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http://ciqa.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1025/689| Efecto del contenido de esferas huecas de vidrio en espumas sintácticas de nylon 6 reforzadas con fibra de vidrio: Análisis por elementos finitos basado en micromecánica en el régimen elástico para elucidar el mecanismo de reforzamiento | |
| DANIEL ELLIUD ORDUÑA ALTAMIRANO | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Maestría en Tecnología de Polímeros | |
| En este trabajo se realizó un análisis por elementos finitos basado en micromecánica en régimen elástico, de una espuma sintáctica reforzada. La espuma está constituida por una matriz de Nylon 6, fibras de vidrio y esferas huecas de vidrio. El trabajo tiene por objetivo elucidar una percepción física en el mecanismo de reforzamiento del material ya existente a través de elementos finitos, la cual no es posible lograr fácilmente mediante estudios experimentales, y no está ampliamente documentada en la literatura. Para tal objetivo, se estudió el efecto que tiene la presencia de hasta el 15% e.p. de esferas huecas en el módulo de Young del material, mientras se mantiene constante la fracción peso de las fibras en 14%. El modelo numérico se construyó utilizando el software COMSOL Multyphisics.
El modelo asume características geométricas constantes de las esferas y fibras, con una interfase perfecta y buena dispersión de los reforzantes. El supuesto de interfase perfecta se establece porque en el material existente, las esferas y la matriz de nylon están compatibilizadas mediante grupos funcionales para elevar la interacción en la interfase. El error máximo encontrado entre los datos numéricos y experimentales fue de 4.5%. Los resultados mostraron que el módulo de Young tiene un aumento progresivo conforme aumenta el contenido de esferas huecas, sin embargo, al sobrepasar cierta fracción volumen, el módulo decae. Para el sistema estudiado, la fracción volumen donde se encuentra este punto de inflexión es de 12.5 % e.p., con un módulo de Young máximo de 3.08 GPa. Este efecto está relacionado a la fracción volumen y el espesor de las esferas, el cual es de 0.89 micras. Se sugiere que el mecanismo de reforzamiento o transferencia de carga elucidado es el siguiente: A medida que aumenta la cantidad de esferas, estas se dispersan más en la extensión de la matriz. Dicha distribución facilita que las esferas se sitúen en todas las regiones que sufren deformación durante la tensión. Esto hace que el esfuerzo soportado en la matriz y fibras decaiga, a medida que se transfiere hacia las esferas. Sin embargo, la presencia de huecos en las esferas, provoca que estas concentren esfuerzo en la pared interna de las mismas por estar sujetas a una deformación, lo que conlleva a la relajación elástica de las esferas. Con el aumento en la cantidad de esferas, se incrementa el nivel de relajación elástica en el compuesto, emulando la presencia de poros en la matriz, lo que finalmente produce una reducción del módulo de Young del compuesto para una cierta cantidad de esferas. Se determinó que la fracción optima de esferas de12.5 % e.p. para fabricar el compuesto con un valor máximo del módulo de Young de 3.08 GPa. Estos resultados son importantes para el diseño de espumas sintácticas reforzadas para definir propiedades específicas de acuerdo a las demandas de aplicación. | |
| 2021 | |
| Tesis de maestría | |
| QUÍMICA | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis de Maestría |
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| Daniel E. Orduña Altamirano - Maestría en Tecnología de Polímeros.pdf | 5.98 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |