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Title: Caracterización térmica y mecánica de materiales compuestos de matriz epóxica reforzados con partículas cerámicas termomióticas
Authors: Flores de Valgas Chérrez, Bryan Alejandro
Jácome Robles, Indira Antonella
Keywords: MECÁNICA
RESINA EPÓXICA
EXPANSIÓN TÉRMICA NEGATIVA
Issue Date: 27-Oct-2020
Publisher: Quito, 2020.
Citation: Flores de Valgas Chérrez, B. A. & Jácome Robles, I. A. (2020). Caracterización térmica y mecánica de materiales compuestos de matriz epóxica reforzados con partículas cerámicas termomióticas. 84 hojas. Quito : EPN.
Abstract: Yttrium tungstate (Y2W3O12) is a ceramic material that exhibits a high negative thermal expansion (NTE) and, therefore, is a potential reinforcement for reducing the coefficient of thermal expansion (CTE) of polymeric matrices. In this work, to corroborate this hypothesis, epoxy-based composites filled with Y2W3O12 particles of two sizes (0,3 and 0,8 µm) were prepared. Nevertheless, one of the main problems for the application of Y2W3O12 as a reinforcement is its high higroscopicity, which affects its NTE. Thus, prior to the preparation of composites, a procedure for drying Y2W3O12 particles was developed in order to eliminate structural water. Subsequently, the as-prepared composites were characterized through thermomechanical analysis (TMA) to determine the optimum concentration of Y2W3O12, being 5.0 wt. %, the filler content that resulted in the highest reduction of the CET of the matrix (~5.1 %). By differential scanning calorimetry (DSC) and TMA it was verified that the filler content did not affect the glass transition temperature of the composites. Moreover, the elastic modulus of the as-prepared composite with the optimum concentration of Y2W3O12 (5.0 wt. %) increased by 7.8 %, as confirmed through flexural test. However, the flexure strength decreased by 8.0 %. Finally, the experimental values of CTE of as-prepared composites were compared with results obtained through micromechanical models, verifying that it is not possible to predict this thermal property through a single theoretical model.
Description: El tungstato de itrio (Y2W3O12) es un cerámico que presenta una elevada expansión térmica negativa (ETN), razón por la cual es considerado un potencial refuerzo para reducir el coeficiente de expansión térmica (CET) de matrices poliméricas. Para comprobar esta hipótesis, en este trabajo se prepararon materiales compuestos de matriz epóxica reforzados con partículas de Y2W3O12 de dos tamaños (0,3 y 0,8 µm), adicionadas en porcentajes de 3,0 a 6,0 % en peso. Sin embargo, uno de los principales problemas para la aplicación del Y2W3O12 es su alta higroscopicidad, que afecta su ETN. Por tal motivo, previo a la preparación de los compuestos, se determinó un procedimiento de secado del Y2W3O12 para eliminar el agua presente en su estructura cristalina. Posteriormente, los compuestos preparados fueron caracterizados a través del análisis termomecánico (TMA) para determinar la concentración óptima de Y2W3O12, aquella que permitió obtener la mayor reducción del CET (~5.1 %) de la matriz, que correspondió al 5,0 % en peso de Y2W3O12 (0,3 µm.) Mediante calorimetría diferencial de barrido y TMA se verificó que el contenido de refuerzo no afectó la temperatura de transición vítrea de los compuestos. Adicionalmente, el módulo de elasticidad del material compuesto preparado con la concentración óptima de Y2W3O12 incrementó 7,8 %, conforme corroborado mediante ensayos de flexión. Sin embargo, la resistencia a la flexión disminuyó 8,0 %. Finalmente, los valores experimentales del CET de los compuestos fueron comparados con los obtenidos mediante modelos micromecánicos, constatándose que no es posible predecir esta propiedad térmica a través de un único modelo teórico.
URI: http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/21166
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