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ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI)

INGENIERO INDUSTRIAL

ESTUDIO DE PROPIEDADES MECÁNICAS EN COMPOSITES DE MATRIZ POLIMÉRICA

(PMC) CARGADOS CON NANOPARTÍCULAS DE SÍLICA

Autor: Ignacio Molina Pedregal Director: Dr. Joaquín Darío Tutor Sánchez

Madrid Mayo 2013

1

AUTORIZACIÓN PARA LA DIGITALIZACIÓN, DEPÓSITO Y DIVULGACIÓN EN ACCESO

ABIERTO ( RESTRINGIDO) DE DOCUMENTACIÓN

1º. Declaración de la autoría y acreditación de la misma.

El autor D. Ignacio Molina Pedregal, como estudiante de la UNIVERSIDAD PONTIFICIA

COMILLAS (COMILLAS), DECLARA

que es el titular de los derechos de propiedad intelectual, objeto de la presente cesión, en

relación con la obra “Estudio de propiedades mecánicas en Composites de Matriz Polimérica

(PMC) cargados con nanopartículas de sílica” (Proyecto Fin de Carrera), que ésta es una obra

original, y que ostenta la condición de autor en el sentido que otorga la Ley de Propiedad

Intelectual como titular único o cotitular de la obra.

En caso de ser cotitular, el autor (firmante) declara asimismo que cuenta con el

consentimiento de los restantes titulares para hacer la presente cesión. En caso de previa

cesión a terceros de derechos de explotación de la obra, el autor declara que tiene la oportuna

autorización de dichos titulares de derechos a los fines de esta cesión o bien que retiene la

facultad de ceder estos derechos en la forma prevista en la presente cesión y así lo acredita.

2º. Objeto y fines de la cesión.

Con el fin de dar la máxima difusión a la obra citada a través del Repositorio institucional de la

Universidad y hacer posible su utilización de forma libre y gratuita ( con las limitaciones que

más adelante se detallan) por todos los usuarios del repositorio y del portal e‐ciencia, el autor

CEDE a la Universidad Pontificia Comillas de forma gratuita y no exclusiva, por el máximo plazo

legal y con ámbito universal, los derechos de digitalización, de archivo, de reproducción, de

distribución, de comunicación pública, incluido el derecho de puesta a disposición electrónica,

tal y como se describen en la Ley de Propiedad Intelectual. El derecho de transformación se

cede a los únicos efectos de lo dispuesto en la letra (a) del apartado siguiente.

3º. Condiciones de la cesión.

Sin perjuicio de la titularidad de la obra, que sigue correspondiendo a su autor, la cesión de

derechos contemplada en esta licencia, el repositorio institucional podrá:

(a) Transformarla para adaptarla a cualquier tecnología susceptible de incorporarla a internet;

realizar adaptaciones para hacer posible la utilización de la obra en formatos electrónicos, así

como incorporar metadatos para realizar el registro de la obra e incorporar “marcas de agua”

o cualquier otro sistema de seguridad o de protección.

2

(b) Reproducirla en un soporte digital para su incorporación a una base de datos electrónica,

incluyendo el derecho de reproducir y almacenar la obra en servidores, a los efectos de

garantizar su seguridad, conservación y preservar el formato. .

(c) Comunicarla y ponerla a disposición del público a través de un archivo abierto institucional,

accesible de modo libre y gratuito a través de internet.1

(d) Distribuir copias electrónicas de la obra a los usuarios en un soporte digital. 2

4º. Derechos del autor.

El autor, en tanto que titular de una obra que cede con carácter no exclusivo a la Universidad

por medio de su registro en el Repositorio Institucional tiene derecho a:

a) A que la Universidad identifique claramente su nombre como el autor o propietario de los

derechos del documento.

b) Comunicar y dar publicidad a la obra en la versión que ceda y en otras posteriores a través

de cualquier medio.

c) Solicitar la retirada de la obra del repositorio por causa justificada. A tal fin deberá ponerse

en contacto con el vicerrector/a de investigación ([email protected]).

d) Autorizar expresamente a COMILLAS para, en su caso, realizar los trámites necesarios para

la obtención del ISBN.

d) Recibir notificación fehaciente de cualquier reclamación que puedan formular terceras

personas en relación con la obra y, en particular, de reclamaciones relativas a los derechos de

propiedad intelectual sobre ella.

5º. Deberes del autor.

1 En el supuesto de que el autor opte por el acceso restringido, este apartado quedaría redactado en los

siguientes términos:

(c) Comunicarla y ponerla a disposición del público a través de un archivo institucional, accesible de

modo restringido, en los términos previstos en el Reglamento del Repositorio Institucional

2 En el supuesto de que el autor opte por el acceso restringido, este apartado quedaría eliminado.

3

El autor se compromete a:

a) Garantizar que el compromiso que adquiere mediante el presente escrito no infringe ningún

derecho de terceros, ya sean de propiedad industrial, intelectual o cualquier otro.

b) Garantizar que el contenido de las obras no atenta contra los derechos al honor, a la

intimidad y a la imagen de terceros.

c) Asumir toda reclamación o responsabilidad, incluyendo las indemnizaciones por daños, que

pudieran ejercitarse contra la Universidad por terceros que vieran infringidos sus derechos e

intereses a causa de la cesión.

d) Asumir la responsabilidad en el caso de que las instituciones fueran condenadas por

infracción de derechos derivada de las obras objeto de la cesión.

6º. Fines y funcionamiento del Repositorio Institucional.

La obra se pondrá a disposición de los usuarios para que hagan de ella un uso justo y

respetuoso con los derechos del autor, según lo permitido por la legislación aplicable, y con

fines de estudio, investigación, o cualquier otro fin lícito. Con dicha finalidad, la Universidad

asume los siguientes deberes y se reserva las siguientes facultades:

a) Deberes del repositorio Institucional:

‐ La Universidad informará a los usuarios del archivo sobre los usos permitidos, y no garantiza

ni asume responsabilidad alguna por otras formas en que los usuarios hagan un uso posterior

de las obras no conforme con la legislación vigente. El uso posterior, más allá de la copia

privada, requerirá que se cite la fuente y se reconozca la autoría, que no se obtenga beneficio

comercial, y que no se realicen obras derivadas.

‐ La Universidad no revisará el contenido de las obras, que en todo caso permanecerá bajo la

responsabilidad exclusiva del autor y no estará obligada a ejercitar acciones legales en nombre

del autor en el supuesto de infracciones a derechos de propiedad intelectual derivados del

depósito y archivo de las obras. El autor renuncia a cualquier reclamación frente a la

Universidad por las formas no ajustadas a la legislación vigente en que los usuarios hagan uso

de las obras.

‐ La Universidad adoptará las medidas necesarias para la preservación de la obra en un

futuro.

b) Derechos que se reserva el Repositorio institucional respecto de las obras en él registradas:

‐ retirar la obra, previa notificación al autor, en supuestos suficientemente justificados, o en

caso de reclamaciones de terceros.

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INGENIERO INDUSTRIAL

ESTUDIO DE PROPIEDADES MECÁNICAS EN COMPOSITES DE MATRIZ POLIMÉRICA

(PMC) CARGADOS CON NANOPARTÍCULAS DE SÍLICA

Autor: Ignacio Molina Pedregal Director: Dr. Joaquín Darío Tutor Sánchez

Madrid Mayo 2013

RESUMEN

IntroducciónElpresenteProyectoFinaldeCarrerasecentraenelestudioydeterminación,

atravésdeunaseriedeensayos,dealgunasde laspropiedadesmecánicasdeunnanocomposite de matriz polimérica. En concreto, el nanocomposite será unaresina epoxi cargada con nanopartículas de dióxido de silicio, que actuará comocomponente de refuerzo, siendo la resina epoxi la que actúe como componentematriz conteniendo al dióxido de silicio. Los ensayos que se realizarán en eltranscurso del Proyecto serán los de cavitación, ensayo de flexión, ensayo detracciónyensayodedurezatipoShoreD.

Los composites son materiales formados por la combinación de dos

elementos, cuyas propiedadesmecánicas por separado sonmuy inferiores a lasqueposee el conjunto final. Son estas excelentes propiedadesmecánicas las quehacen que materiales más tradicionales como el acero o el hormigón se vayanviendo gradualmente sustituidos por composites que desempeñen la mismafunción pero de forma más eficaz. Un sector donde los composites estánadquiriendo una mayor importancia a medida que pasa el tiempo es el de lasaplicacionesquehacenfrentealacorrosión.Algunasestimacionesestablecenquelos costes en mantenimiento, reparación y sustitución debidos a la corrosiónmetálicasumanuntotalde300billonesdedólarestansóloenlosEstadosUnidos.A día de hoy existen composites capaces de limitar estas pérdidas aplicándoloscomorecubrimientosprotectoreseinclusocapacesdesustituirporcompletoalaspartes metálicas, adquiriendo un carácter estructural en ocasiones. Gracias a lautilizacióndeestoscompositesladurabilidadesmuchomayor,yelmantenimientosereduceconsiderablemente.

Comosehadijoconanterioridadelpolímeroquesevaausaryqueservirá

como elemento matriz será la resina epoxi. A continuación se hace un brevecomentariosobrelamisma:

ResinaepoxiSe trata de unpolímero termoestable que se endurece almezclarse conun

agente catalizador.Esteendurecimientose conoce comoprocesode curado,yescomúna lospolímeros termoestables.Generalmenterequierede laaplicacióndecalor,peroenelcasodelepoxilacuraciónseproducegraciasalcalorliberadoporlapropiareacción,pueséstaesexotérmica.

Lasaplicacionesdelepoxisonmuyvariadas,perosindudadestacandos:suaplicacióncomoprotectorfrentealacorrosiónyaldesgasteysuaplicacióncomoadhesivos entre sólidos, siendo consideradosde losmás fuertesdelmundo.MásrelacionadoconelProyectoquenosocupa,elepoxiesaplicadosobreelcascodelosbarcoscomocapaprotectora, inclusoseha llegadoautilizarenel interiordebombashidráulicasparaprotegerlasfrentealacavitación,yeséstalarazónporlaque uno de los ensayos realizados durante este proyecto es el de erosión porcavitación, puesto que nos interesará conocer cual es la variación en elcomportamientodelcompositealañadirnanopartículasdedióxidodesilicio.

ElnúcleocentraldeesteProyectoFinaldeCarrera es tanto lacreacióndel

mencionado nanocomposite (resina de epoxi con oclusión de nanopartículas dedióxido de silicio) en forma de probetas que cumplan con la norma para losdistintos ensayos como los propios ensayos en sí mismos. En los siguientesapartadossehaceunrecorridoporlostiposdeprobetasquesevanacrearyporlosensayosquesevanarealizarylosresultadosqueseesperanobtenerdecadauno de ellos y con qué propiedades mecánicas del nanocomposite estánrelacionadoscadaunodeellos:

ProbetascreadasSevanacreartrestiposdiferentesdeprobetas,unasquetansolocontengan

resina epoxi, unas segundas que estén formadas por resina epoxi y un 3% denanopartículasdedióxidodesilicioyunastercerassimilaresalasanterioresperoqueahoracontenganun5%dedióxidodesilicio.

Como se realizarán distintos tipos de ensayos, distintos tipos de probetas

seránnecesarios.Enconcreto, seránnecesarios tres tiposdistintos,puesaunquehaycuatroensayosdiferentes,elensayodedurezatipoShoreDsellevaráacabosobre la superficie de las probetas destinadas a flexión antesde que lasmismashayan sido ensayadaspara flexión. Los ensayosde cavitaciónposeeránprobetaspropiascomolasquesemuestranacontinuación:

Cavitación Flexión Tracción

EnsayosrealizadosEnsayodecavitaciónLa dinámica del ensayo de cavitación es la que sigue: la probeta se pesa

inicialmente,despuésseintroduceenelaguaysemantienecavitandodurantediezminutos.Pasadosestos10minutossesacadelagua,sesecaparaeliminarelaguaque se haya podido quedar ocluida en las cavidades y se pesa, obteniendo lapérdida de masa que se ha producido en esos diez minutos que ha estadocavitando. Se vuelve a introducir en el agua y se realiza un nuevo ciclo de diezminutos, el proceso se repite de igual forma hasta que la tasa de erosión seestabiliza en torno a un valor. Los resultados característicos que devuelve esteensayosonlaerosiónacumulada,latasadeerosión,latasadeerosiónmáxima,latasadeerosiónterminalyeltiempodeincubación.

Losresultadossedevolveránenformadetablasydegráficasqueincluyanla

erosiónacumuladaylatasadeerosiónenfuncióndeltiempo.EnsayodeflexiónEnesteensayo,queseutilizadaparaconocercuálseráelcomportamientodel

compuesto ante esfuerzos de flexión, la probeta semantiene apoyada sobre dospuntos,yelcabezaldelamáquinadesciendesobreelpuntocentraldelaprobeta,auna velocidad de 1mm/min. Durante todo el ensayo la máquina irá tomandoconstantemente valores de desplazamiento del cabezal y fuerza ejercida por elmismosobrelaprobetaparadeformarla.Conestosvaloresylosdatosgeométricosde la probeta se podrán obtener valores de deformación y de tensión ejercidasobreella.Entrelosresultadosobtenidosseesperaránvaloresdetensiónmáximasoportadaymódulodeflexión.

Losresultadossedevolveránenformadetablasymostrandounagráficaen

laqueserepresentelatensiónenfuncióndeladeformación.EnsayodetracciónEsteensayoesmuysimilaralensayodeflexión,peroenestecasoloquese

estudiaeselcomportamientodelnanocompositeanteesfuerzosdetracción.Estavez la probeta se sujeta con dos mordazas por sus extremos y se procede atraccionarla,teniendounavancelamordazasuperiorde1mm/min.Durantetodoelensayolamáquinairátomandoconstantementevaloresdedesplazamientodelamordaza y fuerza ejercida por la misma sobre la probeta para deformarla. Conestosvaloresy losdatosgeométricosdelaprobetasepodránobtenervaloresdedeformación y de tensión ejercida sobre ella. Entre los resultados obtenidos seesperarán valores de tensión máxima soportada y módulo de Young, así comodeformaciónalaquerompelaprobeta.

Losresultadossedevolveránenformadetablasymostrandounagráficaenlaqueserepresentelatensiónenfuncióndeladeformación.

EnsayodedurezatipoShoreDEsteensayo se realizarámedianteel impactode lapuntadeundurómetro,

queregistraráelvalordedurezaobtenido.Losresultadossepresentaranenformade tablas y en una gráfica que muestre la variación de dureza tipo Shore D enfuncióndelaconcentracióndenanopartículasdedióxidodesilicio.

ABSTRACT

IntroductionThisFinalProjectisfocusedinthestudyanddetermination,throughaseries

of tests, of some of the mechanical properties of a Polimeric MatrixNanocomposite. The nanocompositewill be an epoxy resin chargedwith silicondioxide nanoparticles, which will work as reinforcement component, being theepoxyresinthematrixcomponentholdingthesilicondioxidenanoparticlesinitsinside.TheteststoberunduringtheProject,willbe:cavitationtest, flexiontest,tractiontestandhardnesstypeShoreDtest.

Composites are materials made up of two components, which mechanical

properties by themselves are inferior to the ones of the final compound. It isbecauseof these excellentmechanical properties thatmore traditionalmaterialssuchassteelorconcretearebeinggraduallysubstitutedbycompositesthathavethesameusebuttheydoitinamoreaefficientway.Asectorinwhichcompositesareacquiringabiggerimportancewiththepassoftime,areapplicationsthathaveto face corrosion. According to some estimations, maintenance, fixing andsubstitutioncostsduetometalliccorrosionadduptoatotalof300billiondollarsonly in the United States of America. Nowadays, there are composites able toreduce these losses by using them as protective layer and they are even able tosubstitute all themetallic parts, acquiring by doing so structural characteristicssometimes. Thanks to these composites, durability is bigger, andmaintenance isreducedconsiderably.

As said before, the polymer to be used and that will work as matrix

componentistheepoxyresin.Inthefollowingchapterthereareafewnotesaboutit:

EpoxyresinTheepoxyresinisathermostablepolymerthatstrengthenswhenmixwitha

catalyseragent.Thisstrengtheningisknownas“curingprocess”,andit isathingthat all thermostablepolymershave in common. In general, it requires a certainamount of heat to cure, but not in the case of epoxy resin, because the curingprocessusestheheatreleasedduringtheexothermicchemicalreaction.

The applications of epoxy resin aremany, butwithout anydoubt there are

twothatstandout:itsuseasaprotectoragainstcorrosionandwear,anditsuseasan adhesive, being considered one of the strongest that exists.More relevant tothisProjectistheepoxyresinusedintheunderwaterwallsofshipsasaprotectivelayer.

It has even been used in the inside of hydraulic pumps to protect themagainst cavitation erosion, and this is the reason forwhich one of the tests runduring thisProject is thecavitationerosion test, sinceweare interested inwhatwillbethevariationofthecompositewhenweaddsilicondioxidenanoparticles.

The core of this Final Project is both the fabrication of the nanocomposite

(Epoxy resin with silicon dioxide nanoparticles within it) in the shape of thespecimensneededforthedifferenttestsandtheteststhemselves.Inthefollowingchaptersyouwillfindinformationaboutthespecimenstobecreatedandtheteststoberunandtheresultsexpectedfromeachonesandwhichmechaniclpropertiesarerelatedtowhich.

SpecimenscreatedThreedifferenttypesofspecimenswillbecreated,onetypecontainingonly

epoxy resin, other type containing epoxy resin and a 3% of silicon dioxidenanoparticles, and the last type of specimens containing a 5% of silicon dioxidenanoparticles.

Sincedifferentkindsoftestswillberun,differentkindsofspecimenswillbe

needed.Inparticular,therewillbeneededthreedifferentkinds,althoughtherearefourdifferenttests,thehardnesstypeShoreDtestwillusethespecimensmadeforflexiontestbeforerunningthislastone.Thecavitation,flexionandtractiontestswillusetheirownspecimens,asitfollows:

Cavitation Flexion Traction

TestsrunCavitationtestThewaytoproceedinthecavitationtestisthefollowing:thespecimenhasto

beweightedbeforedoinganythingelse,afterthatitisintroducedinthewaterandremainscavitatingfortenminutes.Passedthesetenminutesitistakenoutofthewater anddried in order to eliminate all thewater that could remain inside thecavities.Thenitisweightedagain,obtainingthemasslossthatoccurredinthosetenminutesthatwascavitating. It is introducedagaininthewaterandperformsanothertenminutecycle,attheendofwhichisweightedagain.Thiswholeprocessremainsthesamewayuntiltheerosionratestabilizesaroundavalue.Theresultsobtained from this test are: cumulative erosion, erosion rate,maximum erosionrate,terminalerosionrateandincubationtime.

Theresultswillbepresented inchartsandgraphs includingthecumulative

erosionanderosionrateversustime.FlexiontestIn this test, which is used to know what will be the behaviour of the

compoundagainstflexionefforts,thespecimenlaysontwopointsandtheheadofthe machine goes down on its middle part at a speed of 1mm/min. During thewhole test themachine will record constantly values of head displacement andstrength applied to the specimen. Taking into account these values and thegeometricaldataofthespecimen,theresultsfordeformationandtensilestrengthwill be calculated. The expected results include maximum tensile strength andflexuralmodulus.

The results will be presented in chars and a graph that represents tensile

strengthversusdeformation.TractiontestThistest isverysimilartotheflexiontest,but inthiscasewhatwestudyis

thebehaviourof thenanocompositewhen it faces tractionefforts.This time, thespecimenisgrabbedonitsendsandthemachinetriestoseparatethistwopoints.During the whole test the machine will record constantly values of headdisplacement and strength applied to the specimen. Taking into account thesevaluesandthegeometricaldataof thespecimen, theresults fordeformationandtensilestrengthwillbecalculated.Theexpectedresults includemaximumtensilestrength,Youngmodulusandbreakingpointofthespecimen.

The results will be presented in chars and a graph that represents tensile

strengthversusdeformation.

HardnesstypeShoreDtestThis testwill be conducted by dropping the tip of the durometer thatwill

registerthehardnessvalue.TheresultswillbepresentedincharsandagraphthatshowsthevariationofhardnesstypeShoreDversustheamountofsilicondioxidenanoparticlesincluded.

ÍNDICEDECONTENIDOS

CAPÍTULO1:INTRODUCCIÓN ....................................................................................... 9

1.1.MOTIVACIÓNPERSONAL ........................................................................................ 9 1.1.1.COMPOSITES ......................................................................................................... 9 1.1.2PROPIEDADESMECÁNICAS ................................................................................ 15 1.1.3EFECTOSADVERSOS ........................................................................................... 18 1.1.4.¿PORQUÉELUSODENANOCOMPOSITES? ..................................................... 22 1.2.OBJETIVOS ............................................................................................................. 23

1.2.1.OBJETIVOGENERALDELPROYECTOFINALDECARRERA ...................... 23 1.2.2.OBJETIVOSESPECÍFICOSDELPROYECTOFINALDECARRERA .............. 24

CAPÍTULO2:ESTADODELARTE ................................................................................ 25 2.1.PROPIEDADESMECÁNICAS .................................................................................. 25 2.2.NANOPARTÍCULAS ................................................................................................ 27 2.3.NANOCOMPOSITESDEMATRIZPOLIMÉRICA .................................................... 31 CAPÍTULO3:METODOLOGÍAEXPERIMENTAL ......................................................... 33 3.1.PROCEDIMIENTODEENSAYODECAVITACIÓN ................................................. 33 3.1.1Preparacióndelasmuestras ................................................................................ 33 3.1.2.Ensayodelos“tips”medianteerosiónporcavitación ........................................ 39 3.2.PROCEDIMIENTODEENSAYODEFLEXIÓN ....................................................... 44 3.2.1.Preparacióndelasmuestras ............................................................................... 45 3.2.2.Ensayodeflexiónsobrelasprobetas ............................................................. 46, 48 3.3.PROCEDIMIENTODEENSAYODEDUREZASHORED ........................................ 47 3.3.1.Preparacióndelasmuestras ............................................................................... 47 3.4.PROCEDIMIENTODEENSAYODETRACCIÓN .................................................... 49 3.4.1.Preparacióndelasmuestras ............................................................................... 49 CAPÍTULO4:RESULTADOS ......................................................................................... 53 4.1.RESULTADOSDELENSAYODECAVITACIÓN. ..................................................... 53 4.2.RESULTADOSDELENSAYODEFLEXIÓN ............................................................ 70

4.3.RESULTADOSDELENSAYODEDUREZASHORED ............................................ 74 4.4.RESULTADOSDELENSAYODETRACCIÓN ......................................................... 77 CAPÍTULO5:CONCLUSIONES ...................................................................................... 81 CAPÍTULO6:BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................... 83

ÍNDICEDEFIGURAS

Figura1:Formasdepresentacióndelmaterialderefuerzo ..................................... 10 Figura2:Dañosporcavitaciónenhélice .................................................................... 20 Figura3:Dañosporcavitaciónenrodeteradial ........................................................ 20 Figura4:DurezaShoredediversosmateriales .......................................................... 27 Figura5:“tip”utilizadoenlosensayosdecavitación ................................................ 33 Figura6:vibradoracústicoBRANSON ........................................................................ 40 Figura7:campanadeaislamiento ............................................................................... 40 Figura8:controladordigitalBRANSON ...................................................................... 41 Figura9:pedestal .......................................................................................................... 41 Figura10:Probetaparaflexión ................................................................................... 45 Figura11:Moldeparaelensayodeflexión ................................................................ 45 Figura12:MáquinadeflexiónIBTH500 ..................................................................... 46 Figura13:DurómetroBareiss ..................................................................................... 48 Figura14:Probetaparatracción ................................................................................. 50 Figura15:Moldeparaelensayodetracción .............................................................. 50 Figura16:MáquinadeflexiónIBTH500 ..................................................................... 51

ÍNDICEDETABLAS

Tabla 1: módulo de elasticidad de diferentes materiales ................................................ 26 Tabla 2: límite elástico de diferentes materiales ............................................................ 26 Tabla 3: Aplicaciones industriales de las nanopartículas ............................................... 29 Tabla 4: Masa de las probetas de epoxi .......................................................................... 53 Tabla 5: Pérdida de masa de las probetas de epoxi ........................................................ 54 Tabla 6: Erosión acumulada probetas epoxi ................................................................... 54 Tabla 7: Tasa de erosión probetas de epoxi .................................................................... 56 Tabla 8: Masa de las probetas de epoxi+ SiO2 3% ......................................................... 58 Tabla 9: Pérdida de masa probetas epoxi+ SiO2 3% ...................................................... 58 Tabla 10: Erosión acumulada probetas epoxi+ SiO2 3% ................................................ 58 Tabla 11: Tasa de erosión probetas epoxi+ SiO2 3% ..................................................... 60 Tabla 12: Masa de las probetas de epoxi+ SiO2 5% ....................................................... 61 Tabla 13: Pérdida de masa probetas epoxi+SiO2 5% .................................................... 62 Tabla 14: Erosión acumulada probetas epoxi+ SiO2 5% ................................................ 62 Tabla 15: Tasa de erosión probetas epoxi+ SiO2 5% ..................................................... 64 Tabla 16: Profundidad media de erosión ........................................................................ 67 Tabla 17: Tasa de profundidad media de erosión ........................................................... 69 Tabla 18: Resultados del ensayo de cavitación .............................................................. 69 Tabla 19: Medida espesor probetas epoxi ...................................................................... 70 Tabla 20: Medida espesor probetas epoxi+3% SiO2 ...................................................... 71 Tabla 21: Medida espesor probetas epoxi+5% SiO2 ...................................................... 71 Tabla 22: Resultados flexión epoxi ................................................................................ 73 Tabla 23: Resultados flexión epoxi+3% SiO2 ................................................................ 73

Tabla 24: Resultados flexión epoxi+5% SiO2 ................................................................ 73 Tabla 25: Resultados dureza epoxi (I) ............................................................................ 75 Tabla 26: Resultados dureza epoxi (II) ........................................................................... 75 Tabla 27: Resultados dureza epoxi+3%SiO2 (I) ............................................................. 75 Tabla 28: Resultados dureza epoxi+3% SiO2 (II) .......................................................... 76 Tabla 29: Resultados dureza epoxi+5% SiO2 (I) ............................................................ 76 Tabla 30: Resultados dureza epoxi+5% SiO2 (II) .......................................................... 76 Tabla 31: Medida espesor probetas epoxi ...................................................................... 77 Tabla 32: Medida espesor probetas epoxi+3% SiO2 ...................................................... 78 Tabla 33: Medida ancho probetas epoxi ......................................................................... 78 Tabla 34: Medida ancho probetas epoxi+3% SiO2 ......................................................... 78 Tabla 35: Resultados tracción epoxi ............................................................................... 79 Tabla 36: Resultados tracción epoxi+3% SiO2 .............................................................. 80

ÍNDICEDEGRÁFICAS

Gráfica 1: Máxima tensión en el agua en función de la temperatura ............................. 18 Gráfica 2: Erosión acumulada-tiempo probetas epoxi ................................................... 55 Gráfica 3: Erosión acumulada-tiempo media probetas epoxi ......................................... 55 Gráfica 4: Tasa de erosión-tiempo probetas de epoxi .................................................... 56 Gráfica 5: Tasa de erosión-tiempo media probetas epoxi .............................................. 57 Gráfica 6: Erosión acumulada-tiempo epoxi+ SiO2 3% ................................................. 59 Gráfica 7: Erosión acumulada-tiempo media probetas epoxi+ SiO2 3%........................ 59 Gráfica 8: Tasa de erosión-tiempo epoxi+ SiO2 3% ...................................................... 60 Gráfica 9: Tasa de erosión-tiempo media probetas epoxi+ SiO2 3% ............................. 61 Gráfica 10: Erosión acumulada-tiempo epoxi+ SiO2 5% ............................................... 63 Gráfica 11: Erosión acumulada-tiempo media probetas epoxi+ SiO2 5% ..................... 63 Gráfica 12: Tasa de erosión-tiempo epoxi+ SiO2 5% .................................................... 64 Gráfica 13: Tasa de erosión-tiempo media probetas epoxi+ SiO2 5% ........................... 65 Gráfica 14: Comparativa Erosión acumulada para los diferentes tipos de probeta ........ 66 Gráfica 15: Comparación tasas de erosión-tiempo de las diferentes probetas ............... 68 Gráfica 16: Tensión-deformación ensayo flexión .......................................................... 72 Gráfica 17: Dureza Shore D-concentración de nanopartículas SiO2 .............................. 77 Gráfica 18: Tensión-deformación ensayo tracción ......................................................... 79

Cap.1: Introducción

Molina Pedregal, Ignacio 9

CAPÍTULO1:INTRODUCCIÓN

1.1.MOTIVACIÓNPERSONAL1.1.1.COMPOSITES

DadoqueelobjetodeinvestigacióndeestePFCsonlossistemascompuestostécnicamente denominados composites, es lógico que antes de adentrarnos encualquiertipodeconsideraciónestablezcamosunadefiniciónclaradeloqueesuncompositeydesuscaracterísticasprincipales.EldiccionariodelaRealAcademiaEspañoladelaLenguanorecogeunadefinicióndeloqueesuncomposite,debidoprobablemente a que es un término moderno, que el castellano ha tomadoprestado de otra lengua (la inglesa) y que no ha salido del ámbito científico eindustrial.Perosituviéramosquedarunadefinición,seríalaquesigue:

“Un composite (también llamado material de composición) es un material

hecho a partir de dos omásmateriales constituyentes con propiedades físicas oquímicas significativamente diferentes, que cuando son combinados producen unmaterialdecaracterísticasdiferentesdeloscomponentesindividuales.”

Una característica importante es que los componentes individuales

permanecenseparadosysondiferenciablesdentrodelaestructurafinal.Portanto,debidoaestadiferenciaciónpodemosdecirqueestamoshablandodeunamezclaheterogénea, dentro de la cual debemos diferenciar entre aquellos componentesque desempeñan labores de cohesión y aquellos otros que realizan tareas derefuerzo.Comosupropionombreindicaloscomponentesdecohesiónenvuelvenyunenloscomponentesderefuerzo,manteniendolarigidezyposicióndeestos.Porotrolado,aquelloscomponentesquedesempeñanlaboresderefuerzomejoranlaspropiedadesde cohesióny rigidezdel conjunto.El compuesto resultantedeestacombinación de componentes con distintas funciones posee unas propiedadesmecánicas notablemente superiores a las que poseen los componentes de formaindividual. Este tipo de compuestos suele formar estructuras muy resistentes ylivianas,yportantosonutilizadosencamposdondelarelaciónresistencia‐pesoesvital. Ejemplos de ello son los campos de la aeronáutica, la ingeniería naval, laingeniería civil, etc. Una gran ventaja de los composites es que permite a losfabricantesseleccionarlacombinaciónperfectadematerialderefuerzoymaterialmatrizquepermitacumplirconlosrequerimientosdelaaplicaciónalaquevanaserdedicados.

Podríadecirsequeloscompositesconsistenbásicamenteenunmaterialque

hace las veces de matriz reforzado con fibras de otro material, que puede sercerámico,metálicoopolimérico.Estasfibrasderefuerzosonlasquesoportancasiúnicamente la cargaaplicadaal composite,mientrasqueel compuestomatriz seencarga de ir transfiriendo la carga de una fibra a otra. Como veremos a


continuación, el material de refuerzo no tiene por qué estar presenteobligatoriamente en forma de fibras, ya que el composite que vamos a estudiar(matrizdeepoxicargadaconnanopartículasdeSiO2)esunclaroejemplodecómoelmaterialderefuerzosepresentaenformadepartículas.

El material matriz habitualmente se busca entre los múltiples

plásticos/polímerosusadoseningeniería.Acontinuaciónsepresentaunaimagenenlaqueseaprecianlasdiferentesformasenquepuedenaparecerloscompuestosde refuerzo dentro de la matriz polimérica: Fibras continuas, fibras cortas opartículas(másadelanteveremosquedentrodeestacategoríapodemosincluiruncaso especial que es cuando el material de refuerzo se presenta en forma denanopartículas).

Figura1:Formasdepresentacióndelmaterialderefuerzo

Una vez que tenemos claro lo que son los composites, vamos a poder

reconocerejemplosde losmismosalládondevayamos.Porponerunejemplo,eladobe,formadoporarcillaypaja(siendolaarcillaelcompuestomatrizylapajalasfibrasderefuerzo),eselcompositemásantiguoqueconocemosyaúnhoysesigueutilizando en la construcción de viviendas. La mezcla heterogénea tiene unaspropiedades mecánicas mejores que las de sus respectivos componentesindividuales.

Otro ejemplo claro lo podemos encontrar en los cimientos de los edificios:

matrizdehormigón reforzado conbarrasde acero corrugado,que son las fibrasanteriormentecomentadas.Compositestípicoseningenieríason:•Compositesparaconstruccióncomocementouhormigón•Plásticosreforzadoscomopolímerosreforzadosconfibras•Compositesmetálicos•Compositescerámicos

Dadoquelapiezafinalhechadecompositedebetenerlaformaadecuadaquecumplaconlaactividada laqueseráasignadaexistiránunaseriedemétodosdecreación de estas piezas. Algunos de los factores que influyen en el método de



fabricaciónserán lanaturalezade lamatrizelegidayelmaterialderefuerzoyelvolumendematerialaserproducido.Dependiendodeunoyotropodremostenerdesde procesosmás “artesanales” que requieren unamayor cantidad de trabajomanualaprocesosmuchomásautomatizadosqueprecisandeunagraninversióndecapital.Elmaterialmatrizyelmaterialderefuerzopuedensermezcladosantesodespuésde introducirlo enelmoldedonde conseguiremos crear lapieza, tododependedelprocesoylasfuncionesfinalesdelapiezaquetengamosentremanos.Dependiendo de la naturaleza del material matriz, el proceso de moldeo puedefinalizarcondiferentesetapas,comolapolimerizaciónquímicao lasolidificacióndesdeestadofundido.

Pero,despuésdetodolodicho,¿porquéunaempresadeberíaplantearseelusodecompositesenvezdelosmaterialestradicionales?

Para competir en un mercado en continua evolución, las compañíasindustrialesnecesitanadaptarodiversificarsuproducciónparadarrespuestaalasnuevasdemandas.Lapreocupaciónactualporelcambioclimáticoestállevandoanuestra sociedad a modificar su comportamiento, favoreciendo productos yequipamientosinnovadoresysostenibles.Elusodecompositesesuncaminoparalograrestereto,yrepresentaunaoportunidaddenegociomuyprometedora.Lasventajas de la sustitución de materiales tradicionales por composites sonmúltiples,yentreellasdestacan:•Mejorcomportamientomecánico(resistenciaaflexión,atracción,dureza…)•Menorpeso•Menorconsumodeenergía(ensuproducción)•Menosemisionesdegasesinvernadero(derivadadelaanterior)

Comosehadichoconanterioridadunagranvariedaddeprocesosdemoldeopuedeserusadadependiendodelafinalidaddelproducto,perodadoqueexplicartodosellosquizárequeriríademasiadotiempovamosacentrarnosenelquenoscompete.Vamosatenerunmaterialmatrizquevaaserresinaepoxi(Apéndice1),yunamaterialderefuerzoquevanasernanopartículasdeSiO2(Apéndice2)(enconcentracionesdel0‐3‐5%).Enelapartado3metodologíadeensayossehaceunbreveresumendecuálhasidoelprocedimientoparalacreacióndemuestrasparanuestrosensayosylasvariablesimplicadasendichoproceso.Epoxi

Tambiénllamadapoliepóxido.Esunpolímerotermoestablequeseendurececuandosemezclaconunagentecatalizador.LasresinasepoxismásfrecuentessonproductodeunareacciónentreepiclorohidrinaybisfenolA.

Las resinas epoxis se utilizan en muchas actividades industriales.Principalmente comoprotectores ante la corrosiónyparamejorar la adherenciade capas de pintura. También son usados en la industria como adhesivos entresólidos.Sonconsideradoslosadhesivosmásfuertesdelmundo.Siensusecadoseaplicacalor,suresistenciaalasaltastemperaturasserámayor.


En la industria eléctrica y electrónica se utilizan estas resinas como

protectores depiezas y circuitos, tales comobobinas, escobillas, aisladores…Unaimportanteaplicaciónestáenlaingenieríanaval,seusancomocapaprotectoraenloscascosde losbarcos.Comolesafectanegativamente laexposicióna losrayosUVselesaplicaencimaunbarnizprotector.Sehanutilizadocomorecubrimientosenelinteriordebombasparaprotegerestasdelfenómenodelacavitación.

La resina epoxi que se ha empleado en estos ensayos es EX 401 con unendurecedorEpoxi432(Apéndice1)Compositesenelámbitoindustrialcomosoluciónalacorrosión[1]

Unade laspropiedadesquevamosa estudiar enelpresenteproyecto es laresistenciadelcomposite fabricadoa laerosiónporcavitación.Porellodebemosfijarnoscualessonlassolucionesquesedanenlaactualidadaefectostalescomolacorrosión,locualnospuedeservircomobasedecomparaciónparaelpresenteestudio.

Lasactuales tendenciasdelmercadoy loajustadode lospresupuestospara

proyectosestánayudandoaexpandirelusodecompositespararepararysustituirinfraestructurasdañadasporcausadelacorrosión,tantoaniveldesuelocomopordebajodelasuperficie.

Por poner un ejemplo, algunas estimaciones establecen que los costes en

mantenimiento,reparaciónysustitucióndebidosalacorrosiónmetálicasumanuntotalde300billonesdedólarestansóloenlosEstadosUnidos.Elquevienesiendoel talón de Aquiles para aquellos fabricantes que trabajan con metales, es encambiounadelasmayoresfortalezasdelaindustriadelcomposite.Laprevencióncontralacorrosiónfueunadelasprimerasaplicacionesquetuvieronlosplásticosreforzadosconvidrio,entrelosquelossistemasconresinaisopoliésterfueronlosmás resistentes aeste fenómenoadverso.Aunqueha ido siendo relevadoenesepapel–especialmenteenaplicacionesmarinas–porresinasestéricasdevinilodeepoxi el usode compositesha seguidohaciendo incursiones en variosmercadoscongranpotencialalargoplazo.

A continuación se detallan algunas aplicaciones en las que el uso de

compositeshaidocobrandounaimportanciavital:

Rehabilitacióndeacerocorroído

Una de las estrategias más lucrativas es renovar el degradado sistema

municipal e industrial de tuberías, ya que las infraestructuras envejecidas y losajustados presupuestos llevan a las personas responsables de las decisiones encuestiones de mantenimiento a buscar opciones menos drásticas, disruptivas yfinancieramentelimitantesqueunasustitucióncompletadelossistemas.



La empresa Composites Advantage LLC ofrece una solución basada en

composites llamada “Pipe Wrap Composite Strengthening”. En caso de tuberíasexpuestasalaire libreo tuberíasbajotierra,serodea la tuberíaconunacapadecomposite, que actúa como refuerzo para las paredes de lamisma que han sidodebilitadasporelataquedelacorrosión.Sesuministrancapasdefibradecarbonoa través de rodillos que aplican una capa de epoxi sobre elmaterial. Después elcompuesto es enrollado en espiral o en bandas directamente alrededor de latubería.Elepoxi,quepermitesuaplicaciónhastadoshorasdespuésdelamezclade labaseyelendurecedor,satura las fibrasdecarbonoyseadhierealsustratometálico,uniendofirmementeéstasalatubería.

Desde Composites Advantage LLC dicen que las fibras de carbono de alta

resistencia funcionanmejorcomorefuerzopara tuberíascorroídasque las fibrasde vidrio, ya que el vidrio no solo tiene menor resistencia, sino que tiende aelongarseconeltiempo.Estaempresasuministraactualmenteauncontratistaqueestárenovandounareddetuberíasderefrigeraciónde254mmdediámetroenelcentro de datos de un cliente en California. Las tuberías de refrigeración, quetienenparedesfinasyconfugasdebidoalacorrosión,suministranaguaalsistemadeventilacióndeledificioyalsistemadeaspersores.Todoslosagujerosybrechasen las tuberías son reparadas primero con placas de acero de 1.02mmque sonfijadasalastuberíasconadhesivoepoxi.Elperímetrodelatuberíaesenvueltoenunmaterialdefibradevidrioqueaíslaelmaterialdecarbonodelmetal,evitandoasí una interacción galvánica, después se empieza a rodear con un máximo decuatro capas de fibra de carbono saturada con epoxi, que tienen un espesor deaproximadamente1mmporcapa.

Según Composites Advantage LLC, desmantelar todo el sistema y ponerlo

nuevo hubiese costado bastante más de un millón de dólares, mientras que sureparaciónconcompositedefibradecarbonocostará300.000dólaresalosumo,ydaráservicioduranteotrosquinceoveinteaños.

EncapsulacióndehormigóndañadoLa rehabilitación con plástico reforzado con fibras (FRP, por sus siglas en

inglés)sehaconvertidoenunaalternativamuyatractivaparasustituciónenotraaplicación relacionada conel agua: laspilonashechasdehormigónymuelles enzonas marítimas. La firma STRUCTURAL (Hanover, Md.), que se centra en usartecnología de la que es propietaria para reparar y fortificar determinadoscomponentes de infraestructuras públicas e industriales, dice que ha registradomásde10000instalacionesdesu“LifeJacketGalvanicProtectionsystem”,queestádiseñadopararevestirhormigónarmadoenambientesmarinos.

Elproducto,enelmercadodesde1995,estácompuestoporunrecubrimiento

de1mmdegrosordeFRPconunforrodemalladezincqueactúaparaprotegerlaspilonasquehansufridocorrosióninducidaporcloro.


Cuandolaspilonasenvejecidasempiezanapresentargrietasyelaguasaladase introduceenelhormigón, lasbarrasdeaceroestánenpeligro.Elaguasaladacontienesuficientesionesparaconducirlaelectricidad.Encontactoconlasbarrasdeacerocompletauncircuitoeléctricobastantesimilaralpresenteenlasbateríascomunes. Una corriente baja fluye desde las áreas del acero ricas en oxígeno ocloro (el cátodo de la batería) a áreas donde el oxígeno o el cloro son menosabundantes(elánodo).Aligualqueelánodoenunabatería,elaceroqueesmenosricoenoxígenooclorosecorroeyseexpande, locualescausapotencialdefalloestructural.

Cuando se envuelve la pilona con el producto “LifeJacket”, lamalla de zinc

(queesmásactivaelectroquímicamentequeelhierroperosecorroemuchomáslentamente)seconvierteenelánodo,estoes,seconvierteenelfocodecorrosión,ysiendomenospropensoqueelaceroalacorrosión,proveedeproteccióncontralacorrosiónalaceroporunperiododetiempomayorhastaqueelzinctengaquevolver a ser sustituido. El recubrimiento de FRP también puede funcionar comosoporte a aquellas pilonas que han sufrido pérdidas de material en su seccióntransversalcomoconsecuenciadelaintrusióndeaguasaladaydelacorrosión.Elusode los refuerzos con fibrasdevidrioode carbono como recubrimientoparavigasseestáexpandiendomásalládelcontextomarino.

RemplazodeaceroinoxidableLasubidadelpreciodelaceroinoxidableenlosúltimossieteañoshaabierto

nuevasposibilidadesalFRPparacompetirenlosmercadosdealmacenamientodequímicosymanejode fluidos.Nosólomejoraráconrespectoal comportamientodelacero,sinoqueinclusosuprecioserámejor.

Dado que muchos clientes finales han utilizado acero aleado para

aplicacionesdonde la corrosión jugabaunpapel importante, los suministradoresde compositeshan tenidoquehacerunesfuerzoporeducara los clientesen lasbondades de las estructuras de composite, su comportamiento en ambientesaltamentecorrosivosylanecesidaddeespecificarelcompuestoadecuado.

AlmacenamientosubterráneodeaguaLaempresaZCLComposites Inc. (Edmonton,Alberta,Canadá)ha reportado

una inusual nueva tendencia. El 70% de sus ventas viene de tanques dealmacenamiento subterráneo de fibra de vidrio de doble pared, destinado agasolineras. Comparado con los tanquesdehormigón, estos tanquesde FRP sonmásbaratosde instalaryrequierenmenosmantenimiento.Elaguaesunode loselementosmáscorrosivosqueseconocen,coneltiempoelaguaseinfiltraenlasporosidades del hormigón y comienza a degradarlo. Aun así, el hormigón siguesiendo laopciónpreferidaenmuchoscasosdebidoa la inerciadelmercadoysuapegoaloestablecido.



Resumen

Como los ejemplos anteriores indican, los composites están empezando a

tener cada vez más una importancia creciente en el mercado de las solucionesfrente a la corrosión, ganando terreno frente a losdominadoreshistóricos comosonelaceroyelhormigón.

Sin embargo, los proveedores y fabricantes de composites reconocen la

necesidad continua de impulsar el ciclo de innovación y encontrar formas dereducir al máximo los costes si quieren copar el mercado de las aplicacionespropensasalacorrosión,sustituyendoalosmaterialestradicionales.1.1.2PROPIEDADESMECÁNICAS

Laspropiedadesmecánicassonaquellaspropiedadesdelosmaterialesqueseponen de manifiesto ante la aplicación de cargas y fuerzas, y suponen unacuantificación de la capacidad que tienen para soportarlas. También aparece laresistencia frente a la erosión por cavitación como una de las propiedadesmecánicas a estudiar, que es unamedida de dureza que se obtiene a través delimpactofluídicosobrelasuperficiedelcomposite.

Dependiendo de la forma de aplicación de las cargas o fuerzas podemos

distinguirtrestiposdiferentesdepropiedadesmecánicas:[2] ● Estáticas: si las cargas o fuerzas actúan de forma constante o crecen

gradualmente ●Dinámicas:enelcasodequelascargasofuerzasactúendeformasúbita.

Normalmenteasociadasconchoques ●Cíclicas:cuandolascargasofuerzassiguenunciclo,variandodevaloro

desentido,oambasalmismotiempoElestudiodeestaspropiedadesmecánicasparacadamaterialresultadevital

importancia a la hora de predecir su comportamiento ante determinadassituacionesdecargasyfuerzas,yportanto,poderelegirentredistintosmaterialesdependiendodelosrequerimientosdelaaplicación.Acontinuaciónsedetallaunalistadelaspropiedadesmecánicasqueposeecualquiermaterial:

- Tenacidad: propiedad de soportar sin deformarse ni romperse los

esfuerzosbruscosqueselesapliquen.


- Elasticidad: capacidad de recuperar su forma y dimensionesoriginalespreviasaladeformaciónproducidaporundeterminadoesfuerzounavezqueesteesfuerzodesaparece.

- Plasticidad: aptitud de algunos materiales sólidos par adquirirdeformacionespermanentessinqueseproduzcalarotura.

- Ductilidad:variantede laplasticidad,propiedadqueposeenciertosmetalesparaestirarseenformadehilosfinos.

- Maleabilidad:otravariantedelaplasticidad,enestecasoconsisteenlacapacidaddetransformaralgunosmetalesenláminasdelgadas.

- Fragilidad: propiedad que indica la facilidad de un material pararomperseporlaaccióndeunchoque.

- Dureza:resistenciadeunmaterialalapenetración.

Cualquiermaterialposeetodasestaspropiedadesenmayoromenormedida,esdecir,independientementedelmaterialtendrálaspropiedadesantesdescritas,tantosisonbuenascomomalas.Pongamoscomoejemploelvidriocomún,comotodo el mundo conoce se trata de un material extremadamente frágil, y atemperatura ambiente su plasticidad es casi inexistente, aunque no por ello notienelapropiedaddelaplasticidad,sinoqueéstaesmínima.

Enelestudiodenuestrocompositevamosarealizar lossiguientesensayos,

cada uno de los cuales nos dará unos valores numéricos para algunas de laspropiedadesmecánicasanteriormentedescritas:

- Ensayodeflexión:obtenemosvaloresdelaelasticidadyplasticidad

delmaterial.(paramásdetallesverApartado2.1yApartado3)- Ensayo de tracción: ofrece una idea aproximada de la tenacidad y

elasticidaddeunmaterial(ParamásdetallesverApartado2.1yApartado3)- EnsayodedurezaShoreD:comosupropionombreindicadevuelve

datos de la dureza del material (Para más detalles ver Apartado 2.1 yApartado3)

- Ensayo de cavitación: no está relacionado específicamente conningunadelaspropiedadesanteriores,sinoqueofreceresultadosdecómosecomporta el material ante la erosión debida al fenómeno físico de lacavitación. (Para más detalles sobre el proceso de cavitación consultar elApartado 1.1.4. Para más información sobre el ensayo de cavitación ver elApartado3.1)Todosestosensayosdevuelvendatossobreelcomportamientodelcomposite

antedistintassolicitaciones.Enelcasodelaflexiónylatraccióneltipodeesfuerzoaplicado es diferente, pero las propiedades mecánicas a estudiar son similares:elasticidad,plasticidad,tenacidad.Porotrolado,elensayodedurezaShoreDyel



ensayo de erosión por cavitación son muy distintos, aunque ambos devuelvenvalores de la dureza superficial del composite, en el caso de la dureza Shore Dfrentealimpactomecánicoyenelcasodelacavitaciónfrentealimpactofluídico.

Propiedadesmecánicasdelospolímerostermoestables.

Dado que el epoxi, material matriz de nuestro composite, es un polímerotermoestable, se considera relevante hacer una breve reseña de las propiedadesmecánicas que poseen este tipo de materiales y sus ventajas frente a otrasposibilidades.

Lospolímerostermoestablessonpolímerosinfusibleseindisolubles,esdecir,

como su propio nombre indica, no presentan cambios en sus propiedades antecambiosde temperatura.Cuando la temperatura se elevamucho las cadenasdelpolímerosecompactanhaciéndolomásresistentehastaquellegaalpuntoenquesedegrada.[3]

Las moléculas de polímero están entrelazadas formando una red

tridimensional, lo que convierte la estructura en una molécula gigantesca defuertes enlaces covalentes. Es durante el proceso de curado (entrelazamiento)cuandosecrean todosestosenlaces, siendounproceso irreversible.Es trasesteproceso de curado (que en el caso del epoxi se realiza a temperatura ambientepuestoquelareacciónesexotérmicaydesprendeelsuficientecalorcomoparanonecesitarunafuenteexterna)cuandoelpolímeroes“inmune”alaaccióndelcalor,manteniendosuspropiedades.

En general los polímeros termoestables poseen mejores propiedades

mecánicas,térmicasyquímicas,resistenciaeléctricayestabilidaddimensionalquelos termoplásticos. Entre ellas se cuenta unamejor resistencia al impacto, a lossolventes, a la permeabilidad de los gases y a las temperaturas extremas. Comodesventajas frentea los termoestablesaparecesudificultaddeprocesamiento, lanecesidaddecurado,quesonmaterialesmásfrágilesyquenopresentaacritud.

Ejemplosdepolímerostermoestablesson: Resinaepoxi Siliconas Poliuretanos Cauchosintéticoynaturalvulcanizado Baquelita


1.1.3EFECTOSADVERSOSCavitación

Lacavitaciónesunfenómenomuyimportantedelamecánicadelosfluidosy, por tanto, de particular influencia en el funcionamiento de toda maquinahidráulica.Losfenómenosqueacompañanalacavitaciónsonlapérdidadesólidosen las superficies colindantes, ruidos, vibracionesypérdidasde rendimiento.Noentodosloscasoslacavitaciónesconsideradaunfenómenoadverso,sinoqueencircunstancias controladas puede ser utilizada con propósitos de limpieza desuperficies.

Concretamente,elfenómenodelacavitaciónsepresentaenformadebolsas

devapordentrodellíquido.Lacondiciónnecesariaparaqueaparezcalacavitaciónes la bajada local de la presión en un fluido hasta su presión de vapor. En elfenómenode la cavitación existeunaprimera apariciónde esasbolsas de vapordentro del fluido, una segunda etapa de crecimiento de la bolsa y finalmente,cuando labolsaesarrastradaa zonasdemayorpresión,una terceraetapaen lacualimplota.[4]

Peroloquenosintrigaescómoapareceninicialmenteestasburbujas.Para

que aparezca una cavidad en un líquido este debe ser estirado y despuésdesgarrado. En casode que considerásemos el fluido comoun sólidopodríamosdecirqueelcausanteseríaunesfuerzodetracción,yenconsecuencia,lacapacidaddeunlíquidodesoportareseesfuerzoeslaresistenciaatracción.Enlasiguientefigurasedeterminalacapacidaddelaguadetenerunapresiónnegativa.

Gráfica1:Máximatensiónenelaguaenfuncióndelatemperatura



Estossonvaloresmínimosteóricosparaaguaabsolutamentepura.Así,bajo

ciertascondicioneselaguapurapuedesoportarmuyaltastensionesdetracción,opresiones negativas, mucho más bajas que la presión de vaporización. Bajotensionesdetracciónunlíquidogeneralmenteseseparaalapresióndevapor.Elhechodequeelcomienzodelacavitaciónseproduzcacuandosellegaalatensiónde vapor, nos hace suponer que en líquido hay impurezas. Estas impurezas sedenominannúcleos,puestoqueesdóndeempiezaelfenómenodelacavitación,las“cavidades” anteriormente mencionadas, los puntos por donde el líquido “serompe”. Teóricamente la tensión necesaria para dar lugar a la nucleación esenorme, pero el fenómeno de cavitación ocurre precisamente a bajas presiones,ello implicaque los líquidoyaestán “rotos”de antemano, y las fracturas son lasanteriormente definidas como núcleos y dan lugar al inicio del proceso. Estosnúcleossondiminutasburbujasdegasesadheridasamaterialessólidospresentesen los líquidos, burbujas retenidas en fisuras en los conductosde transportedelmismo,ogasesabsorbidosporellíquido.

Losaltoscontenidosdegasparecenfavorecerelcomienzodelacavitación,

debido a que originan una mayor cantidad de burbujas. Por otra parte uncontenido elevado de aire (presión parcial de aire) disminuye la velocidad deimplosión.Conuncontenidobajodegassedemoraelcomienzodelacavitación,yaque la resistencia a la tracción del agua en este caso comienza a jugar un papelconsiderable.Parauncontenidodeun10%delvalorde saturación la cavitacióncomienza al alcanzar la presión de vapor. Con elevados contenidos de aire lapresiónparaelcomienzodelacavitaciónessuperioralapresióndevapor,yaqueenestecasoelcrecimientodelasburbujasestáfavorecidoporladifusióndegasenellíquido.Estosnúcleosalsersometidosaunazonadebajapresióncomienzanaexpandirse. Si aún sigue disminuyendo la presión en una magnitud tal que sealcance la presión de vapor del fluido a la temperatura respectiva, entonces ellíquidoquerodeaaestenúcleo(microburbuja)sevaporizaycomienzaacrecerhastaquesehacevisibleenformadeburbuja.

Sienellíquidohaydisueltootrosgases,ellostambiénpuedencolaboraren

formarestacavidadpordifusióndelosmismos,cuandolascondicionesfísicas(depresiónytemperatura)lopermitan.

Tenemos pues bolsas de gas dentro de nuestro líquido que han ido

creciendoapartirdelosnúcleosoriginales.Estasbolsassonarrastradasazonasdemayor presión donde se produce la implosión. Este proceso lleva asociado unfuerteruidocrepitante.Habíamoscomentadoqueenelmomentoenquesesuperalatensióndevaporlabolsacolapsainmediatamenteproduciendolacondensación,que también tiene lugar de forma instantánea.Así, con el colapsode la bolsa de


vapor,elaguaquelarodeagolpeaviolentamenteconlassuperficiessólidasconlasqueestabaencontactoyconotraspartesdellíquido.Esenestemomentocuandoseproducelaerosiónporarranquedepartículasyquesepuededarencualquiertipodematerial,desdematerialesmetálicos,cerámicosoplásticos.

Acontinuaciónsemuestranalgunosdelosdevastadoresefectosquepuedetenerlacavitaciónsobreelementosmetálicoscomohélicesorodetesdebombas:[5]

Figura2:Dañosporcavitaciónenhélice

Figura3:Dañosporcavitaciónenrodeteradial



Otrosefectosadversosdecaráctermecánico

Los efectos adversos que pueden aparecer relacionados con las otraspropiedadesmecánicas que se estudian (resistencia a la flexión, resistencia a latracción y dureza Shore D), son de conocimiento general. En el caso de laresistencia a la tracción y a la flexión los efectos adversos son debidos asolicitaciones sobre estructuras no esperadas o por el hecho de que estasestructurasnoesténlosuficientementebiendimensionadas.Estosdefectosllevanalaestructuraaunaseriedeestadoslímitequesedetallanacontinuación:[6]

Estadoslímiteúltimos

Sonaquellosque,desersuperados,constituyenunriesgoparalaspersonas,yaseaporqueproducenunapuestafueradeserviciodeledificiooelcolapsototaloparcialdelmismo.Comoestadoslímiteúltimosdebenconsiderarselosdebidosa:

- Pérdida del equilibrio del edificio, o de una parte estructuralmente

independiente,consideradocomouncuerporígido.- Fallo por deformación excesiva, transformación de la estructura o de

parte de ella en unmecanismo, rotura de sus elementos estructurales(incluidoslosapoyosylacimentación)odesusuniones,oinestabilidadde elementos estructurales incluyendo los originados por defectosdependientesdeltiempo(corrosión,fatiga).

Estadoslímitedeservicio

Sonlosque,desersuperados,afectanalconfortyalbienestardelosusuariosodeterceraspersonas,alcorrectofuncionamientodeledificiooalaaparienciadelaconstrucción.

Los estados límite de servicio pueden ser reversibles o irreversibles. La

reversibilidadserefierealasconsecuenciasqueexcedanloslímitesespecificadoscomoadmisibles,unavezdesaparecidaslasaccionesquelashanproducido.Comoestadoslímitedeserviciodebenconsiderarselosrelativosa:

- Lasdeformacionesqueafectenalaaparienciadelaobra,alconfortde

losusuarios,oalfuncionamientodeequiposeinstalaciones.- Lasvibracionesquecausenunafaltadeconfortdelaspersonas,oque

afectenalafuncionalidaddelaobra.- Los daños o deterioro que pueden afectar desfavorablemente a la

apariencia,aladurabilidadoalafuncionalidaddelaobra.


1.1.4.¿PORQUÉELUSODENANOCOMPOSITES?

En apartados anteriores se ha resaltado la importancia de los compositescomo respuesta a determinadas aplicaciones para las que se precisan unosrequerimientosmuydeterminados.Atravésdeloscompositesdamosunasoluciónmuy específica, diseñándolos de forma que se ajusten perfectamente a lasnecesidades. Con esto se mejora el desempeño de los materiales tradicionales,generalmente materiales metálicos, y se optimiza la cantidad de material y suspropiedades mecánicas, que normalmente se ven limitadas por las propiedadesqueposeenestosmaterialesdeformanatural,siendolaúnicasoluciónposibleunaumentodelacantidaddematerial.

Vista laclaraventajade loscompositessobre losmaterialestradicionales,a

loscualesaventajannosoloencomportamientosinoenmuchasocasionestambiénenprecio, lapreguntaquenossurgees¿porquénanocomposites?Esdecir, ¿porquéincluirnanopartículasennuestrocomposite?Loprimeroesdejarclaroquelasnanopartículas serán las que desempeñen las funciones dematerial de refuerzo,mientras que para lamatriz vamos a utilizar una resina polimérica, en concretoepoxi.

Respondiendo a la pregunta anterior diremos que los nanocomposites son

estructurasenlasqueconvivenvariasfasesquecomponenelmaterial,yentrelasqueexistenunasdistanciasfase‐fasequeserepitenyquesedebenmedirenunaescala nanométrica.Normalmente se designa así a la combinación sólida de unamatriz y otra fase de escala nanométrica cuyas propiedades difieren debido avariacionesde suestructuray composiciónquímica.Al igualqueocurría con loscomposites las propiedades mecánicas, eléctricas, térmicas, ópticas… de losnanocomposites serán marcadamente diferentes a las de sus componentes porseparado.Loscompositesnosonsólounacreaciónhumana,sinoquepuedenserencontrados en la naturaleza. Un ejemplo de ello es el caparazón de algunosmoluscos.

Hablando en términosmecánicos, los nanocomposites se diferenciande los

compositesconvencionalesenelratiosuperficie‐volumendelafasederefuerzo,elcual es excepcionalmente alto en el caso de los nanocomposites. El material derefuerzo puede estar hecho de partículas (en el caso que nos ocupa, utilizamosnanopartículasdeSiO2),láminas(porejemplocapasdearcillaexfoliadas)ofibras(por ejemplo nanotubos de carbono). Esta gran área de material de refuerzosignifica que una cantidad relativamente baja de refuerzo nanométrico puedetenerunefectoobservableen laspropiedadesmacrométricasdelcomposite.Porejemplo,añadiendonanotubosdecarbonomejoramoslaconductividadtérmicaylaconductividadeléctrica.Ennuestroestudiopretendemosestudiar lamejorade



las propiedadesmecánicas yamencionadas en apartados anterioresmediante laadicióndelasnanopartículasdedióxidodesilicio.

Así pues, el relativamente reciente descubrimiento de las propiedades

mecánicas de las nanopartículas nos brinda una gran oportunidad para crearnuevos materiales, nuevos nanocomposites, específicamente diseñados pararesponderaunasdemandasmuyconcretasconelmenorgastodematerialposible.Actualmente laproduccióndenanopartículasde formaindustrialestá todavíaenunprocesodedesarrollo,porloqueelpreciodelasmismasestodavíademasiadoelevado como para que se extienda su uso de forma generalizada. De cualquierforma, la investigaciónenelcampode lasnanopartículasevolucionarámuchoenlos próximos tiempos y se reducirá su coste, haciendo más competitivos losnanocompositesfrentealosmaterialestradicionales.1.2.OBJETIVOS1.2.1.OBJETIVOGENERALDELPROYECTOFINALDECARRERA

Este Proyecto Final de Carrera tiene como objetivo general el estudio dealgunas propiedadesmecánicas de un compuesto creado en el laboratorio. Estecompositeseráunnanocompositequetienecomocomponentematrizresinaepoxiycomocomponentederefuerzonanopartículasdesílica,esdecir,dióxidodesilicio(SiO2).EntrapuesdentrodelacategoríadeNanoCompositedeMatrizPolimérica(PMNCporsussiglaseninglés).Anteriormenteyasehacomentadolosbeneficiosobtenidosdelusodeestetipodematerialesfrenteamaterialestradicionalescomoelhormigónoelacero.

Laspropiedadesmecánicasqueseestudiaronserelacionanconlaelasticidad,

laplasticidad,latenacidadyladureza.Laobtencióndeestosvaloresnospermitiráencuadrar nuestro composite dentro del marco de otros nanocomposites yaensayadosycompararloconéstos,conelmaterialpoliméricoqueformalamatriz(epoxi) por si solo y con otros materiales que puedan desempañar la mismafunciónqueelnuestro,laderecubrimiento.


1.2.2.OBJETIVOSESPECÍFICOSDELPROYECTOFINALDECARRERA

ComoobjetivosespecíficosdeesteProyectoFinaldeCarreratendremos:

1. AnalizarelcomportamientoelásticodelPMNCobjetodeestudio2. AnalizarelcomportamientoplásticodelPMNCobjetodeestudio3. AnalizarlatenacidaddelPMNCobjetodeestudio4. AnalizarladurezadelPMNCobjetodeestudio5. EstudiarelcomportamientodelPMNCobjetodeestudioantelosefectosde

erosiónporcavitación.Conestepropósitoserealizaránlosensayosqueacontinuaciónsedetallan:

- Ensayodeflexión…Elasticidadyplasticidad- Ensayodetracción…Tenacidadyelasticidad- EnsayodedurezaShoreD…Dureza- Ensayodecavitación…Resistenciaalaerosiónporcavitación

Nuestroprincipalpuntodereferenciaseráelcomponentematrizapartirdel

cual se ha creado el nanocomposite mediante la adición de nanopartículas: elepoxi.SeobservarácomovaríanlaspropiedadesanteriormentemencionadasconlaadicióndedistintosporcentajesdeSiO2,determinandosiestaadicióntieneunefecto claramente apreciable sobre cada propiedad o por el contrario no se vensignosdequeinfluya.

Cap. 2: Estado del Arte


CAPÍTULO2:ESTADODELARTE2.1.PROPIEDADESMECÁNICASResistenciaalaflexión

Por resistencia a la flexión se entiende el esfuerzomáximo que soporta elmaterialantesderomperseoagrietarse.Enelcasodequeelmaterialencuestiónnorompa,eldatoquesetomaeslaresistenciadefluenciaenflexión.

Losensayosdecaracterizacióndelmaterial,enestecasoelensayodeflexión,

son vitales pues nos permiten conocer cómo se va a comportar un determinadomaterialencondicionesdeuso.Sonespecialmente importantesen losmaterialescompuestos (composites) de nueva creación, puesto que su comportamiento noestá totalmente comprobado, al contrarioque el de losmateriales clásicos comopuedenserelacerooelhormigón,cuyaspropiedadesestánmásquecomprobadas.Estosmaterialescompuestossonprincipalmenteusadosensectorescomoeldelaautomoción, la industria aeronáutica y el sector energético, en los que es básicoconocercuantopodráflexionarseelmaterialmanteniendolarigidez.

Lapruebadeflexiónenpolímerosesunapruebacuasiestáticaquedetermina

el módulo de flexión, el estrés de flexión y la deformación por flexión en unamuestrapolimérica.

Resistenciaalatracción

Como se comenta en el Apartado 3.4 el ensayo de tracción consiste ensometerunaprobetanormalizadaaunesfuerzoaxialde traccióncrecientehastaquelaprobetaserompe.Consideramosquelafuerzaaplicadaesestática,paraellolaprobetaessometidaaestafuerzamuylentamente,ycomoconsecuenciadeelloseobtienenunasvelocidadesdedeformaciónmuypequeñas.

Un parámetro de influencia fundamental en el ensayo de tracción es el

módulodeelasticidad,tambiénllamadomódulodeYoung.Esteparámetronosdauna idea del comportamiento que tiene elmaterialmientras está en la zona decomportamientoelástico.Enlasiguientetablaseexponenlosvaloresdelmódulodeelasticidadparaalgunosdelosmaterialesmáshabituales:


MATERIAL

MÓDULODEELASTICIDAD[Kg/cm2]

Acero 2.100.000Cobre 1.250.000Hierro 890.000Aluminio 700.000Vidrio 700.000

Hormigón 220.000Madera 100.000Epoxi 28.000–30.000

Tabla1:módulodeelasticidaddediferentesmateriales

Otro parámetro muy importante para observar el comportamiento del

compuestoensayadoatracciónesconocersulímiteelástico,yaquedeterminaenqué momento el compuesto pasa de tener un comportamiento elástico a uncomportamiento plástico. Esto es muy importante porque el comportamientoplásticoesunestadolímitedelmaterial,enelqueprácticamentenuncasequieretrabajar. Así pues, el límite elástico sería el esfuerzo máximo que nuestrocompuestopodríallegarasoportarsinsuponerunriesgo.Enlasiguientetablaserecogenvaloresdellímiteelásticoparaalgunosdelosmaterialesmáscomunes:

MATERIAL LÍMITEELÁSTICO[Kg/cm2]

Acero 5.000Cobre 16.000Hierro 1.700Aluminio 1.400Vidrio 1.000

Hormigón 30Madera 1.050Epoxi 460

Tabla2:límiteelásticodediferentesmateriales

Dureza

El ensayo de dureza Shore tiene la gran ventaja de ser el único ensayo nodestructivoqueexisteparamedirvaloresdedureza.Enesteensayo seutiliza lareacciónelásticadelmaterialaldejarcaerunobjetomásdurosobreélparamedir



sudureza.Sielmaterialesblando,absorbegranpartedelaenergíadelimpacto,siesduroseproduceunrebotecuyaalturasepuedemedir.

Estetipodeexperimentoesutilizadoparamaterialesmásblandos,esdecir,

noesempleadoparamaterialesmetálicos.Acontinuaciónsemuestraunaimagenenlaqueaparecenlosvaloresdedurezadealgunosmaterialesensayadosporestemétodo:[7]

Figura4:DurezaShoredediversosmateriales

Resistenciaalaerosiónporcavitación

Elensayodecavitaciónnospermiteconocercuálvaaserelcomportamientodelcompositefrentealaerosiónqueseproduceenlasuperficiedelmismocuandoestandosumergidoenunfluidopequeñasbolsasdegasimplotanenlacercaníadesusuperficie,arrancandopequeñaspartículasdelrecubrimiento.

Para conocer el procedimiento seguido para la realización de este ensayo

consultarelApartado3.1.2.2.NANOPARTÍCULAS

Por nanopartículas se entienden aquellas partículas cuyo tamañocaracterístico se encuentra entre 1 y 100 nanómetros, y son un área de graninterés científico debido a su amplio rango de potenciales usos en los camposbiomédico,ópticoyelectrónico.

Aunque las nanopartículas son consideradas generalmente un

descubrimientodelacienciamoderna,enrealidadtienenunalargahistoriaasusespaldas. Los artesanos de laMesopotamia del siglo 9 ya usaban nanopartículasparadarefectobrillantealasuperficiedesusobjetosdebarro.Inclusohoyendía


la artesanía de barro de la Edad Media y el Renacimiento mantiene el brillometálico coloreado de oro o cobre. Esta coloración es debida a una películametálica que se aplicaba a la superficie transparente del barniz. Esta películacontenía nanopartículas de plata y de cobre dispersadas homogéneamente en lacapa de barniz. Estas nanopartículas fueron creadas añadiendo sales de cobre yplatayóxidos todo juntoconvinagre,ocreyarcillaen lasuperficiedelartefactosobre el que se trabajaba que ya estaba previamente barnizado. El objeto sesituabadespuésenunhornoysecalentabahastaunos600,00ºCenunaatmósferareductora.Conelcalorelbarnizsereblandecería,haciendoquelosionesdeplataycobresemoviesenhaciasuscapasinternas.Enesepunto,laatmósferareductorareduciría los iones de vuelta a los metales, que se juntarían formando lasnanopartículas causantes del color y del efecto óptico. Pero, a pesar de estademostración de un gran conocimiento del comportamiento de los materiales,estosartesanosno conocíanel conceptodenanopartículas como tal, fueMichaelFaraday quien dio la primera descripción en términos científicos de laspropiedadesópticasdelosmetalesaescalananométrica.

La característica principal de las nanopartículas es la variación de

propiedadesqueposeendeterminadoscompuestoscuandosutamañodepartículaesnanométrico,quepuedenvariarsustancialmentefrenteapartículasdelmismocompuesto de mayor tamaño. Gracias a los recientes avances tecnológicos laproduccióndeestasnanopartículasesahoraviableaescala industrial,yporellosuponen una nueva fuente de innovaciones en el campo de la ciencia de losmateriales,sobretodoenelámbitodelosnanocomposites,comosehacomentadoenelApartado1.1.1.

Acontinuaciónserecogeunatablaconalgunasdelasprincipalesaplicaciones

quetienenlasnanopartículasenelámbitoindustrial:[8]



ÁMBITO APLICACIÓN NANOPARTÍCULASENERGÍA Almacenamientode

hidrógenoNanopartículashíbridasmetálicas

Catalizadores TiO2,cerio,rhodio,platino,paladioCélulassolares

sensibilizadasporcolorante

TiO2

Mejoradematerialesparaánodoycátododepilas

decombustible

Nanoarcillas

SALUD AgentesdecontrasteMRI ÓxidosdehierroApósitosparaheridas

antibacterianosPlata

Fungicidas Cu2OProtectoressolares ZnOyTiO2

INGENIERÍA Herramientas ZrO2,Al2O3,cerámicosnoóxidosycobalto

Mejoraestructuralyfísicadepolímerosymateriales

compuestos

Nanoarcillas,nanooxidosynanohidroxidosdemetales.

Nanoarcillapolímeroreforzadoconcomposites

Organoarcillas(sepiolite,laponiteysmectite

Pigmentos Pb,Zn,MgyAg.OtrasNPsmetálicasincluyendoViO,AlO,CdOyotras

Resistentesaldesgaste/recubrimientos

resistentesalaabrasión

NanopartículasdealuminayY‐Zr2O3

Sensoresquímicos ‐Tintas:conductores,magnéticos,etc.

(utilizandopolvosdemetal)

Buenosconductorescomolaplata.

ELECTRÓNICA partículasmagnéticasparalaaltadensidaddealmacenamientodedatos

Fesolooencombinaciónconotrosmetales(onometales),CoPtoFePt

Circuitoselectrónicos Plata,cobreynanopartículasdeAlFerro‐líquido Fe(posiblementerecubiertascon

unacapadecarbono),Co,FeCoyFe3O4

Optoelectrónicadispositivostalescomo

interruptores

Gd2O3oY2O3dopadosconEu,Tb,Er,Ce

Químicamecánicaplanarización–CMP

Alumina,sílicaycerio

Tabla3:Aplicacionesindustrialesdelasnanopartículas


Así pues, vemos que en la actualidad las nanopartículas están teniendomúltiplesyvariadasaplicaciones,enmuchoscamposdelaciencia,conresultadossorprendentes. Como hemos comentado el avance tecnológico ha sido el que haposibilitado el reciente “boom” de la tecnología de las nanopartículas. Gracias aéste han aparecidomúltiplesmétodos de obtención de nanopartículas, entre loscuales nos interesará especialmente el utilizado para la producción denanopartículasdeSiO2.Unrecienteexperimentehaidodestinadoasuobtenciónapartir de residuos agroalimentarios [9]. El aprovechamiento de residuosagroindustrialeshasidountemadeconstanteestudioen losúltimosaños.Estosresiduos contienenuna cantidad significativade silicio enestado amorfo, el cualpuede ser transformado en nanopartículas de sílice cristalino, aumentando suatractivo.Estatransformaciónseconsiguegraciasaorganismosvivos,enestecasoanélidos de la especieEisenia foetida que actúan sobre la cascarilla de arroz, lapulpadecaféyelbagazodecaña.Estosresiduossonsometidosaunprocesodevermicompostaje obteniendo un producto sólido, que después es calcinado paramás tarde obtener las nanopartículas de óxido de silicio cristalino. El resultadofinaldeesteprocesoeslaobtencióndepartículasdeuntamañoinferiora50nm.

En nuestro ensayo concreto las partículas de SiO2 usadas tendrán un

diámetrocomprendidoentre10y20nm.Elpreciodeestaspartículasesde472,5eurospormediokilogramo,muyelevadosisecomparaconelpreciodemetalessemipreciosos (cobre: 5443,1 €/Ton; zinc: 1386,36 €/Ton; aluminio: 1379,10€/Ton;cotizacionesa15/04/13)ocomparándolodirectamenteconelpreciodelSiO2agranel,queesdeunos40‐80$/Ton.Estagrandiferenciadepreciotienesuprincipalcausaenladificultadparaobtenerpartículasdetamañotanreducido.Esconvenienteresaltar queelprecioreflejadoparalasnanopartículasdeSiO2eselpreciodecomprafacilitadoporelDepartamentodeIngenieríaMecánicadelETSI‐ICAIdelaUniversidadPontificiadeComillas,cuyovolumendecompraesmínimocomparadoconelquesetendríaencasodeusoindustrial.Portanto,estepreciopodría sermuchomenor dependiendo de la negociación con proveedores y porellonosehaconsideradorealizarunestudiodeviabilidadeconómicaporfaltadedatoscorrectos.



2.3.NANOCOMPOSITESDEMATRIZPOLIMÉRICA

Como se comentó en elapartado1.1 unPMNC consiste en su versiónmássencillaenlaadicióndenanopartículasaunamatrizpoliméricaparamodificarsucomportamiento radicalmente, haciendo uso de la naturaleza y propiedades delcomponentederellenonanométrico.Estaestrategiaesparticularmenteefectivaenlacreacióndecompositesdealtorendimiento,en losqueseconsigueunabuenadispersión del componente de relleno y las propiedades del mismo sonsignificativamentediferentesomejoresque lasde lamatriz.Debenotarseque lamejoradelaspropiedadesmetálicasnoestálimitadaasurigidezoresistencia.Conla adición de nanopartículas también se consigue mejorar propiedades quedependendeltiempo.

La dispersión de las nanopartículas dentro de la matriz polimérica es un

factor vital, limitante del porcentaje de volumen de nanopartículas dentro delnanocomposite, así como su funcionalidad. La dispersión del componente derelleno en el composite puede introducir nuevas propiedades físicas ycomportamientos no presentes en las matrices sin relleno. Esto cambia lanaturaleza de lamatriz original. Algunos ejemplos de estas nuevas propiedadesque adquieren las matrices son resistencia frente al fuego y biodegradabilidadacelerada.

Enalgunosestudios recientesen losque se fabricaronnanocomposites con

nanoestructuras de carbón unidimensionales y nanomateriales orgánicos einorgánicosbidimensionalesseobservóqueconbajasconcentracionesdecargadenanopartículas se produjo un refuerzo mecánico considerable, reflejado en unincrementodelmódulodeYoung,unrefuerzodelaresistenciaacompresiónydela resistencia a flexión. Estos resultados sugieren que el refuerzo mecánico esdependientedelamorfología,defectos,dispersióndelasnanopartículasdentrodelamatrizydeotrascaracterísticasdelcomposite.Engeneral lasnanoestructurasbidimensionalesproporcionanunmejor refuerzoque lasunidimensionales, y lasnanopartículas de materiales inorgánicos son mejores refuerzos que las dematerialesorgánicos.

Existe una amplia gama de aplicaciones de los nanocomposites en la

actualidad,quegeneralmenteseencuentrandentrodeloscamposdondeesusadala tecnología más puntera. A continuación destacamos algunas de las másrelevantes.

Aumento de la resistencia mecánica: investigadores de la NASA han

desarrolladonuevosmétodosparafortalecerresinasepoxisindisminuirladureza


o alterar los procesos ya existentes. Las dos tecnologías envueltas incluyen ladisposición controlada y selectiva de nanopartículas dentro de la matriz. Lasnanopartículasutilizadassondematerialestalescomonanofibrasynanotubosdecarbono y arcilla. Las aplicacionesmás destacadas son la creación de partes delcuerpodeunautomóvil,partesdelmotor,estructurasquedebentrabajaraaltastemperaturas, depósitos a alta presión para el almacenamiento de gas natural yarmadurascontraimpactodebalasentreotro.

Mejoradelafotoluminiscencia:sehainformadodequelautilizacióndeóxido

dezinc(ZnO)enlapreparacióndenanocompositeshaconllevadounaumentodelafotoluminiscenciadelcompuesto,mayorsegúnseaumentalapresenciadeZnOen el nanocomposite. Esta propiedad tiene uso en el sector de la óptica y de lailuminación. También para el sector de la óptica se consiguen materialesreforzados transparentes, ya que las partículas son tan pequeñas y en tan bajasconcentracionesquenoconsiguendispersarlaluz.

Mejoradelaconductividad:aesterespectosehadescubiertoquelainclusión

denanopartículasdeplataenalcoholpolivinílicodisminuyelabarreraentrefasesyaumentalaprobabilidaddequeloselectronessaltenlabarreramejorandoasílaconductividad.

Temperaturade reblandecimientobajocarga: losnanocompositespermiten

conseguiraumentosdehasta100ºCenlatemperaturadedeformaciónbajocarga,ampliando así las posibilidades de aplicación de los composites a mayorestemperaturasambientales(ej.capódeautomóviles)

Otrasaplicaciones:adhesivosconductores,recubrimientos,disminucióndela

permeabilidad, influencia sobre la cristalización, matrices de otros materialescompuestos…Adquierengranrelevanciaenlaindustriaaeronáutica.

Cap.3: Metodología Experimental


CAPÍTULO3:METODOLOGÍAEXPERIMENTAL3.1.PROCEDIMIENTODEENSAYODECAVITACIÓN

Enlossiguientesapartadossehaceunrecorridoportodoslospasosseguidosquehanconstituidolametodologíaseguidaenestainvestigaciónsobreelefectodela cavitación en los nanocomposites de matriz polimérica estudiados. Gracias aesteensayoobtendremosvaloresnuméricosdelamejoraquesuponelainclusiónde nanopartículas de SiO2 en cuanto a su resistencia frente a la erosión porcavitación.

3.1.1Preparacióndelasmuestras

El primerpasode todo ensayo será la preparaciónde lasmuestras con las

que se va a experimentar. En el caso del ensayo de cavitación, debido a lascaracterísticasespecíficasdelamáquinaquesevaautilizarparaelexperimento,elcompuesto creado va a ser aplicado en la superficie de un ““tip””. Por ““tip”” seconocelapartefinaldelsonicador(aparatoutilizadoparalacavitación)sobrecuyasuperficieplanaseproduceelefectoadversoestudiado.

Figura5:“tip”utilizadoenlosensayosdecavitación

Previoa la aplicacióndel compuesto sobre la superficiedel ““tip””hayque

realizarunprocesodesilanizadosobrelamisma,conelfindequelaadhesióndelcompositeal““tip””seamejor.Esteprocesodesilanizadosedescribeendetalleacontinuación.

Cap. 3: Metodología Experimental

PREPARACIÓNDELOS“TIPS”(SILANIZADO)Útilesnecesarios

‐Estropajodealuminio

‐Aguadesionizada(DIW)

‐Pipeta

‐pH‐metro



‐Vasodeprecipitadode0,5l.

‐Agitadormagnético

‐Bandeja

‐Horno


Reactivos‐Detergentealcalino(diluidoal5%)‐DesengrasanteMEK(Metiletilcetona)‐γ‐GPS:3‐Glicidoxypropyl‐trimetoxysilane,98%Cas‐2530‐83‐8MarcaALDRICH

Antesdeprocederalrecubrimientodelos““tips””conlamezcladeepoferynanopartículasprocederemosarealizaruntratamientosuperficialdelasuperficiede estos. Se intenta que nuestromaterial se adhiera a la superficie utilizando elmétododelsilanizado.Estossonlospasosquesellevaronacabo:1. Se limpiaron concienzudamente los “tips” con agua destilada y conmetiletilcetona.2.Seabrasalasuperficiedelos“tips”conunestropajodealuminioimpregnadoen

undetergentealcalino.3.Seaclaraconaguadestilada.4.Setomaunvasodeprecipitadosde500mlyserellenaconaguadestilada.5.Enunrecipienteapartesemezclaaguadestiladaconunas5gotasdeAcH0,01

M.6.SecalibraelPHdelvasodeprecipitadosa5,paraellose iránechandopocoa

pocogotasdelAcHmezcladoconelaguadestilada.7. Una vez que hemos conseguido un Ph de 5, se procede a rellenar unmatraz

aforado de 500 ml con el silano (3‐Glicidoxypropyl‐trimetoxylane 98%).Teniendoencuentaqueelsilano(GPS)debeestarenunaproporcióndeun1%sobreelvolumentotal,lacantidadaañadirparaconseguir500mLfinalesseráde5mLdesilano.

8.SerellenaconnuestramezcladeaguadestiladaconPH=5yseenrasaelmatraz

aforadohastaalcanzarlamarcade500mL.9.Sedejahidrolizando1horaenunagitador.10. Una vez terminado de hidrolizar se colocan los “tips” en un recipiente y se

sumergenduranteunahoraenelsilano.11. Después de una hora se dejan escurrir los “tips” durante 10 minutos en

posicióninclinada.12.Ahoraseprocedeameterlos“tips”durante1horaenunhornoa93ºCpara

secarloscompletamenteyqueelsilanoquedefijado.13.Sedejanenfriarlos“tips”alaireantesdeaplicarelrecubrimiento.



Larazónporlacualserealizaeltratamientosuperficialdesilanizadoespara

queelrecubrimientoquedefijadoalasuperficiedel“tip”medianteunacadenadesilanos.Estonosvaagarantizarqueelrecubrimientonosedesprendadurantelosensayosyestosquedenadheridosalasuperficie.

La introduccióndeestemétodoen losensayosaseguro lavidade los “tips”

recubiertos en casi la totalidad sin los cuales la vida de estos era apenas de un20%.

Enelcasodequeseusenestosmaterialescomounrecubrimientoaplicado

en forma de pintura se recomienda seguir este método para la adhesión delmaterial.

PREPARACIÓNDELOSRECUBRIMIENTOS:

Una vez que el adhesivo ha curado los “tips” ya están preparados para serrecubiertos. Se realizaron en principio tres “tipos de recubrimientos. Uno conresina epoxi y los otros dos añadiendo partículas nanométricas a esta base deresina obteniéndose un composite al 3% y al 5%. Para ello se procede de estaforma:

Útilesnecesarios

‐Vasodeplástico.

‐Pipetadesechable.

‐Balanzadeprecisión.


‐Jeringuilla.

‐Mezclador.

‐Cámaradevacío.

‐Moldesconlaformadelos““tips””.

Para epoxi solo: (para la obtención de 10 g de compuesto; para obtener otracantidadvariarproporcionalmenteloscomponentes)1.SetomalaresinaEpoferEX401(7,58g)ysuendurecedorEpofer432(2,42g)y

se mezclan en un vaso de plástico obteniendo 10 g de resina epoxi. Esimportantequeunavezquetenemoslaresinayantesdeañadirelendurecedordesgasificarlaenlacámaradevacío.

2.PararealizarelpesajeseintroduceelvasodeplásticoenunabalanzaMettlerAG

285yconunajeringuillaseechanlasproporcionesantescitadas.3.Seremuevelamezclaparaqueloscomponentessemezclenylaresinacure.4.Seviertelamezclasobrelos“tips”introducidosenelmolde5.Senivelalamezcla.6.Seesperan72horasdecuración.



Paralasinclusionesdenanopartículasañadimoslosiguiente:(paralaobtenciónde10 g de compuesto; para obtener otra cantidad variar proporcionalmente loscomponentes)1.Secolocaunvasodeplásticoenlabalanzayseechaenesteordenparaquelacuraciónnoempieceantesdeloprevistoestasproporciones:

Compositeal3%:7,35gderesina+0,3gdenanopartículasCompositeal5%:7,20gderesina+0,5gdenanopartículas

Cadavezqueseintroduceunanuevasustanciaenelvasodebemosdetararlabásculaparaeliminarerroresdemedición.2.Semezclaconunavarilladeplástico.3. Se introduce la mezcla en una jeringuilla a la cual se le ha acoplado unmezclador.4. Al salir del mezclador se recoge en un vaso y se vuelve a realizar el mismoproceso.5. Hay que repetir el proceso 7 veces para asegurarse de una perfecta

homogeneizacióndelamezcla.7.Elcompuestosedesgasificaenlacámaradevacío.6.Seañadeelendurecedor:Compositeal3%:+2,35gdeendurecedorCompositeal5%:+2,30gdeendurecedor10.Semezclaconlajeringuilla3vecesmás.11.Seviertelamezclasobrelos“tips”introducidosenelmolde.12.Senivelalamezcla.13.Seesperan72horasdecuración.

3.1.2.Ensayodelos“tips”medianteerosiónporcavitación

Una vez que hemos creado las muestras necesarias para poder realizar elensayode cavitaciónahoradebemos realizar el experimentopropiamentedicho.Durantelosensayosdenuestrosmaterialessenecesitóelsiguienteequipo:


Útilesnecesarios

El aparato empleado para la erosión mediante vibración es un vibradoracústicomodeloBRANSONHORNNo.101‐147‐031.

Figura6:vibradoracústicoBRANSON

Una campana de aislamiento acústico (modelo) para mitigar el ruido

producidoporelvibrador.

Figura7:campanadeaislamiento

Un controlador digital suministrado conjuntamente con el vibradormodelo

BRANSONdigitalsonifier250.



Figura8:controladordigitalBRANSON

Para los ensayos se necesitó agua destilada, un vaso de precipitados, un

termoparyunpedestalparasujetarelconjunto.

Figura9:pedestal

Un secador de pelo, papel de filtro y un secadero de sal para eliminar el

excesodeaguaenlosmaterialesporconsecuenciadelosensayos.


ParaelpesajedelasmuestrasseutilizóunabalanzadigitalMettlerconunaprecisióndecuatrodecimales.

Parámetrosestándarenlosensayos(obtenidosapartirdelanormaASTMG32‐06,consultarApéndice3)Frecuencia=20KHzAmplitud=25µmAmplitudnecesariaenelsonicador=15%Profundidaddeinmersióndel““tip””=12±4mmAlturadellíquidoenlacubeta=100±10mmLíquidoempleado=aguadestiladaTemperaturaenelensayo=25±2ºCAtmosfera=airea1±6%atmCubetaconcéntricaalcuernoconunerrordel5%Lacaradel“tip”axialalfondodelacubetaMaterialempleadoenlos“tips”=aluminio

Los “tips” llevaran un recubrimiento protector contra la erosión. Será elcompuesto creado,uncompositedematrizpoliméricacuyomaterialde refuerzosonnanopartículasdeSiO2.Medidadelespesordel“tip”.

Se han tomado 5 “tips” aleatorios y se han medido sus espesores con uncalibreencuatropuntosdistintosobteniéndose:Medida1=4,704,744,734,73Medida2=4,714,654,684,66Medida3=4,804,754,744,76Medida4=4,764,754,724,77Medida5=4,754,734,704,73



Todaslasdimensionessedanenmm.

Primeramenteseobtieneunamediadeespesorde cadaunode los5 “tips”con su correspondiente error (error de medida del calibre digital 0,01 mm).Posteriormentesehallalamediageneral,consuerrordemedida.Media1=4,73±0,01mmMedia2=4,68±0,01mmMedia3=4,76±0,01mmMedia4=4,75±0,01mmMedia5=4,73±0,01mmEspesormediodel“tip”=4,73±0,01mmRealizacióndelosensayos

Una vez se han terminado de curar los recubrimientos de los “tips” ya sepuedenempezarlosensayos:1. Se llena el vaso de precipitados con agua destilada a la altura adecuada. Se

realizaestaoperaciónconcadanuevoespécimen.2.Seatornillaconmuchocuidadodequequedebienfijadoun“tip”deprueba(sin

recubrimiento)3.Seintroduceenelcontroladordigitallosparámetrosnecesariosparaelensayo:

Tiempo=intervalosdeentre5‐10minutos

Temperaturamáxima=noloutilizaremos

Amplitud=15%

Modopulso=59,9sON/59,9sOFF

Modopulso‐temperatura=noesnecesario4.Secalibranuestrosistemaparaqueelvasoquedeconcéntricoalcuernoyquela

superficiedel“tip”quedealaalturadeinmersiónadecuada.5.Serealizauntestparaqueelcontroladorcompruebequenohayproblemas.


6.Conel“tip”depruebasehaceunensayodecavitacióndurante30min.Conlosanterioresparámetros,paraestabilizarelairedenuestrolíquido.

7.Terminadoestosedesatornillael“tip”deprueba.8.Setomaun“tip”recubiertoyselimpiaconDIW,sesecaysepesaenunabalanza

deprecisión.9.Seatornillael“tip”aensayarenelcuernodetalformaquenoquedenholguras.10.Seintroducelapuntadelcuernoconel“tip”comprobandoquelasuperficiedel

recubrimientoestáalaalturaidónea.Setomalatemperaturainicial.11. Se introducen losparámetrosdel ensayoenel controlador y seprocedea la

cavitacióndelasmuestras.12.Laduracióndetiempodelensayoenprincipioesde10min.13.Pasadoestetiemposedetendráelexperimento.Setomalatemperaturafinaly

sesacaráel“tip”dejándosesecarenunpapeldefiltrodurante5min.14.Seleaplicaráairedurante15s.15.Sepesaráel“tip”registrandolapérdidademasa.16. Estos cuatro últimos pasos se repetirán las veces que sean necesarias hasta

alcanzarlazonadepérdidademasaterminal(estazonasealcanzacuandolatasadeerosiónseestabiliza).

17.Despuésdeentre8–12horasdeensayohayquecambiarelaguaenelvasode

precipitados.18.Cuandopodamosdibujar la líneademáximaerosióny ladeerosiónterminal

habremosterminadolosensayosconese“tip”.Típicamentellegaremoshastalos100minutosdeensayoparacadaunodelos“tips”.

3.2.PROCEDIMIENTODEENSAYODEFLEXIÓN

En los siguientes apartados se hace un recorrido por la metodología deensayosseguidaparadeterminarlosvaloresnuméricosdelcompuestocreadoenrelaciónconsucapacidadpararesistiralaflexión.Seensayaráconuncompuestoformado únicamente por epoxi, con otro compuesto formado por epoxi ynanopartículas al 3% y por último con un compuesto formado por epoxi ynanopartículas de SiO2 al 5%. Así pues, será posible hacer una comparación delcomportamiento frente a flexión no solo de estos compuestos entre si, sino concualquierotrotipodematerialdepropiedadesmecánicasconocidas.



3.2.1.PreparacióndelasmuestrasLasmuestrasquevanaserensayadasaflexiónvaríansustancialmentefrente

a las quehan sidodescritas en elApartado3.1.1.En este casono existe soportemetálicosobreelquedisponerelcompuesto,sinoqueelcompuestoconstituyeel100% de la probeta, que tiene una forma prismática alargada como se puedeobservarenlasiguienteimagen:

Figura10:Probetaparaflexión

La preparación de las muestras constará de dos etapas, una primera de

creacióndel compuestoyunasegundaen laquesevierteel compuestosobreelmolde para que durante la curación del epoxi la probeta adquiera la formarequeridaparaelensayo.

Dadoquelaprimeraetapadecreacióndelcompuestoesexactamenteiguala

la seguida en el Apartado 3.1.1, no volveremos a referir el mismo proceso porcompleto.Solamenteapuntarque,adiferenciadelapreparacióndemuestrasparaelensayodecavitación,seutilizaránmoldesespecíficosparaelensayodeflexión,sinque se introduzcaun soportemetálico en elmolde sobre elquedepositar elcompuesto.

Figura11:Moldeparaelensayodeflexión


3.2.2.EnsayodeflexiónsobrelasprobetasParalarealizacióndeesteensayovaasernecesarioelusodelossiguientes

elementos:

Útilesnecesarios:

Máquina universal de ensayos IBTH500 de la marca IBERTEX, que llevaráacoplado el útil de flexión en tres puntos y que dispondrá de un ordenadorconectadoaellaconelsoftwareadecuadoparalaoperaciónytomadedatos.

Figura12:MáquinadeflexiónIBTH500

Parámetrosestándardelosensayos:(obtenidosapartirdelanormaUNE‐ENISO178,consultarApéndice4)

Elparámetrofijadoenelensayoeseldelavancedelcabezaldelamáquina,queseráde1mm/min.Esto implicaqueelcentrode laprobeta,queesdondeseapoyaelcabezal,tendráunaflechaqueaumentaráaunritmode1mm/min.



Medidadelespesordelaprobeta:

Para cada una de las probetas se determinará su espesor, ya que éste esnecesarioparadeterminarunodelosparámetrosdelensayo.Comosehadichoenelapartadoanteriorlaseparaciónentreapoyosseráproporcionalalespesordelaprobeta.Conestefinenlasiguientetablaaparecenlosdatosdetodaslasprobetasensayadas.Paracadaunadeellassehantomadocincomedidasdesuespesorencincopuntosdiferentes,deloscualessehaobtenidounvalormedioqueeselqueluegohasidousadoparacalcularladistanciaentreapoyos.

Realizacióndelosensayos:

Una vez finalizado el ensayo de cada probeta, regido según los parámetrosespecificadosmás arriba, el software de lamáquina nos devuelve un fichero deExcel que contiene todos los datos registrados durante el tiempo que dura elexperimento.Entreellos secuentaelavancede laherramientade lamáquina (ypor tantode la flechade laprobeta en su centro, lugardemáxima flexión) y lafuerzaejercidaporlamáquinaparaproducirlaflexión,datosimprescindiblesparapodercalcularnuméricamentelaresistenciadelaprobetaalaflexión.Elresultadofinalseráunagráficaquerepresentelatensiónfrentealadeformación.Enellasepodrá observar tanto el comportamiento elástico como el comportamientoplástico.3.3.PROCEDIMIENTODEENSAYODEDUREZASHORED

En los siguientes apartados se hace un recorrido por la metodología deensayosseguidaparadeterminarladurezadelcompuestocreado.Seensayaráconun compuesto formado únicamente por epoxi, con otro compuesto formado porepoxiynanopartículasal3%yporúltimoconuncompuestoformadoporepoxiynanopartículas de SiO2 al 5%.Así pues, será posible hacer una comparacióndelcomportamiento frente a flexión no solo de estos compuestos entre si, sino concualquierotrotipodematerialdepropiedadesmecánicasconocidas.

3.3.1.PreparacióndelasmuestrasParahallarladurezadelcompuestosevaautilizarlaspropiasprobetasque

fueroncreadasparaelensayodeflexión.Sedebetenerencuentaquelasmedidasdedurezasetomanantesdehaberrealizadoelensayodeflexión,yasihiciéramosesteanteslasmedidaspodríanversedistorsionadas.Porelcontrario,elhechoderealizarlasmedidasdedurezaantesdelasdeflexiónnoafectaaéstasúltimas.


Asípues,enestecasoelprocesodepreparacióndelasmuestrasesanálogoalyadescritoenelApartado3.2.1.

3.2.2.EnsayodeflexiónsobrelasprobetasParalarealizacióndeesteensayovaasernecesarioelusodelossiguientes

elementos:

Útilesnecesarios:

DurómetroShoreDdelamarcaBareiss.

Figura13:DurómetroBareiss

Parámetrosestándardelosensayos:

El único parámetro fijado para este ensayo es el del peso que se colocaencimade lapuntaque impacta con la superficiedel composite.Estepesoesde37,5N.

Realizacióndelosensayos:

Larealizacióndeesteensayoconstademuypocospasos:

1. Secargaeldurómetroconelpesoespecificadoporlanorma.



2. Sesitúalaprobetaaensayardebajodelapuntadeldurómetro.3. Sedescargalapuntadeldurómetrosobrelaprobetaaccionandolapalanca.4. Se deja en esta posición hasta que se estabilice la medida. Se anota la

medidaysedescargalaprobeta.

Setomaráncincomedidasencadaprobeta,encincopuntosdiferentesdelamisma, para que lamedida tomada en un punto no se vea distorsionada por lamedida tomadaenotropunto.De lascincomedidassacamos lamediaparacadaprobeta.Dadoquemedimosladurezaencincoprobetasdistintasparacadatipodeprobeta,tendremos25medidasdedurezaparacadatipodeprobeta(epoxi,epoxi+nanopartículasal3%yepoximásnanopartículasal5%).Seresumiránlosdaosobtenidos en un cuadro, en el que también aparecerán las desviaciones de cadatipo de probeta y una comparación con otros nanocomposites de matrizpolimérica.

3.4.PROCEDIMIENTODEENSAYODETRACCIÓN

En los siguientes apartados se hace un recorrido por la metodología deensayosseguidaparadeterminarlosvaloresnuméricosdelcompuestocreadoenrelaciónconsucapacidadpararesistiralatracción.Seensayaráconuncompuestoformado únicamente por epoxi y con otro compuesto formado por epoxi ynanopartículas al 3%. Así pues, será posible hacer una comparación delcomportamiento frentea tracciónnosolodeestoscompuestosentresi, sinoconcualquierotrotipodematerialdepropiedadesmecánicasconocidas.

3.4.1.PreparacióndelasmuestrasLasmuestrasquevanaserensayadasaflexiónvaríansustancialmentefrente

a las quehan sidodescritas en elApartado3.1.1.En este casono existe soportemetálicosobreelquedisponerelcompuesto,sinoqueelcompuestoconstituyeel100% de la probeta, que tiene una forma prismática alargada como se puedeobservarenlasiguienteimagen:


Figura14:Probetaparatracción

La preparación de las muestras constará de dos etapas, una primera de

creacióndel compuestoyunasegundaen laquesevierteel compuestosobreelmolde para que durante la curación del epoxi la probeta adquiera la formarequeridaparaelensayo.

Dadoquelaprimeraetapadecreacióndelcompuestoesexactamenteiguala

la seguida en el Apartado 3.1.1, no volveremos a referir el mismo proceso porcompleto.Solamenteapuntarque,adiferenciadelapreparacióndemuestrasparaelensayodecavitación,seutilizaránmoldesespecíficosparaelensayodetracción,sinque se introduzcaun soportemetálico en elmolde sobre elquedepositar elcompuesto.

Figura15:Moldeparaelensayodetracción

3.4.2.EnsayodetracciónsobrelasprobetasParalarealizacióndeesteensayovaasernecesarioelusodelossiguientes

elementos:



Útilesnecesarios:

Máquina universal de ensayos IBTH500 de la marca IBERTEX, que llevaráacoplado el útil de flexión en tres puntos y que dispondrá de un ordenadorconectadoaellaconelsoftwareadecuadoparalaoperaciónytomadedatos.

Figura16:MáquinadeflexiónIBTH500

Parámetrosestándardelosensayos:

Elparámetrofijadoenelensayoeseldelavancedelcabezaldelamáquina,que será de 1mm/min. Esto implica que la probeta, sufrirá una elongación queaumentaaunritmode1mm/min.Medidadelespesordelaprobeta:

Para cada una de las probetas se determinará su espesor, ya que éste esnecesarioparadeterminarunodelosparámetrosdelensayo.Comosehadichoenelapartadoanteriorlaseparaciónentreapoyosseráproporcionalalespesordelaprobeta.Conestefinenlasiguientetablaaparecenlosdatosdetodaslasprobetasensayadas.Paracadaunadeellassehantomadocincomedidasdesuespesoren


cincopuntosdiferentes,deloscualessehaobtenidounvalormedioqueeselqueluegohasidousadoparacalcularladistanciaentreapoyos.Realizacióndelosensayos:

Una vez finalizado el ensayo de cada probeta, regido según los parámetrosespecificadosmás arriba, el software de lamáquina nos devuelve un fichero deExcel que contiene todos los datos registrados durante el tiempo que dura elexperimento.Entreellos secuentaelavancede laherramientade lamáquina (ypor tanto de la elongación de la probeta) y la fuerza ejercida por la máquinadurante la tracción,datos imprescindiblesparapodercalcularnuméricamente laresistencia de la probeta a la tracción. El resultado final será una gráfica querepresente la tensión frentea ladeformación.Enella sepodráobservar tantoelcomportamientoelásticocomoelcomportamientoplástico.

Cap. 4: Resultados


CAPÍTULO4:RESULTADOS

4.1.RESULTADOSDELENSAYODECAVITACIÓN.

En el siguiente apartado se recogen los resultados que ha arrojado elexperimentodecavitación.Esteensayoseharealizadosobretrestiposdiferentesdeprobetas(soloepoxi,epoxi+nanopartículasal3%yepoxi+nanopartículasal5%),yparacadatipodeprobetasehanensayadotresprobetas.

ProbetasdeepoxisoloComo ya se ha explicado en el apartado 3.1.Técnica de cavitación, la

metodología consiste en realizar el ensayo de cavitación en intervalos de 10minutos, entre los cuales se procede a lamedición del peso de la probeta y, enconsecuencia, de la pérdida de masa durante los últimos 10 minutos. Estosresultados son los que se recogen en la siguiente tabla para los ensayos de lasprobetas de epoxi, con una duración total del ensayo de 100minutos para cadaprobeta:

TIPNºPROBETAS

1 2 3 4

MASA(mg)

Inicial 5850,71 5407,33 5580,66 5440,7410’ 5548,15 5388,65 5573,35 5426,4820’ 5522,42 5359,68 5568,46 5412,8730’ ‐ 5343,76 5557,42 5392,1140’ ‐ 5331,12 5543,82 5377,0150’ ‐ 5320,61 5535,7 5365,6960’ ‐ 5310,28 5526,95 5356,4270’ ‐ 5299,48 5516,86 5348,5180’ ‐ 5289,23 5507,49 5340,2390’ ‐ 5278,92 5498,11 5329,86100’ ‐ 5268,75 5488,09 5319,77

Tabla4:Masadelasprobetasdeepoxi

Nota:lasmedidasdelaprobeta1nosonfiablesapartirdelminuto20pordesprendimientosdelrecubriendodebidosaefectosnorelacionadosconlacavitación.Susvaloresnohansidotenidosencuentaduranteloscálculos.

A partir de la tabla anterior podremos calcular la pérdida demasa que se

producecada10minutossimplementeconrestaralvalordemasaanteriorelvalorde masa una vez pasados los diez minutos. En la siguiente tabla aparecen losresultadosdeestaoperación:

Cap. 4: Resultados

TIPNº 1 2 3 4

PÉRDIDADEMASA(mg) Inicial 0 0 0 0

10’ 302,56 18,68 7,31 14,2620’ 25,73 28,97 4,89 13,6130’ ‐ 15,92 11,04 20,7640’ ‐ 12,64 13,6 15,150’ ‐ 10,51 8,12 11,3260’ ‐ 10,33 8,75 9,2770’ ‐ 10,8 10,09 7,9180’ ‐ 10,25 9,37 8,2890’ ‐ 10,31 9,38 10,37100’ ‐ 10,17 10,02 10,09

Tabla5:Pérdidademasadelasprobetasdeepoxi

Parapoderestudiarelcomportamientodeestecompuestofrentealaerosión

por cavitación tenemos que obtener los datos de la tasa de erosión y la erosiónacumulada.Estossonlosparámetrosqueusaremosparacompararestecompuestoconlosdemásqueestemosensayando.

Paracalcular laerosióntendremosquehacerunasencillaoperación.Habráquesumarlaerosiónqueseproducecadadiezminutosalaerosiónprevia.Enlasiguientetablaserecogenestoscálculos.Además,secalculaelvalormediodelastresprobetas.

TIPNº 1 2 3 4 Media

EROSIÓNACUMULADA(mg)

Inicial 0 0 0 0 0

10’ 302,56 18,68 7,31 14,26 13,4220’ 328,29 47,65 12,2 27,87 29,2430’ ‐ 63,57 23,24 48,63 45,1540’ ‐ 76,21 36,84 63,73 58,9350’ ‐ 86,72 44,96 75,05 68,9160’ ‐ 97,05 53,71 84,32 78,3670’ ‐ 107,85 63,8 92,23 87,9680’ ‐ 118,1 73,17 100,51 97,2690’ ‐ 128,41 82,55 110,88 107,28100’ ‐ 138,58 92,57 120,97 117,37

Tabla6:Erosiónacumuladaprobetasepoxi

Apartirdelosvaloresdeestatablapodremoselaborarunagráficadeerosiónacumulada frente a tiempo para cada una de las probetas, la cual aparece acontinuación(cadagráficaaparecedesignadaporelnúmerodelaprobetaalaquepertenece):

Cap. 4: Resultados


E ros ion acumulada

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 20 40 60 80 100 120

T iempo [min.]

Erosión acumulada

[mg]

2

3

4

Gráfica2:Erosiónacumulada‐tiempoprobetasepoxi

Sepuedeobservarquetodaslasprobetastienenuncomportamientosimilarconeltiempo,conciertavariaciónmuestral.Peroelparámetroqueusaremosparalacomparacióndeestecompuestoconotrosserálamediadelosvaloresdelastresprobetas. La gráfica de la erosión acumulada media frente al tiempo aparece acontinuación:

E ros ión acumulada

0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80 100

T iempo (min.)

Erosión acumulada (mg)

E poxy

Gráfica3:Erosiónacumulada‐tiempomediaprobetasepoxi

Elotrogranparámetroquenosvaaservirparacompararelcomportamiento

dedistintoscompuestofrentealacavitacióneslatasadeerosión.Elcálculodelamismaessencillo,teniendoencuentalapérdidademasayeltiempotranscurridoparaqueseproduzcadichapérdidahayquedividirambosfactoresparaobtenerla

Cap. 4: Resultados

tasa de erosión. En la siguiente tabla se dan los resultados obtenidos para lasdiferentesprobetasensayadas:


TASADEEROSIÓN(mg/min.)

Inicial 0 0 0 0 0

10’ ‐ 1,87 0,73 1,43 1,3420’ ‐ 2,90 0,49 1,36 1,5830’ ‐ 1,59 1,10 2,08 1,5940’ ‐ 1,26 1,36 1,51 1,3850’ ‐ 1,05 0,81 1,13 160’ ‐ 1,03 0,88 0.93 0,9470’ ‐ 1,08 1,01 0,79 0,9680’ ‐ 1,03 0,94 0,83 0,9390’ ‐ 1,03 0,94 1,04 1100’ ‐ 1,02 1 1,01 1,01

Tabla7:Tasadeerosiónprobetasdeepoxi

Con estos valores de tasa de erosión realizamosun gráfico tasa de erosiónfrenteatiempoparacadaunadelasprobetas:

Tas a de eros ión

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 20 40 60 80 100 120

T iempo [min.]

Tasa de erosión

[mg/m

in.]

2

3

4

Gráfica4:Tasadeerosión‐tiempoprobetasdeepoxi

Deigualmaneraqueocurríaconlaerosiónacumulada,losvaloresdetasade

erosiónquerealmentenosinteresansonlospertenecientesalamediacalculadadelasprobetasensayadas.Enlasiguientegráficaaparecereflejadoesteparámetro:

Cap. 4: Resultados


Tasa de eros ión

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

0 20 40 60 80 100

Tiempo (min.)

Tasa de erosión (mg./min)

E poxy

Gráfica5:Tasadeerosión‐tiempomediaprobetasepoxi

Con todos estos datos y cálculos ya tenemos perfectamente definido el

comportamientodelepoxi frentea lacavitación.Estoesvital,puestoqueunodelosobjetivosdeesteestudioes lacomparacióndelepoxisimpleconelepoxiconnanopartículas ocluidas. Esto nos dará una idea de la influencia que estasnanopartículastienenenelcomportamientodelcompuestofrentealaerosiónporcavitación. En los siguientes apartados se estudia el comportamiento del epoxicuandoseocluyennanopartículasdeSiO2al3%y5%.

ProbetasepoximásnanopartículasdeSiO2al3%Lametodologíadeensayoparaestasprobetasseráanálogaalayausadapara

lasprobetasde epoxi, teniendoen cuenta losmismosparámetros y cálculos.Asímismo las tablasygráficas realizadasenesta sección sonequivalentesa lasqueaparecen en la sección anterior. Pasamos pues a las tablas con los datos y loscálculosrealizados.

Cap. 4: Resultados

TIPNº 1 2

MASA(mg)

Inicial 5436,03 5420,110’ 5432,71 5418,2520’ 5422,39 5409,7330’ 5411,42 5401,0740’ 5399,01 5390,850’ 5389,04 5379,9960’ 5382,66 5369,2670’ 5371,49 5358,1580’ 5362,35 5345,9390’ 5354,78 5338,77100’ 5346,59 5332,12

Tabla8:Masadelasprobetasdeepoxi+SiO23%

TIPNº 1 2

PÉRDIDADEMASA(mg) Inicial 0 0

10’ 3,32 1,8520’ 10,32 8,5230’ 10,97 8,6640’ 12,41 10,2750’ 9,97 10,8160’ 6,38 10,7370’ 11,17 11,1180’ 9,14 12,2290’ 7,57 7,16100’ 8,19 6,65

Tabla9:Pérdidademasaprobetasepoxi+SiO23%

TIPNº 1 2 Media

EROSIÓNACUMULADA(mg) Inicial 0 0 0

10’ 3,32 1,85 2,5920’ 13,64 10,37 12,0130’ 24,61 19,03 21,8240’ 37,02 29,3 33,1650’ 46,99 40,11 43,5560’ 53,37 50,84 52,1170’ 64,54 61,95 63,2580’ 73,68 74,17 73,9390’ 81,25 1,33 81,29100’ 89,44 87,98 88,71

Tabla10:Erosiónacumuladaprobetasepoxi+SiO23%

Cap. 4: Resultados


Igualqueantesprimeroreflejaremoslagráficaconlosvaloresobtenidospara

las probetas por separado y una segunda gráfica con los valores de erosiónacumuladaenfuncióndeltiempoparalamediaobtenidaconlosdatosdecadaunadelasprobetas.

E ros ion acumulada

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100

T iempo [min.]

Erosión acumulada [mg]

1

2

Gráfica6:Erosiónacumulada‐tiempoepoxi+SiO23%


0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80 100

T iempo (min.)


E poxy+3% S iO2

Gráfica7:Erosiónacumulada‐tiempomediaprobetasepoxi+SiO23%

Cap. 4: Resultados

Porúltimopasamosalparámetrodetasadeerosión.Seprocedeexactamenteigualquesehizoconlasprobetasdeepoxi:

TIPNº 1 2 3 Media

TASADEEROSIÓN(mg/min) Inicial 0 0 0 0

10’ 0,33 0,19 0,2620’ 1,03 0,85 0,9430’ 1,1 0,87 0,9840’ 1,24 1,03 1,1350’ 1 1,08 1,0460’ 0,64 1,07 0,8670’ 1,12 1,11 1,1180’ 0,91 1,22 1,0790’ 0,76 0,72 0,74100’ 0,82 0,67 0,74

Tabla11:Tasadeerosiónprobetasepoxi+SiO23%

Tas a de eros ión

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 20 40 60 80 100

T iempo [min.]

Tasa de erosión [mg/m

in.]

1

2

Gráfica8:Tasadeerosión‐tiempoepoxi+SiO23%

Cap. 4: Resultados


Tasa de eros ión

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

0 20 40 60 80 100

Tiempo (min.)


E poxy+3% S iO2

Gráfica9:Tasadeerosión‐tiempomediaprobetasepoxi+SiO23%

ProbetasepoximásnanopartículasdeSiO2al5%Lametodologíadeensayoparaestasprobetasseráanálogaalayausadapara

las probetas de epoxi y de epoximásnanopartículas de SiO2 al 3%, teniendo encuentalosmismosparámetrosycálculos.Asímismolastablasygráficasrealizadasen esta sección son equivalentes a las que aparecen en las secciones anteriores.Pasamospuesalastablasconlosdatosyloscálculosrealizados.

TIPNº 1 2 3 4

MASA(mg)

Inicial 5619,81 5453,14 5625,53 5529,0210’ 5616,49 5450,58 5624,31 5528,1320’ 5608,81 5440,66 5609,64 5519,4130’ 5596,34 5426,65 5598,05 5510,9740’ 5585,25 5417,81 5585,28 5499,2550’ 5579,04 5408,78 5575,44 5491,7160’ 5569,05 5400,2 5567,41 5483,3370’ 5558,91 5391,12 5556,93 5476,6280’ 5548,76 5381,84 5548,4 5469,7490’ 5540,71 5373,66 5540,59 5462,65100’ 5532,13 5365,6 5532,61 5455,48

Tabla12:Masadelasprobetasdeepoxi+SiO25%

Cap. 4: Resultados

TIPNº 1 2 3 4

PÉRDIDADEMASA(mg) Inicial 0 0 0 0

10’ 3,32 2,56 1,22 0,8920’ 7,68 9,92 14,67 8,7230’ 12,47 14,02 11,59 8,4440’ 11,09 8,84 12,77 11,7250’ 6,21 9,03 9,84 7,5460’ 9,99 8,58 8,03 8,3870’ 10,14 9,08 10,48 6,7180’ 10,15 9,28 8,53 6,8890’ 8,05 8,18 7,81 7,09100’ 8,58 8,06 7,98 7,17

Tabla13:Pérdidademasaprobetasepoxi+SiO25%


EROSIÓNACUMULADA(mg) Inicial 0 0 0 0 0

10’ 3,32 2,56 1,22 0,89 220’ 11 12,48 15,89 9,61 12,2530’ 23,47 26,49 27,48 18,05 23,8740’ 34,56 35,33 40,25 29,77 34,9850’ 40,77 44,36 50,09 37,31 43,1360’ 50,76 52,94 58,12 45,69 51,8870’ 60,9 62,02 68,6 52,4 60,9880’ 71,05 71,3 77,13 59,28 69,6990’ 79,1 79,48 84,94 66,37 77,47100’ 87,68 87,54 92,92 73,54 85,42

Tabla14:Erosiónacumuladaprobetasepoxi+SiO25%

Igualqueantesprimeroreflejaremoslagráficaconlosvaloresobtenidospara

las probetas por separado y una segunda gráfica con los valores de erosiónacumuladaenfuncióndeltiempoparalamediaobtenidaconlosdatosdecadaunadelasprobetas.

Cap. 4: Resultados



‐20

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

T iempo (min.)

Ero

sión acumulada (mg)

1

2

3

4

Gráfica10:Erosiónacumulada‐tiempoepoxi+SiO25%


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 20 40 60 80 100

T iempo (min.)


E poxy+5% S iO2

Gráfica11:Erosiónacumulada‐tiempomediaprobetasepoxi+SiO25%

Porúltimopasamosalparámetrodetasadeerosión.Seprocedeexactamente

igualquesehizoconlasprobetasdeepoxiyconlasdeepoximásnanopartículasdeSiO2al3%:

Cap. 4: Resultados


TASADEEROSIÓN(mg/min) Inicial 0 0 0 0 0

10’ 0,33 0,26 0,12 0,09 0,220’ 0,77 0,99 1,47 0,87 1,0230’ 1,25 1,4 1,16 0,84 1,1640’ 1,11 0,88 1,28 1,17 1,1150’ 0,62 0,9 0,98 0,75 0,8260’ 1 0,86 0,8 0,84 0,8770’ 1,01 0,91 1,05 0,67 0,9180’ 1,02 0,93 0,85 0.69 0,8790’ 0,81 0,82 0,78 0,71 0,78100’ 0,86 0,81 0,8 0,72 0,79

Tabla15:Tasadeerosiónprobetasepoxi+SiO25%

Tas a de eros ión

‐0,5

0

0,5

1

1,5

2

0 20 40 60 80 100 120

T iempo (min.)

Tasa de erosión

(mg/m

in.)

1

2

3

4

Gráfica12:Tasadeerosión‐tiempoepoxi+SiO25%

Cap. 4: Resultados


Tas a de eros ión

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

0 20 40 60 80 100

Tiempo (min.)


E poxy+5% S iO2

Gráfica13:Tasadeerosión‐tiempomediaprobetasepoxi+SiO25%

Comparaciónentrelostrescompuestos

Hastaahora sehaanalizadocadaunode los tres compuestospor separado(epoxi, epoxi+SiO2 3% y epoxi+SiO2 5%). En esta sección compararemos losresultadosobtenidosparaunosyotros, determinandocuálde ellos se comportamejor frente a la erosiónpor cavitación, e indicando la influencia que tienen lasnanopartículasaesteefecto.

Loprimeroquedebemoshaceressituar lasgráficasdeerosiónacumulada‐tiempo y tasa de erosión‐tiempo de las medias de las distintas probetas en unmismo gráfico. Esto nos dará la oportunidad de comparar de forma tantocualitativacomocuantitativalosdiferentestiposdeprobetasentresí.

Cap. 4: Resultados


0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80 100

T iempo (min.)


E poxy+5% S iO2

E poxy

E poxy+3% S iO2

Gráfica14:ComparativaErosiónacumuladaparalosdiferentestiposdeprobeta

Lo primero que podemos observar es que el epoxi presenta una erosión

acumulada claramente mayor para cualquier intervalo de tiempos. De ello yapodemosdeducirquelainclusióndenanopartículasdeSiO2afectafavorablementea la resistenciaa laerosiónporcavitación.Podríamoscifrarestagananciaenun25% menos de masa perdida al cabo de los 100 minutos de ensayo. Un datocuriosoquesevefácilmenteenlagráficaesquenoexisteunadiferenciaapreciableentrelasprobetasquecontienennanopartículasal3%yal5%.Estopuedellevarados conclusiones, o bien la diferencia entre el tres y el cinco por ciento es taninsignificante en el conjunto global del compuesto que no hay diferencias entreellos, o bien puede darse el hecho de que a partir de cierto porcentaje denanopartículasdeSiO2yanoseproducemejoradelaresistenciaalaerosiónporcavitación.Seríapreciso realizarunmayornúmerodeensayosconprobetasconunmayorporcentajedenanopartículasafindecomprobarestepunto.

Además de esta reducción de masa perdida, lo siguiente que podemos

observar es que el comportamiento de nuestras probetas es el teóricamenteestablecidoparalosensayosdecavitación.

Enlosensayosdecavitaciónexisteunaprimerafaseenlaquelapérdidade

masa avanza a un ritmo lento, puesto que la superficie de la probeta es muyuniformeyesmásdifícilarrancarpartículasdelcompuesto.Ennuestrostrestiposde compuesto podríamos establecer que esta etapa abarca los primeros 10minutosdeensayo,enlosquelaerosiónespequeña.EsteefectoocurresobretodoparaloscompuestosreforzadosconSiO2,enlosquelosdiezprimerosminutosdeensayoapenastienenefecto.Eltiempoqueduraestafaseesconocidocomotiempodeincubaciónnominal.

Cap. 4: Resultados


Lasiguienteetapadelprocesodeerosiónporcavitaciónconllevaunarápidaescalada de la pérdida demasa. La tasa de erosión como veremosmás adelanteaumentamuchoduranteestaetapayalcanzasumáximo.

El procesode erosiónpor cavitación terminará finalmente enuna etapade

estabilizacióndelaerosión.Esconocidacomozonadepérdidaterminaldemasa.Elcompuestosesigueerosionando,perolohacemásdespacioqueenlaanterioretapa.

Lo hasta ahora visto nos da una idea más cualitativa que cuantitativa del

comportamiento de los compuestos. Según la norma (consultar Apéndice 1), elresultadoprimariodeunensayodeerosióneslacurvaerosiónacumulada‐tiempo.Aunquelosdatosenbrutoestaránentérminosdepérdidademasaversustiempo,parasuanálisisyposteriorrealizacióndeun informeesnecesarioconvertirlosauna curva “meandepthof erosion” (MDE)‐tiempo, ya que la pérdida volumétricatiene más sentido que la pérdida de masa cuando se comparan materiales condiferentesdensidades.Paraelcálculodeesta“meandepthoferosion”setendráencuentaunáreade1,986cm2.

En nuestro ensayo, dado que estamos ensayando con materiales cuya

densidad exacta desconocemos, no podemos calcularlo. Aun así, para podercalcularelparámetroanteriormentemencionadovamosasuponerladensidaddelepoxi(ρ=1200kg/m3)paralostrescompuestos.LafórmulaparacalculalaMDEeslaquesigue:

MDE=Pérdidademasa/Área•DensidadLos resultadosdeestenuevoparámetroaparecenreflejadosen lasiguiente

tabla:

TipoTIP Epoxi Epoxi+3%SiO2

Epoxi+5%SiO2

PROFUNDIDADMEDIADE

EROSIÓN(μm

)

Inicial 0 0 0

10’ 56,3 10,85 8,3820’ 122,69 50,37 51,3830’ 189,44 91,56 100,1740’ 247,26 139,14 146,7750’ 289,15 182,74 180,9960’ 328,8 218,64 217,6870’ 369,08 265,39 255,8780’ 408,11 310,19 292,4290’ 450,15 341,1 325,08100’ 492,5 372,23 358,43

Tabla16:Profundidadmediadeerosión

Cap. 4: Resultados

Losiguienteaanalizareslayacomentadatasadeerosión.Enlagráficaqueaparece a continuación se comparan las tasas de erosión de los tres tipos deprobetas.

Tas a de eros ión

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

0 20 40 60 80 100

Tiempo (min.)


E poxy

E poxy+5% S iO2

E poxy+3% S iO2

Gráfica15:Comparacióntasasdeerosión‐tiempodelasdiferentesprobetas

Se comprueba lo ya comentado anteriormente, una tasa de erosión que

inicialmente todavía es muy baja, que en la siguiente fase aumenta mucho yalcanzaunpicodondesehacemáxima,yporúltimounaseriedeoscilacionesqueseprolonganhastaquesevaestabilizandopocoapocoentornoaunvalordetasadeerosión.

Al igual que ocurría cuando analizábamos la erosión acumulada la tasa de

erosiónde loscompuestosque incluyennanopartículassiempreesmenorque ladelepoxisólo.Latasadeerosiónmáximaesmuchomenor(aproximadamenteun27%), y la tasa de erosión terminal también es menor (un 25% menoraproximadamente).DetodoestodeducimosquelainclusióndenanopartículasdeSiO2enunaresinaepoximejoraclaramentelaresistenciadeéstaalaerosiónporcavitación. Igual que ya habíamos comprobado con la erosión acumulada elcomportamiento de las probetas cargadas con nanopartículas es muy similar,independientementedelporcentajeenqueéstasseencuentren.

De forma análoga a lo que hacíamos con la erosión acumulada se puede

calcularlatasadeerosiónenfuncióndelaprofundidadqueerosionaporminuto.Enlasiguientetablasemuestranlosresultados:

Cap. 4: Resultados


TipoTIP Epoxi Epoxi+3%SiO2

Epoxi+5%SiO2

TASADEPROFUNDIDAD

MEDIADEEROSIÓN(μm/m

in) Inicial 0 0 0

10’ 5,63 1,08 0,8420’ 6,64 3,95 4,330’ 6,67 4,12 4,8840’ 5,78 4,76 4,6650’ 4,19 4,36 3,4260’ 3,97 3,59 3,6770’ 4,03 4,67 3,8280’ 3,9 4,48 3,6590’ 4,2 3,09 3,27100’ 4,24 3,11 3,33

Tabla17:Tasadeprofundidadmediadeerosión

Comoresumenfinaldelosresultadosfinalesmásimportantesdeesteensayo

contamosconlasiguientetabla

Tasadeerosiónmáxima(μm/min.)

Tiemponominaldeincubación*(min.)

TiempoparaunMDEde50μm(min.)

TiempoparaunMDEde

100μm(min.)

Epoxi

Media 8,86 ‐ 13,33 26,67Desviaciónestándar 3,23 ‐ 5,57 11,55

Coeficientedevariación% 36,46 ‐ 43,3 43,3

Epoxi+3%SiO2

Media 5,17 10 25 36,67Desviaciónestándar 0,06 0 7,07 5,77

Coeficientedevariación% 1,16 0 28,28 15,74

Epoxi+5%SiO2

Media 5,55 10 25 35Desviaciónestándar 0,57 0 5,77 5,77

Coeficientedevariación% 10,27 0 23,09 16,5

Tabla18:Resultadosdelensayodecavitación

*Alestartrabajandoconcompuestoscuyaetapadeincubaciónesmuypequeñaéstaestácomprendidadentrodelosprimeros10minutosdeensayoy,portanto,nuestrasmedidascarecerándelaprecisiónnecesaria.

En esta tabla vemos como claramente el comportamiento frente a erosión

mejora con la inclusión de nanopartículas en todos los aspectos, pero también

Cap. 4: Resultados

apareceelhechoyacomentadodequenoexistediferenciaentreelcompuestoconun 3% y e l compuesto que contiene un 5%. La desviación y el coeficiente devariación en prácticamente todos los casos sonmuy altos, esto es achacable engran medida al pequeño tamaño de la muestra, pero principalmente a que losintervalosdediezminutossondemasiadograndescomoparaobtenerunabuenaprecisión.

4.2.RESULTADOSDELENSAYODEFLEXIÓN

En el siguiente apartado se recogen los resultados que ha arrojado elexperimentodeflexión.Esteensayoseharealizadosobretrestiposdiferentesdeprobetas(soloepoxi,epoxi+nanopartículasal3%yepoxi+nanopartículasal5%),yparacadatipodeprobetasehanensayadotresprobetas.

ParalarealizacióndelensayodeflexiónsehaseguidolanormaUNEENISO

178.Loparámetrosyútilesnecesariosparalarealizacióndeesteensayohansidopreviamentedescritosenlasección3.2.Técnicadeflexión.

Antes de poder llevar a cabo el experimento se debemedir el espesor de

cada una de las probetas, el cual será importante tanto para la realización delensayo (para el cálculo de la distancia entre apoyos) como a la hora de llevar acaboloscálculosdelosquesacaremosnuestrosresultados.Enlassiguientestablassedetallaelcálculodelespesormediodecadaunadelasprobetas,decadaunadelascualessehicieron5medicionesparacalcularsuvalormedio.

EspesorEpoxiPr.1

[mm]EspesorEpoxiPr.2


[mm]Medida1 3,8 3,75 4,4Medida2 4,2 3,75 4,5Medida3 4,1 3,8 4,3Medida4 3,85 3,75 4Medida5 3,6 3,5 3,65Meanvalue 3,91 3,71 4,17

Tabla19:Medidaespesorprobetasepoxi

Cap. 4: Resultados


EspesorEpoxi+3%Pr.1

[mm]Espesor Epoxi+3%Pr.2

[mm]EspesorEpoxi+3%Pr.3

[mm]

Medida1 4,15 4,7 4,2

Medida2 5 4,9 4,5

Medida3 4,85 4,9 4,5

Medida4 4,9 4,75 4,35

Medida5 5,05 4,6 3,9

Meanvalue 4,79 4,77 4,29

Tabla20:Medidaespesorprobetasepoxi+3%SiO2

EspesorEpoxi+5% Pr.1



[mm]

Medida1 4,15 4,55 4,85

Medida2 4,4 4,7 5,15

Medida3 4,5 4,65 5,05

Medida4 4,4 4,4 4,6

Medida5 4,35 4 4,05

Meanvalue 4,36 4,46 4,74


Del experimento se obtieneun archivoExcel con lasmediciones realizadas

porlamáquina.Apartirdeestosdatosdedesplazamientoyfuerzaaplicadaenelextremodelamáquinapodemoscalculardelaformaquesedescribeenlanormalosvaloresdedeformaciónytensión.Conellosserealizaelgráficoquesemuestraa continuación para una probeta de cada tipo que se considera la másrepresentativadelcomportamientodelcomposite:

Cap. 4: Resultados

Gráfica16:Tensión‐deformaciónensayoflexión

De esta primera representación de los resultados ya conseguimos ver una

claraagrupacióndelosresultadosdelasprobetasporeltipodecompuestodelqueestánhechas.Lastresprobetasclaramentediferenciadasdelrestoyquetienenuncomportamientomásfrágilsonlasqueestáncompuestasúnicamenteporepoxi,taly como indica la leyenda. Por otro lado, la diferencia entre las probetas concontenidodenanopartículasal3yal5%esmenor,sucomportamientoseasemejamucho,aunquesíseapreciaciertaagrupacióndesusvalores.Loquesísepuedeasegurar es que la adición de nanopartículas afecta de forma determinante alcomportamientodelcompuestoanteesfuerzosdeflexión.

Apartirdelosdatosobtenidosenelensayosepuedecalcularelmódulode

flexión, tal y como indica la norma, con lo que se obtiene un valor numérico dedichoensayo.Noesunresultadoqueexpliquedeformaglobalelcomportamientodel compuesto ante flexión, sino que únicamente habla de la zona en que secomporta de forma elástica. A continuación se adjuntan una serie de tablas quecontienen los resultadosobtenidosparaelmódulode flexióndecadaunode loscompuestosasícomounaseriededatosestadísticosreferidosaestosresultados:

Cap. 4: Resultados


MÓDULODEFLEXIÓNEPOXI[MPa]

Pr.1 8469,95

Pr.2 8062,53

Pr.3 6754,91

Media 7762,46

Desviacióntípica 896,03

Coeficientedevariación% 11,54

Z 1,96

Error 19,93

Intervalodeconfianza* 7742,53‐7782,39

Tabla22:Resultadosflexiónepoxi

MÓDULODEFLEXIÓN3%[MPa]

Pr.1 1508,36

Pr.2 1850,93

Pr.3 1738,32

Media 1699,20



Z 1,96

Error 8,30


Tabla23:Resultadosflexiónepoxi+3%SiO2

MÓDULODEFLEXIÓN5%[MPa]

Pr.1 776,37

Pr.2 428,74

Pr.3 858,73

Media 687,95



Z 1,96

Error 17,05

Intervalodeconfianza* 670,9‐705

Tabla24:Resultadosflexiónepoxi+5%SiO2

*Nota:elintervalodeconfianzaestácalculadoenbaseaun95%deprobabilidad

Cap. 4: Resultados

Como ya se observaba en la gráfica tensión‐deformación de las probetas elmódulodeflexiónsereduceclaramenteamedidaqueaumentamoselporcentajedenanopartículasenelcompuesto,pasandodemásde7700MPaparaelepoxiamenos de 700MPa en el caso de epoxi+5% SiO2. Eso supone que el epoxi serámuchomásresistentealaflexión,puesesnecesariaunafuerzamuchomayorparadeformarloqueenelcasodelepoximásnanopartículas.

Asímismo,podemosestablecerqueelesfuerzomáximode flexióncapazde

soportarelepoxiesdeentre80y90MPa,muchomayorqueelqueescapazdesoportar el compuesto de epoxi+3% SiO2 (20‐25 MPa) y el de epoxi+5% SiO2(aproximadamente10MPa).

De todo lo anterior y teniendo en cuenta las gráficas tensión‐deformación,

podemos concluir que la inclusión de nanopartículas de dióxido de silicio en lamatrizpoliméricadeepoxi tieneunagran influenciaenel comportamientode lamisma frente a solicitaciones de flexión. Este cambio en sus propiedades no esnecesariamentenegativo.Sibienesciertoquelaresistenciaalaflexiónsereducedeformasensible,elcompuestosehacemásdúctil,locualimplicaquevaatenerun comportamiento elástico ante deformaciones que para el epoxi solo iba asuponeruncomportamientoplástico(queenlainmensamayoríadelasocasionesvaaseruncomportamientonodeseado).

En cuanto a los resultados estadísticos cabe destacar que el coeficiente de

variación para las probetas de epoxi+5% SiO2 es bastante alto,más de un 30%.Habría sido recomendable haber ensayado un mayor número de probetas parapoderacotarmejor lamediadelmódulode flexiónyreducir ladesviacióntípica,reduciendodeestaformaelcoeficientedevariación.

4.3.RESULTADOSDELENSAYODEDUREZASHORED

En el siguiente apartado se recogen los resultados que ha arrojado elexperimento de dureza Shore D. Este ensayo se ha realizado sobre tres tiposdiferentes de probetas (solo epoxi, epoxi + nanopartículas al 3% y epoxi +nanopartículasal5%),yparacadatipodeprobetasehanensayadotresprobetas.

Para cada una de las probetas se han tomado 5 medidas distintas, de las

cuales seremos capaces de obtener los siguientes datos estadísticos: mediamuestral, desviación típica, coeficiente de variación e intervalo de confianza conunaprobabilidaddel 95%.En las siguientes tablas se recogen los resultadosdelensayo:

Cap. 4: Resultados


Probetasepoxi EpoxiPr.1 Epoxi Pr.2 Epoxi+3%SiO2Pr.3

Medida1 70 78 78Medida2 72 70 75medida3 77 70 77Medida4 73 76 76Medida5 78 75 78Meanvalue 74 73,8 76,8Standarddeviation 3,39 3,63 1,30

Variationcoef.% 4,58 4,92 1,70Error 0,77 0,83 0,29

Confidenceinterval 73,23‐74,77 72,97‐74,63 76,51‐77,09

Tabla25:Resultadosdurezaepoxi(I)

DurezaShoreDEpoxi

Pr.1 74Pr.2 73,8Pr.3 76,8

Meanvalue 74,87Standarddeviation 1,68Variationcoef.% 2,24

Error 0,38Confidenceinterval 74,49‐75,25

Tabla26:Resultadosdurezaepoxi(II)

Probetasepoxi+3%SiO2 Epoxi+3%SiO2Pr.1 Epoxi+3%SiO2Pr.2 Epoxi+3%SiO2Pr.3

Medida1 62 56 60Medida2 61 58 57medida3 61 60 59Medida4 62 64 66Medida5 65 65 65Meanvalue 62,2 60,6 61,4Standarddeviation 1,64 3,85 3,91

Variationcoef.% 2,64 6,35 6,37Error 0,41 0,97 0,98

Confidenceinterval 61,79‐62,61 59,63‐61,57 60,42‐62,38

Tabla27:Resultadosdurezaepoxi+3%SiO2(I)

Cap. 4: Resultados

DurezaShoreDEpoxi+3%SiO2Pr.1 62,2Pr.2 60,6Pr.3 61,4

Meanvalue 61,4Standarddeviation 0,80

Variationcoef.% 1,30Error 0,20

Confidenceinterval 61,2‐61,6

Tabla28:Resultadosdurezaepoxi+3%SiO2(II)

Probetasepoxi+5%SiO2 Epoxi+5%SiO2Pr.1 Epoxi+5%SiO2 Pr.2 Epoxi+5%SiO2 Pr.3

Medida1 58 59 61Medida2 61 58 59medida3 61 62 61Medida4 58 60 61Medida5 60 61 62Meanvalue 59,6 60 60,8

Standarddeviation 1,52 1,58 1,10Variationcoef.% 2,54 2,64 1,80

Error 0,39 0,40 0,28Confidenceinterval 59,21‐59,99 59,6‐60,4 60,52‐61,08

Tabla29:Resultadosdurezaepoxi+5%SiO2(I)

Epoxi+5%SiO2Pr.1

Pr.1 59,6Pr.2 60Pr.3 60,8

Meanvalue 60,13Standarddeviation 0,61Variationcoef.% 1,02

Error 0,15Confidenceinterval 59,98‐60,28

Tabla30:Resultadosdurezaepoxi+5%SiO2(II)

SeharealizadounagráficaquereflejalavariacióndeladurezatipoShoreDenfuncióndelaconcentracióndenanopartículaspresentesenelcompuesto:

Cap. 4: Resultados


Gráfica17:DurezaShoreD‐concentracióndenanopartículasSiO2

4.4.RESULTADOSDELENSAYODETRACCIÓN

En el siguiente apartado se recogen los resultados que ha arrojado elexperimentodeflexión.Esteensayoseharealizadosobredostiposdiferentesdeprobetas(soloepoxiyepoxi+nanopartículasal3%),yparacadatipodeprobetasehanensayadotresprobetas.

Loparámetrosyútilesnecesariosparalarealizacióndeesteensayohansido

previamentedescritosenelApartado3.4.Antes de poder llevar a cabo el experimento se debemedir el espesor de

cada una de las probetas, el cual será importante tanto para la realización delensayo (para el cálculo de la distancia entre apoyos) como a la hora de llevar acaboloscálculosdelosquesacaremosnuestrosresultados.Enlassiguientestablassedetallaelcálculodelespesormediodecadaunadelasprobetas,decadaunadelascualessehicieron3medicionesparacalcularsuvalormedio.

EspesorEpoxiPr.1



[mm]Medida1 2,55 3 3,1Medida2 2,65 3,15 3,05Medida3 2,65 3,1 2,85Meanvalue 2,62 3,08 3

Tabla31:Medidaespesorprobetasepoxi

Cap. 4: Resultados

EspesorEpoxi+3%Pr.1



[mm]

Medida1 2,6 2,8 2,1

Medida2 2,65 2,85 2,1

Medida3 2,7 2,8 2,2

Meanvalue 2,65 2,82 2,13


Deigualformaesnecesariomedirelanchodelasprobetas,yaseránecesario

a la hora de calcular la sección que soporta el esfuerzo de tracción. En lassiguientestablassedetallaelcálculodelanchomediodecadaunadelasprobetas:

AnchoEpoxiPr.1[mm] AnchoEpoxiPr.2[mm] AnchoEpoxiPr.3[mm]

Medida1 5 5 5,1Medida2 5,05 5 5Medida3 4,95 5,2 5,25Meanvalue 5 5,07 5,12

Tabla33:Medidaanchoprobetasepoxi

AnchoEpoxi+3%Pr.1

[mm]AnchoEpoxi+3%Pr.2

[mm]AnchoEpoxi+3%Pr.3

[mm]

Medida1 5,1 5,1 4,9

Medida2 5,1 5,05 5

Medida3 5,1 5,35 4,95

Meanvalue 5,1 5,17 4,95

Tabla34:Medidaanchoprobetasepoxi+3%SiO2

Del experimento se obtieneun archivoExcel con lasmediciones realizadas

porlamáquina.Apartirdeestosdatosdedesplazamientoyfuerzaaplicadaenelextremodelamáquinapodemoscalculardelaformaquesedescribeenlanormalosvaloresdedeformaciónytensión.Conellosserealizaelgráficoquesemuestraacontinuacióndondesehanseleccionadolasprobetasmásrepresentativas:

Cap. 4: Resultados


Gráfica18:Tensión‐deformaciónensayotracción

En esta gráfica se pone de manifiesto que en ausencia de partículas de

refuerzo el epoxi tiene un comportamiento marcadamente termoestable. Esimportante resaltar pues que al incluir nanopartículas de dióxido de silicio seproduceuncambioobservableensutipodecomportamientopasandoapresentarunascaracterísticasmáspropiasdeuntermoplásticosemicristalino.

Apartirdelosdatosobtenidosenelensayosepuedecalcularelmódulode

Young, tal y como indica la norma, con lo que se obtiene un valor numérico dedichoensayo.Noesunresultadoqueexpliquedeformaglobalelcomportamientodel compuesto ante flexión, sino que únicamente habla de la zona en que secomporta de forma elástica. A continuación se adjuntan una serie de tablas quecontienen los resultadosobtenidospara elmódulodeYoungde cadaunode loscompuestosasícomounaseriededatosestadísticosreferidosaestosresultados:

MÓDULODEYOUNGEPOXI[MPa]

Pr.1 1916,30

Pr.2 1938,26

Pr.3 2277,59

Media 2044,05



Z 1,96

Error 8,78


Tabla35:Resultadostracciónepoxi

Cap. 4: Resultados

MÓDULODEYOUNG3%[MPa]

Pr.1 2388,42

Pr.2 2300,35

Pr.3 2615,25

Media 2434,67



Z 1,96

Error 6,45


Tabla36:Resultadostracciónepoxi+3%SiO2

*Nota:elintervalodeconfianzaestácalculadoenbaseaun95%deprobabilidad

Apesardequeenelresultadográficodeesteensayonoseapreciaunagrandiferenciaentreprobetasconsóloepoxiyprobetasconepoxiynanopartículas,alahora de analizar numéricamente los resultado si que se puede ver una claramejoríadebidaalaincorporacióndenanopartículas.NosoloelmódulodeYoungesmayor en todos los casospara lasprobetasque incluyennanopartículas, sinoqueademáslatensiónmáximaqueestasaguantantambiénsonmayores.

Hayqueresaltarquelosdatosestadísticosquearrojaesteensayosonmucho

mejoresquelosqueobteníamosenelensayodeflexión.Estehechoesmeramentecircunstancial y debido a lo pequeño de la muestra.

Cap. 5: Conclusiones


CAPÍTULO5:CONCLUSIONES

Lasconclusionesalasquesehallegadoalfinalizaresteproyectosonlassiguientes:

1. Lainclusióndenanopartículasdedióxidodesiliciodisminuyeelmódulode

flexión y el límite elástico en el ensayo de flexión, lo cual supone unempeoramientodesuresistenciaalaflexión.Comohechopositivoresaltarque al convertirse en un material mucho más dúctil, no empieza aplastificarhastaquenoalcanzavaloresdedeformaciónmayoresque losqueseobtienenparaepoxisolo.

Respecto al ensayo de tracción se observa un aumento claro delmódulodeYoungydel límiteelásticoconla inclusióndenanopartículas.Estecomportamientoesopuestoalobservadoparaelensayodeflexión,locual nos lleva a concluir que las propiedades del material no son lasmismasentodaslasdirecciones,esdecir,esunmaterialanisótropo.

2. El comportamiento plástico de los materiales no es tan afectado por la

inclusión de nanopartículas como lo era el comportamiento elástico. Laúnicaconsideraciónahaceresqueelcomportamientoplásticosealcanzadespués(amayoresdeformaciones)cuandohaynanopartículasocluidas.

3. Considerando la tenacidad como la energía total que absorbe unmaterial

hasta que se produce su rotura por acumulación de dislocaciones, sepuedeestablecerqueporlovistoenelensayodetracciónloscompositesque contienen nanopartículas absorben una mayor cantidad de energíahasta que rompen, coincidiendo este aspecto con el hecho de que secomportancomounpolímerotermoplástico.

4. Elensayodedureza tipoShoreDnodeja lugaradudassobreelhechodequelainclusióndenanopartículasdedióxidodesilicioenlaresinaepoxiprovoca una disminución de su dureza Shore D de forma muypronunciada.Esteespuesunaspectoclaramentenegativo.

5. Ante los resultados del ensayo de erosión por cavitación se saca enconclusión que el hecho de incluir nanopartículas como elemento derefuerzo en un composite de matriz polimérica mejora claramente elcomportamiento del mismo frente a la cavitación. Esto se pone demanifiesto en que todas las variables que controlan el proceso decavitación (tasa de erosiónmáxima, tasa de erosión terminal, tiempodeincubación)sonsensiblementemejores.

Cap. 4: Resultados

Estecomportamientoescoherenteconestudiospreviosrealizadosconnanopartículasymicropartículasdecarburodesilicioycarburodeboro.[10]

Cap. 6: Bibliografía


CAPÍTULO6:BIBLIOGRAFÍA

[1] LEGAULT.M; “Composite vs. Corrosion:Battling formarketshare”; Compositestechnology.Enero2011[2] FLORES. D; “Introducción a la Ciencia de los Materiales”; Capítulo 1:Propiedadesdelosmateriales(mecánicas).Octubre2004[3]KALPAKJIAN.S,SCHMID.S;“Manufactura,ingenieríaytecnología”;4ºEd.PrenticeHall[4]MARCHEGIANI.A.;“Cavitación”;Octubre2006[5]COLTTERS.R.;“Cavitacióncorrosión”;[6]“Códigotécnicodelaedificaciónespañol”[7]http://www.elastechc.com/informacion_definiciones_tecnicas.htm[8]“Aplicacionesdelasnanopartículas”;www.carboninspired.com[9] ESPÍNDOLA‐GONZÁLEZ.A, ESTEVEZ.M, MARTÍNEZ‐HERNÁNDEZ.A.L,CASTAÑO.V.M,VELASCO‐SANTOS.C;“ObtenciónycaracterizaciónmicroestructuraldenanoparticulasdeSiO2apartirdecascarilladearroz,pulpadecaféybagazodecañaempleandobioprocesosabasedeanélidos.”;[10]ROMEROPALANCAR.J.A;“Estudiode losefectosdeerosiónpor cavitaciónencomposites de matrices poliméricas con oclusiones de micropartículas ynanopartículas”;Otraswebconsultadas:www.compositecenter.orgwww.pluscomposites.eu

APÉNDICE 1

HOJA DE DATOS DEL EPOXY

DESCRIPCION

Sistema no cargado diseñado para la reproducción de piezas en molde de silicona, formado por una Resina Epoxy (EX-401) , y un endurecedor (E-432) que polimeriza a temperatura ambiente.

APLICACIONES

Reproducción de piezas en molde de silicona. La ausencia de cargas en su composición permite la adición en la proporción que consideremos mas adecuada de aquella que mejor se ajuste a las necesidades de cada pieza.

DATOS TECNICOS DE LA MEZCLA*

Proporción de la mezcla en peso................................

EX401 100 partes E-432 32 partes

Color.............................................................................

Amarillento Viscosidad Brookfield , cps..........................................

1300

Densidad, gr/cm3..........................................................

1,08 Tiempo de trabajo, minutos..........................................

90

Tiempo de curado, horas.............................................

18-24 Máxima Exoterma, ºC

40

CARACTERISTICAS DE LA RESINA CURADA

Dureza Shore D...........................................................

80 Contracción lineal, %...................................................

0,1

Elongación a la rotura, %.............................................

6,20 Absorción de Agua, UNE 53028, %.............................

0,035

Resistencia a la Compresión, ASTM D-695, Kg/cm2...

580 Resistencia a la Flexión, ASTM D-790, Kg/cm2 .........

570

Resistencia a la Tracción, ASTM D-638, Kg/cm2.........

460 *Ensayo realizado a 25º C sobre una masa de 100 gr. La presente información corresponde a experiencias y se suministra únicamente a título informativo. Comercial Feroca, S.A. Españoleto, 11 Madrid 28024 Tel. 91 448 12 71 Fax 91 593 49 56

EPOFER EX-401 + E-432 Resina Epoxy para Coladas

APÉNDICE 2

HOJA DE DATOS DE LAS NANOPARTÍCULAS DE

DIÓXIDO DE SILICIO

Product Specification

Product Number: 637238CAS Number: 7631-86-9MDL: MFCD00011232Formula: O2SiFormula Weight: 60.08 g/mol

TEST Specification________________________________________________________________________

Appearance (Color) White

Appearance (Form) Powder

Particle Size Conforms

10-20 nm (BET)

ICP Major Analysis Confirmed

Confirms Silicon Component

Trace Metal Analysis < 6000.0 ppm_

Purity Meets Requirements

99.5% Based On Trace Metals Analysis

Specification: PRD.0.ZQ5.10000026590

Sigma-Aldrich warrants, that at the time of the quality release or subsequent retest date this product conformed to the information contained in this publication.

The current Specification sheet may be available at Sigma-Aldrich.com. For further inquiries, please contact Technical Service. Purchaser must determine the

suitability of the product for its particular use. See reverse side of invoice or packing slip for additional terms and conditions of sale.

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Website: www.sigmaaldrich.com

Email USA: [email protected]

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ESTUDIO DE PROPIEDADES MECÁNICAS EN ... TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI) INGENIERO...

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