Epoxy hybrid composites reinforced with nanodiamond-silica for abrasive applications

Compuestos híbridos epoxídicos reforzados con nanodiamante-sílice para aplicaciones abrasivas

En este trabajo se fabricó un composite ternario de epoxi relleno con ND y MS para aplicaciones abrasivas. Se utilizaron surfactantes (ácido oleico (OA), dodecil sulfato sódico (SDS) y Triton TX-100 (TX-100)) para mejorar la dispersión de las partículas y, en consecuencia, las propiedades del composite. El módulo elástico aumentó hasta un 76% para la muestra con 1 wt% ND y 5 wt% ND utilizando TX-100 (1ND5MS-TX100). Independientemente de la concentración de relleno, las partículas no modificaron el comportamiento de degradación térmica del epoxi. Los análisis termogravimétrico (TGA) y mecánico dinámico (DMA) sugieren una fuerte interfase partícula-matriz, también evidenciada en las micrografías del microscopio electrónico de barrido (SEM). 

Los compuestos presentaron un rendimiento tribológico superior. 1ND5MS-TX100 presentó una tasa de desgaste de 2,19 x 10^-3 mm³.Nm^-1, un 61,3% inferior a la del epoxi. Además, todos los composites redujeron significativamente la rugosidad del mármol, siendo proporcional a la concentración de abrasivo. En general, los composites con TX-100 presentaron un mejor comportamiento frente al desgaste.

INTRODUCCIÓN

La extracción y procesamiento de piedras ornamentales es una actividad económica importante en muchos países de todo el mundo. Actualmente, Brasil es el cuarto productor más grande de piedras ornamentales en el mundo, con una producción anual de 9,5 millones de toneladas. Según la Asociación Brasileña de la Industria de las Piedras Ornamentales (ABIROCHAS), solo en 2019, Brasil exportó 2,1 millones de toneladas de piedras ornamentales, lo que representó un total de casi mil millones de dólares estadounidenses.

El pulido es uno de los pasos más críticos para el procesamiento de piedras ornamentales. Este paso tiene como objetivo mejorar algunas características de la piedra, como el color, la textura y la belleza, además de proporcionar propiedades únicas para aplicaciones específicas. Actualmente, una combinación de resina y diamante, conocida como abrasivos de diamante basados en resina, es el material más común utilizado en el proceso de pulido de mármol y otras piedras ornamentales.

Se han estudiado compuestos rellenos con partículas de alta dureza, como diamante, carburo de silicio, alúmina y otras partículas cerámicas, para mejorar la resistencia al desgaste de las herramientas de pulido. Además de las propiedades tribológicas, se espera que las partículas mejoren la rigidez y resistencia de la matriz. El tamaño de la partícula juega un papel importante en el rendimiento general del pulido. Las partículas más grandes tienden a desprenderse más fácilmente de la matriz, lo que conduce a fallos prematuros.