Mt representa el porcentaje de agua absorbida, W t representa el peso
de la muestra al tiempo t y Wd representa el peso de la muestra seca.
52
a) b)
Figura 9. Acondicionamiento de los especímenes. a) Agua destilada y b) Agua de
mar natural.
3.6 Acondicionamiento de los especímenes para pruebas de tensión
Los datos para el área transversal de las muestras se obtuvieron antes de llevar a
cabo la prueba, a partir de las dimensiones promedio de tres mediciones en
distintos puntos de la probeta. Los especímenes se probaron en orden aleatorio.
Un lote de ocho especímenes fue separado de cada medio acuoso. Las muestras
fueron ligeramente secadas y sus dimensiones fueron medidas con un vernier
digital de Mitutoyo Co. Para las pruebas de tensión, los extremos de las probetas
fueron acondicionadas con tiras de aluminio o “Tabs”, de 56 mm de longitud, 15
mm de ancho, y 3 mm de espesor, de acuerdo a la norma ASTM–D 3039/D
3039M [17]. La unión de los tabs a las probetas se realizó con un adhesivo
epóxico comercial, el cual presenta una alta resistencia mecánica. El tiempo
necesario para el curado de este adhesivo fue de 30 minutos a 25 °C. Durante el
53
pegado de los tabs de aluminio a las probetas, las áreas en contacto fueron
ligeramente lijadas para evitar posibles desprendimientos de los mismos en las
probetas y limpiadas con alcohol isopropilico, con el fin de eliminar residuos de
grasa que afecten las uniones. Las muestras listas para las pruebas de tensión se
mantuvieron en bolsas herméticamente selladas a fin de evitar la pérdida de agua
absorbida.
Figura10. Acondicionamiento de especímenes.
3.7 Pruebas de Tensión
Las pruebas mecánicas se realizaron en una máquina de pruebas universales
marca Shimadzu modelo AG-I, a una velocidad de carga del cabezal de 2 mm/min
y con una temperatura aproximada de 25 °C.
54
Figura 11. Prueba de tensión.
Se ensayaron ocho probetas secas del material compuesto para obtener el valor
de referencia, así como ocho probetas de agua de mar y de agua destilada con
determinados porcentajes de absorción, cada prueba generó información de carga
y desplazamiento que fue convertida a valores de esfuerzo y deformación para
cuantificar el comportamiento mecánico del material.
55
Tabla 3.2 Relación de las pruebas mecánicas y el tiempo de inmersión de los
especímenes.
Denominación Tiempo (días)
Prueba 0 0
Prueba 1 15
Prueba 2 30
Prueba 3 45
Prueba 4 90
Prueba 5 150
56
a) b)
CAPÍTULO IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES
4.1 Laminados
4.1.1 Fracción volumétrica
La fracción de volumen de fibras en el material compuesto estudiado fue del 50%,
se observa que el valor experimental se encuentra cercano al teórico que es del
68%. Por otra parte, tomando en cuenta que fracción de volumen de fibras es un
factor determinante en la resistencia del material, por lo cual, un valor mayor o
menor determina si el material compuesto es eficaz es ciertas aplicaciones.
a) b)
Figura 12. Calcinación del material compuesto. a) Muestra sin calcinar y b)
Muestra calcinada.
57
4.1.2 Exposición en agua destilada y en agua de mar
El aumento de la ganancia en peso durante el proceso de absorción de agua es
un parámetro importante que está relacionado al cambio en el desempeño
mecánico en el material compuesto. En la figura 13 se presentan los resultados de
las mediciones de absorción registradas en los materiales compuestos sumergidos
en agua de mar y agua destilada a temperatura ambiente. Es evidente de estos
resultados que no existe diferencias significativas en el porcentaje de absorción de
agua en el material compuesto laminado. Las muestras sumergidas en agua de
mar como en agua destilada presentaron altas velocidades de absorción en los
primeros días de inmersión. Esta velocidad de absorción fue menor en la medida
que las muestras permanecieron más tiempo sumergidas.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 900.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
días
Agua Destilada
Agua de Mar
Abs
orci
on d
e ag
ua (
%)
Tiempo
Figura 13. Isoterma de absorción de materiales compuestos sumergidos a agua de
mar y agua destilada.
58
Diferentes autores [21, 22] han reportado que la absorción de agua en materiales
compuestos poliméricos es atribuido a que, primero el agua absorbida ocupa el
volumen libre, es decir, las moléculas no-enlazadas están contenidas en el
volumen libre y son relativamente libres de viajar a través de cavidades y no
causan hinchamiento. Posteriormente, el agua llega a enlazarse en la red,
causando hinchamiento, el cual, cuando es inducido por la absorción de agua
puede reducir la unión mecánica entre la fibra y la matriz que se genera durante el
enfriamiento debido a la diferencia en expansión térmica entre los dos materiales
constituyentes. De este modo, el hinchamiento podría causar cambios
significativos en el estado de esfuerzos internos en la región interfacial.
Finalmente, el agua entra a las regiones densamente entrecruzadas.
Esta absorción de agua observada en el sistema resina epóxica-fibra de carbón
puede ser atribuida en gran medida a la afinidad del agua por grupos funcionales
específicos de la resina epóxica curada, de naturaleza altamente polar, ya que el
agua es una molécula altamente polar, y la interacción del agua con el grupo epoxi
incrementa la absorción y retarda la cinética del transporte [23].
Resultados similares fueron obtenidos por Bradley Walter L. et al. [24], su estudio
se basó en el efecto de la exposición a agua de mar en materiales compuestos
poliméricos reforzados con fibras, analizando el comportamiento mecánico de
estos materiales cuando son sometidos en ambientes marinos. Los principales
resultados concluyen con el efecto degradante del agua de mar en las
propiedades mecánicas de dichos compuestos.
59
4.1.3 Variación de las propiedades mecánicas en función del contenido en
agua
Las resistencias a la tensión (RT) de las muestras sumergidas en agua de mar y
agua destilada se muestran en la figura 14. Los resultados muestran una clara
tendencia a disminuir la resistencia en los dos casos. En los especímenes
sumergidos en agua destilada presentaron una disminución rápida en su RT,
mientas que en las muestras sumergidas en agua de mar se observó una
disminución más lenta. La pérdida en RT en muestras sumergidas en agua
destilada fue de 74% mientras que aquellas sumergidas en agua de mar fue del
47%.
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
400
800
1200
1600
2000
2400
2800
Agua destilada
Agua de mar
Re
sis
ten
cia
a la
te
nsio
n (
MP
a)
Absorcion de agua (%)
Figura 14. Resultado de las mediciones de resistencia a la tensión realizadas al
material compuesto después de sumergirlo a agua de mar y agua destilada.
60
La disminución de la resistencia a la tensión del material estudiado disminuye
notablemente cuando la cantidad de agua absorbida aumenta. Para la mayor
ganancia de humedad, resistencia a la tracción disminuye de tal 85 MPa a 65
MPa, es decir, una pérdida de aproximadamente 23,5%. Como se muestra en la
figura 14, la disminución de la rigidez de la matriz de aproximadamente el 16,4%
es notorio después de la absorción de humedad de 0,1%. Dicha tasa de cambio es
alta durante los primeros 20 días de exposición, y luego disminuye lentamente con
el aumento de humedad más alto.
Es sabido [25] que la matriz epóxica es inerte al agua ambiental. Asimismo, los
espacios vacíos y las microgrietas que se originaron durante el procesamiento del
material, permiten que el agua penetre en el material compuesto, produciendo
cambios en la estructura de la matriz polimérica. Por otro lado, el NaCl en el
estado disuelto tiene cationes y aniones. Estos iones penetran junto con las
moléculas de agua en el material compuesto, causando daño a la matriz, y a la
interface fibra-matriz. Estos producirían deterioro en el material, resultando en una
disminución de la fuerza de tracción.
En la figura15 se presentan los resultados del módulo elástico en función del agua
absorbida. Es evidente que existe una diferencia en el comportamiento mecánico
en ambos materiales. Las muestras sumergidas en agua destilada presentaron
una súbita caída de su módulo, mientras que la pérdida en rigidez en las muestras
sumergidas en agua de mar fue más lenta.
61
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.720000
25000
30000
35000
40000
45000
50000
Agua destilada
Agua de mar
Mo
du
lo d
e e
lasticid
ad
(M
Pa
)
Absorcion de agua (%)
Figura 15. Resultado de las mediciones de módulo de elasticidad realizadas al
material compuesto después de sumergirlo a agua de mar y agua destilada.
Durante la inmersión las moléculas de H2O, O2, CO2 y Cl‾, Na+ pueden penetrar
en la matriz a través de microgrietas y/o espacios vacíos y reaccionar con la resina
epóxica y con la interface fibra-matriz. Como resultado la estructura del material
compuesto es cambiada favoreciendo la propagación de microgrietas por la matriz
y por la interfase fibra-matriz produciendo una eventual ruptura del material
compuesto. Esto significa que ha habido una reducción de la unión entre fibra y
matriz [26].
Adams et al. [27], estudiaron el efecto del agua de mar en las propiedades
mecánicas de materiales compuestos, observando diferencias en los cambios en
las propiedades mecánicas de materiales reforzados con fibra de vidrio y poliéster
así como materiales reforzados con fibra de carbono y resina epóxica,
presentando que el material reforzado con fibra de carbono era el menos afectado
62
por el efecto degradante del agua de mar, estableciendo que la reducción en el
módulo de elasticidad y la pérdida de las propiedades mecánicas son debido a la
presencia del agua absorbida dentro de la matriz del material.
4.1.4 Modo de fallo del laminado unidireccional
Los especímenes ensayados a tensión presentaron fallas del tipo DGM, SGM de
acuerdo a la clasificación establecida por la norma como se ilustra en la figura 16.
63
Figura 16. Clasificación del modo de falla establecido por la norma ASTM–D
3039/D 3039M [17].
64
a) b)
c) d)
Figura 17. Modo de fallo de especímenes sumergidos en agua destilada. a) 0%, b)
0.18%, c) 0.35 % y d) 0.61% de absorción respectivamente.
En la figura 17 se observa la forma de falla de los materiales compuestos
sumergidos en agua destilada. En esta figura se observa que a bajos porcentajes
de absorción el material compuesto sufrió una falla frágil (ver figura 17a). En la
medida que el material absorbió mas aguas el material presentó una falla
interfacial (ver figura 17d)
65
a) b)
c) d)
Figura 18. Modo de fallo de especímenes sumergidos en agua de mar. a) 0%, b)
0.21%, c) 0.36 % y d) 0.59% de absorción respectivamente.
En la figura 18 se observa la forma de falla de los materiales compuestos
sumergidos en agua destilada. Estos materiales fallaron de manera similar a
aquellos sumergidos en agua destilada. En esta figura se observa que a bajos
porcentajes de absorción el material compuesto sufrió una falla frágil (ver figura
18a). En la medida que el material absorbió mas aguas el material presentó una
falla interfacial (ver figura 18d).
66
CAPÍTULO V. CONCLUSIONES Y REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
5.1 Conclusiones
En este trabajo se investigó experimentalmente el efecto del agua de mar y agua
destilada en las propiedades mecánicas. Independientemente del tipo de agua al
que se sumergió al material compuesto laminado, los porcentajes de absorción
obtenidos fueron muy similares.
La pérdida en resistencia a la tensión fue más drástica en los materiales
compuestos laminados inmersos en agua destilada. Asimismo, el módulo de
elasticidad siguió una tendencia similar a los resultados de la resistencia a la
tensión. Los materiales inmersos en agua destilada presentaron una disminución
mucho más rápida en su módulo mientras que aquellos inmersos en agua de mar
sufrieron una disminución mucho más lenta.
Después la inmersión en agua de mar y agua destilada, la disminución de las
propiedades mecánicas del material estudiado ha sido por el agua absorbida a
través de los mecanismos de la hidrólisis y la plastificación en la interface fibra-
matriz, los cuales inducen a una pérdida de adherencia interfacial originando que
el material se deteriore.
67
5.2 Bibliografía
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