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Tesis

Materiales compuestos auto-reforzados basados en telas comerciales de polipropileno

2014



Tesista José Luis MIJARES
Ingeniero Industrial Universidad Nacional de General Sarmiento - Argentina
Magíster en Ciencia y Tecnología de Materiales Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina
Directora Dra. Mariana MOLLO, INTI Plásticos, UNSAM - Argentina
CodirectoraDra. Celina Raquel BERNAL INTECIN, UBA, CONICET - Argentina
Lugar de realizaciónUnidad Técnica Tecnología de Materiales - INTI Plásticos - Argentina
Fecha Defensa 03/07/2014
Jurado Dr. BOTANA Adrián Francisco Braskem UNSAM - Argentina
Dra. ERDMANN Eleonora ITBA - Argentina
Dr. GÓMEZ Martín Pedro CNEA UTN/UNSAM - Argentina
Código IS/T 148/14

Título completo

Materiales compuestos auto-reforzados basados en telas comerciales de polipropileno

Resumen

Los polímeros auto-reforzados compiten con los compuestos tradicionales en función de su relación performance/costo. La facilidad de reciclado y la posibilidad de obtener estructuras livianas son sus principales ventajas, por lo que pueden considerarse materiales amigables con el medio ambiente. Se plantea como objetivo principal del presente trabajo de tesis desarrollar compuestos auto-reforzados trabajando con un sistema polimérico basado en polipropileno (PP), utilizando como refuerzos telas comerciales tejidas y no tejidas.
Se obtuvieron y estudiaron compuestos auto-reforzados con las siguientes composiciones y procesamientos: (i) matriz de PP copolímero al azar y refuerzo de PP no tejido por la técnica de apilamiento de láminas; (ii) matriz de PP copolímero al azar y refuerzo combinado de PP no tejido y rafia de PP por la técnica de apilamiento de láminas; (iii) combinación de PP no tejido y rafia de PP por la técnica de compactación en caliente.
La utilización de PP no tejido como refuerzo aumenta la rigidez del material. Sin embargo, no se observó una mejora apreciable en otros parámetros de tracción e impacto. En los materiales compuestos obtenidos por apilamiento de láminas con refuerzo combinado de telas de PP tejidas y no tejidas, se observaron las mejores propiedades de tracción e impacto para el material procesado a 155 °C. El agregado de la rafia mejora en forma apreciable la resistencia al impacto. El compuesto auto-reforzado obtenido por compactación en caliente de láminas de PP no tejido y rafia de PP, procesado a 165 °C, es el que presentó mejores propiedades de tracción e impacto, siendo el más promisorio para aplicaciones estructurales.
Se estudió el comportamiento a la fractura y la falla a los compuestos reforzados con PP no tejido y rafia de PP, adoptándose el parámetro J en la inestabilidad para caracterizar el comportamiento a fractura. El compuesto obtenido por compactación en caliente exhibió una resistencia mucho mayor que el compuesto obtenido por apilamiento de láminas. Ambos compuestos fallaron por delaminación y arranque de los refuerzos.
Como conclusión general puede afirmarse que el PP no tejido por sí solo no es un refuerzo efectivo para la obtención de materiales compuestos auto-reforzados basados en PP. Sin embargo, su combinación con una tela tejida de PP, como la rafia, brinda resultados alentadores respecto a sus propiedades mecánicas, particularmente en lo que respecta a su resistencia a la tracción, tenacidad al impacto y comportamiento a la fractura.

Complete Title

Self-reinforced polymer composites based on polypropylene commercial fabrics

Abstract

Self-reinforced polymers compete with traditional composites in different applications depending on their performance/cost ratio. Among other advantages, they can be considered environmentally friendly materials, being easily recyclable, and their lower density, compared to other composites, can be exploited to obtain light parts and structures. The main objective of this thesis is to develop self-reinforced polymer composites based on polypropylene (PP) using woven and non-woven commercial fabrics as reinforcement.
Different self-reinforced polymer composites were obtained by using several processing methods and subsequently characterized. (i) PP random copolymer matrix with PP non-woven as reinforcement was prepared by the film-stacking technique followed by compression molding; (ii) PP random copolymer matrix with combined PP woven and non-woven fabrics as reinforcement were obtained by the film stacking technique followed by compression molding; and (iii) PP woven and non-woven fabrics were consolidated by the hot compaction technique.
When PP non-woven fabrics were only used as reinforcement, increased material stiffness was found. However, no significant enhancement in other tensile parameters and impact properties were observed. For self-reinforced composites obtained by film stacking using combined PP woven and non-woven fabrics as reinforcement, the best tensile and impact properties were observed for the material processed at 155 ºC. Incorporation of PP woven fabrics significantly improved impact resistance. Self-reinforced composites obtained by hot compaction of PP woven and non-woven fabrics, consolidated at 165 ºC, exhibited the best tensile and impact properties, being the most promising material for structural applications.
The fracture and failure behavior of composites reinforced with PP woven and non-woven fabrics, was studied adopting the J parameter at instability for fracture characterization. The composite obtained by hot compaction showed much more resistance to unstable crack propagation than composite obtained by film stacking. Both composites failed by delamination and pull-out of reinforcement.
As a general conclusion it can be said that PP non-woven fabric alone is not an effective reinforcement for self-reinforced PP-based polymer composites. However, when combining this reinforcement with a PP woven fabric, encouraging results were obtained regarding their mechanical properties, particularly their tensile strength, impact toughness and fracture resistance.

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