Influencia de las relaciones estequiométricas resina/endurecedor en las propiedades mecánicas de compuestos ternarios jerárquicos - resina epoxi/fibra de carbono tejida/nanotubos de carbono

Influence of Resin/Hardener Stoichiometric Ratios on the Mechanical Properties of Hierarchical Ternary Composites - Epoxy Resin/Woven Carbon Fiber/Carbon Nanotubes

La producción de materiales que presenten altas prestaciones en sus aplicaciones requiere avances científicos y tecnológicos. Los altos valores de resistencia a la tracción y módulo de elasticidad, combinados con la flexibilidad, baja densidad y alta relación de aspecto, hacen de los nanotubos de carbono candidatos excepcionales para compuestos poliméricos reforzados. Preparamos por laminación sistemas compuestos basados en resina epoxi/fibra de carbono tejida (para los binarios), más nanotubos de carbono para los sistemas ternarios. El efecto de la estequiometría del sistema epoxi (valor Phr) y la concentración de nanotubos de carbono utilizados en los sistemas compuestos se evaluó mediante sus propiedades morfológicas (SEM), térmicas (TG) y mecánicas (ASTM D790-10). 

Aunque el sistema epoxi con 10,0 Phr ha presentado una mayor estabilidad térmica, el sistema compuesto ternario producido con 26,6 Phr mostró valores de tensión máxima y módulo elástico hasta 8 veces superiores a los producidos con el sistema de 10 Phr. La adición de nanotubos de carbono a los compuestos con 26,6 Phr produjo un aumento adicional de aproximadamente el 38 y el 15% de la tensión máxima y el módulo elástico, respectivamente. Estos resultados revelaron una limitación en los métodos de incorporación de las nanoestructuras en los sistemas compuestos, donde la dispersión está limitada por una serie de factores, inherentes a las interacciones químicas y/o físicas durante la fabricación de los compuestos nanoestructurados.

INTRODUCCIÓN

La búsqueda de materiales de alto rendimiento para vehículos aeroespaciales es constante, con el objetivo de reducir el índice de masa, aumentar la resistencia a la fatiga y la corrosión, reducir las emisiones y los costes, manteniendo al mismo tiempo un alto grado de fiabilidad. El uso de sistemas compuestos jerárquicos nanoestructurados es el tema central del avance tecnológico previsto. Los materiales compuestos ternarios basados en matriz polimérica, nanoestructuras y tejido de microfibras, como los descritos en este trabajo, podrían utilizarse en el desarrollo de satélites y vehículos aeroespaciales. Los nanotubos de carbono (NT) presentan altos valores de conducción eléctrica y térmica, resistencia a la tracción, módulo elástico, flexibilidad y baja densidad, lo que los convierte en candidatos para reforzar materiales compuestos para sectores estratégicos.

Sin embargo, combinar las propiedades mecánicas y conductoras de los refuerzos (fibra de carbono y NT) con las características de baja densidad, facilidad de procesado, estabilidad dimensional y baja toxicidad de los sistemas epoxi es un reto que requiere principalmente