Estudio del efecto del escalamiento dimensional en materiales compuestos termoplásticos: laminados no-simétricos y balanceados / José Luis Mena Tun

Tesis (Maestría en Materiales Poliméricos) .-- Centro de Investigación Científica de Yucatán, 2007.

El efecto del escalamiento dimensional sobre las propiedades mecánicas a tensión de materiales compuestos laminados fue el objeto de estudio del presente proyecto de tesis. Fibras de Twaron@ fueron impregnadas con polipropileno utilizando el método de polvos y posteriormente fueron moldeadas aplicando presión y calor. Los laminados fueron cortados y probados a tensión. Una celda base de 8 capas [:t45/0/:t45/0/:t45] con dimensiones en el plano de 25 x 120 mm fue escalada en una dimensión (espesor), en dos dimensiones (plano) y en tres dimensiones (volumen); cada modo de escalamiento fue analizado independientemente para determinar su efecto sobre las propiedades mecánicas a tensión de los laminados. El escalamiento en el plano generó materiales compuestos de comportamiento más rígido y más resistentes que la celda base. El escalamiento en el espesor tuvo un efecto menos significativo sobre las propiedades mecánicas de los laminados. En consecuencia, el efecto del escalamiento tridimensional fue similar al efecto del escalamiento en el plano. El mecanismo de inicio y propagación de la falla en los materiales se vio afectado por el modo de escalamiento. Una fisura inicial se forma por la falla a tensión de las fibras orientadas a O°. En la celda base, esta fisura inicial no conduce inmediatamente a la fractura del laminado; la carga adicional da lugar a la RESUMEN formación de otras fisuras hasta que el esfuerzo cortante de las capas a :t45° promueve la falla total del laminado a través de la falla interfacial. El escalamiento en el espesor aumenta el número de fisuras que se forman en el laminado antes de la fractura. El escalamiento en el plano cambió el mecanismo de fractura de la celda base; los laminados anchos no presentan fisuras, sino que su fractura ocurrió de forma súbita e impredecible. Los laminados escalados en tres dimensiones presentaron una combinación de los modos de falla anteriores, esto es, múltiples fisuras se formaron en el material casi instantáneamente, conduciendo a la falla interfacial y a la fractura del laminado. La distribución de los esfuerzos en las diferentes capas de los laminados fue determinada con ayuda del programa ¡´MAC LAM", basado en la teoría clásica de laminación. El modelado mostró que las capas a 00 soportan la mayor parte de la carga aplicada al material. El esfuerzo cortante en las capas a :t45° en el momento de la falla fue de 18 MPa en todos los niveles de escalamiento, por lo que se llegó a la conclusión de que éste es el esfuerzo cortante máximo de la interfase fibra/matriz y es el que delimita la resistencia última de los laminados.