Estudio de la degradación higroscópica de un material compuesto de fibra de carbón y resina epóxica / Emilio Pérez Pacheco

Tesis (Maestría en Ciencias en Materiales Poliméricos) .-- Centro de Investigación Científica de Yucatán, 2004.

En este trabajo se estudió el efecto del contenido de humedad sobre las propiedades mecánicas de un material compuesto elaborado a base de resina epóxica de diglicidil éter de bisfenol A (DGEBA)/metafenilén diámina (mPDA por sus siglas en inglés) cargado con 56 por ciento en peso de fibras continuas unidireccionales de carbón. Se realizaron experimentos para medir la absorción de humedad en el material compuesto para relacionarla con el cambio en el comportamiento mecánico del material. Las propiedades mecánicas analizadas fueron la resistencia a la tensión, módulo de elasticidad y su resistencia a la fatiga. Se realizaron también ensayos en un analizador dinámico mecánico (DMA por sus siglas en inglés) para observar los cambios en las propiedades viscoelásticas del material compuesto al estar expuesto a humedad relativa. Por último, se empleó la técnica de emisión acústica (EA) para detectar los daños sufridos en el material durante su tiempo de exposición y conocer el mecanismo de fractura. Los materiales compuestos se prepararon para dos niveles de adherencia. Los niveles de adherencia que se usaron para la preparación de los materiales compuestos son: 1) Fibras de carbón sin tratamiento superficial (como llega del fabricante). 2) Fibras de carbón con tratamiento superficial (tratamiento con un agente de acoplamiento del tipo silano). Los cambios observados en el material compuesto elaborados con las fibras de carbón sin tratamiento superficial al estar sometidos a humedad relativa, fueron de disminución en las propiedades mecánicas y disminución del módulo de almacenamiento cuando el contenido de humedad en el material aumentaba. Los materiales compuestos elaborados con las fibras de carbón con tratamiento superficial, presentaron mejorías en las mediciones de las propiedades mecánicas y módulo de almacenamiento cuando el material presentaba contenidos de humedad significativos (cantidades entre 0.8 y 2 por ciento en peso de humedad absorbida). La técnica de emisión acústica reveló que la humedad afecta la adhesión interfacial entre fibra y matriz y que al tratar químicamente a la fibra de carbón la adhesión es mejorada presentando fallas por rompimiento de fibras y en menor grado por adhesión interfacial.