Caracterización y análisis de las propiedades mecánicas a tensión de materiales compuestos laminados polipropileno/twaron / José Luis Mena Tun

Tesis (Doctorado en Ciencias en Materiales Poliméricos) .-- Centro de Investigación Científica de Yucatán, 2011.

El presente trabajo de tesis doctoral fue propuesto para establecer una metodología basada en resultados experimentales que prediga la respuesta mecánica a tensión de materiales compuestos laminados de polipropileno/Twaron. La primera fase del trabajo consistió en establecer experimentalmente como varían las propiedades elásticas y resistencias en las direcciones ortotrópicas del material compuesto unidireccional en función de la fracción volumen de fibra. Los resultados experimentales fueron comparados con las predicciones del modelo micromecánico de mecánica de materiales; en general el modelo no fue capaz de predecir correctamente las propiedades del material compuesto, debido a que éste no cumple con las idealizaciones del modelo. Las propiedades ortotrópicas del material compuesto unidireccional obtenidas de modo experimental fueron usadas como datos de entrada para el modelado macromecánico que consistió en modelar la variación en el módulo elástico y la resistencia a la tensión de laminados PP/Twaron con diferentes secuencias de apilamiento utilizando la teoría clásica de laminación en combinación con el criterio de falla de esfuerzo máximo. El módulo elástico y la resistencia de los laminados fueron predichos con una precisión de aproximadamente 90 por ciento. En la última fase del trabajo, la respuesta esfuerzo-deformación no lineal a tensión de laminados PP/Twaron fue estudiada utilizando un modelo macromecánico de plasticidad y daño propuesto por Ladeveze (1992). El aspecto más importante de este modelo es que además de la plasticidad, considera el efecto del daño progresivo de las capas del laminado para predecir su respuesta esfuerzo-deformación no lineal a tensión. El modelo original (propuesto para materiales compuestos termofijos que presentan deformación elástica en la dirección longitudinal) fue modificado para tomar en cuenta la plasticidad en la dirección longitudinal del material compuesto termoplástico. Las curvas esfuerzo deformación fueron predichas con el modelo modificado de Ladeveze con una precisión de aproximadamente 80 por ciento ya que la deformación plástica teórica fue un poco mayor que la experimental, de modo que el modelo generó curvas más inclinadas que las experimentales. La inspección de las muestras demostró que las fibras en las capas externas de los laminados se movían debido al flujo de la matriz que ocurría durante el moldeo de las placas de material compuesto, lo que podría ser la causa de la discrepancia observada entre las curvas teóricas y experimentales. Con base a los resultados globales se puede concluir que el modelado micromecánico no es capaz de describir las propiedades del material compuesto unidireccional pprrwaron porque idealiza al material compuesto, asumiendo una adherencia interfacial perfecta, un alineamiento perfecto de las fibras y una distribución homogénea de las fibras dentro de la matriz. El modelado de las propiedades de los laminados fue más preciso desde el punto de vista macromecánico pues el módulo elástico y la resistencia de los laminados fueron estimados con una precisión de aproximadamente 90 por ciento.