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Título : Obtención y caracterización de compuestos de polipropileno reforzado con nanoarcillas mediante extrusión e inyección
Autor : Castro Revelo, Jonathan Fernando
Fajardo Pruna, Cristian Alexander
Palabras clave : Ciencia de Materiales
Materiales Compuestos
Fecha de publicación : 3-sep-2014
Editorial : Quito : EPN, 2014.
Resumen : Resumen .- En este trabajo se estudia el efecto de la inclusión de nanoarcillas montmorilloníticas en una matriz de polipropileno (PP) sobre sus propiedades mecánicas y termomecánicas. Para la obtención de este compuesto se empleó como refuerzo arcilla en forma de polvo y de masterbatch, en porcentajes de 3, 5, 7 wt% de arcillas, y como compatibilizante al polipropileno maleizado (PP g MA), en proporciones compatibilizante:nanoarcillas de 1:2, 1:1 y 2:1. La inclusión de las arcillas y compatibilizante en la matriz de PP se realizó con una extrusora de doble tornillo y una inyectora para la obtención de las probetas. Para la caracterización se realizaron ensayos mecánicos de tracción, flexión e impacto según las normas ASTM D638 10, D7264 07 y D256 10, respectivamente. La estabilidad térmica del material fue determinada por un análisis termogravimétrico (TGA). Se determinó que los compuestos con carga del 5 wt% de nanoarcillas en polvo exhibieron mejor comportamiento mecánico respecto a la matriz pura; con incrementos del 4, 40, 59, 57% en la resistencia a la tracción y flexión, módulo elástico y de flexión respectivamente, con una reducción del 50% en la resistencia al impacto. La estabilidad térmica y la resistencia a la flama de los nanocompuestos obtenidos aumentan proporcionalmente a la carga de arcilla. Además, se estudió el uso del compuesto con mejor comportamiento en una bandeja portabatería disponible en el mercado. Se caracterizó un prototipo fabricado con el compuesto mencionado y se lo optimizó mediante simulaciones basadas en análisis de elemento finito. Se plantearon diseños similares con reducciones en peso del 14 y 33% en relación al modelo original, para una reducción de espesores y una optimización geométrica, respectivamente. Abstract .- In this work, we study the effect of adding montmorillonite nanoclays as reinforcement to a polypropylene (PP) matrix in order to obtain a nanocomposite. The reinforcing clay was used in the form of powder and masterbatch, with loads of 3, 5, 7 wt%. A maleic anhydride grafted polypropylene (PP g MA) compatibilizer was also added, in 1:2; 1:1 and 2:1 ratios of PP-g-MA:clay. The clays and the compatibilizer were added to the PP matrix using a twin screw extruder. The composite obtained was used to inject samples for mechanical characterization. Tensile, bending and impact testing was carried out according to standards ASTM D638-10, D7264-07 and D256-10, respectively. The thermal stability was analyzed using thermogravimetric analysis (TGA). The nanocomposites filled with 5 wt% of nanoclays powder showed the best mechanical properties compared to the original matrix; with improvements of 4% in tensile strength and 59% in elastic modulus. Enhancements of 40% in the bending strength and 57% in bending modulus were also observed. Nonetheless, a reduction in the impact strength of nearly 50% was observed. The thermal stability and flame resistance of the nanocomposites increase proportionally to the clay fraction. The characterization of a commercially available automotive battery tray was also performed. A prototype manufactured with the composite with the best mechanical properties was optimized by simulation using finite element analysis. Similar designs with 14 and 33% weight reductions compared to the original model were proposed, based on thickness reduction and geometrical optimization.
Descripción : 154 hojas : ilustraciones, 29 x 21 cm + CD-ROM 5794
URI : http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/8619
Aparece en las colecciones: Tesis Mecánica (IM)

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