Efecto higrotérmico en fibra de vidrio/epoxi mediante espectroscopia de luminiscencia

Hygrothermal Effect In Glass Fiber/Epoxy By Luminescence Spectroscopy

El trabajo tiene por objeto estudiar los efectos higrotérmicos sobre el preimpregnado de fibra de vidrio-epoxi sin curar (F-161 - Hexcel Co.) mediante espectroscopia de luminiscencia en condiciones estacionarias. Se empleó el método extrínseco de fluorescencia utilizando la sonda de ácido 9-antroico, cuyo comportamiento fotofísico depende en gran medida de la polaridad del medio. Las muestras se sometieron a humedades relativas del 6 y 84% utilizando soluciones acuosas saturadas de NaOH a 34,5 °C y KCl a 20,0 °C en recipientes cerrados, durante periodos de tiempo de 1 semana, 15 días y 1 mes. Las muestras sometidas a una humedad relativa del 6% mostraron un aumento significativo de la intensidad relativa de los espectros de fluorescencia en relación con la muestra de referencia. Este comportamiento fotofísico se atribuyó a la forma protonada de 9-AA en el medio debido al proceso de reticulación de la matriz polimérica. Después de 1 mes, el espectro de emisión mostró una disminución de la intensidad máxima, que podría estar relacionada con la plastificación de la matriz polimérica causada por la absorción de agua, lo que se confirmó mediante análisis gravimétrico. Los espectros de fluorescencia extrínseca de las muestras sometidas a una humedad relativa del 84% mostraron las siguientes modificaciones espectrales: a) disminución de la intensidad de emisión en las curvas b y d; b) desplazamiento al azul de la banda de emisión debido al contenido de humedad; e c) aparición de un hombro en la banda de emisión a 424 y 472 nm. Este comportamiento fotofísico se atribuyó al equilibrio químico entre las formas protonada e ionizada de 9-AA en el medio, promovido por la absorción de agua en el material.

INTRODUCCIÓN

Los compuestos de fibra de vidrio y epoxi presentan una excelente compatibilidad entre sus componentes, lo que favorece su creciente aplicación en partes estructurales de aeronaves. Sin embargo, la absorción de humedad del agua por los laminados de materiales compuestos de fibra de vidrio/epoxi puede influir significativamente en las propiedades mecánicas de estos materiales. Este efecto, dependiendo de las condiciones de temperatura, humedad relativa y tiempo de exposición, es considerable, ya que tanto la resina epoxi como la fibra de vidrio contienen grupos polares.

El agua se difunde tanto en la matriz polimérica como en la región de interfase fibra-matriz. En la matriz polimérica, el agua puede actuar como plastificante, aumentando el volumen libre y la temperatura de transición vítrea. Esto puede provocar una disminución de la rigidez y de la resistencia mecánica a la tracción, como consecuencia de la microdeformación de las fibras y de la ruptura prematura. En la interfaz fibra-matriz, el agua puede formar enlaces de hidrógeno con los grupos funcionales de la fibra de vidrio, lo que puede reducir la adhesión entre la fibra de vidrio y la resina epoxi. Otro efecto causado por la acción del agua es el relleno de microcavidades en la matriz por moléculas de agua, generando microfisuras en las interfaces fibra-matriz.