Manufacture and characterization of epoxy composites doped with Fe3O4 and SiO2 particles

Abstract

[ES] Los polímeros termoestables son la base de los materiales compuestos de altas prestaciones usados en la industria aeroespacial. En particular, las resinas de base epoxi son las que proporcionan las mejores propiedades mecánicas, tanto cuando el refuerzo es fibra de carbono como fibra de vidrio. Las propiedades base de estos compuestos de matriz epoxídica pueden ser modificadas ulteriormente con la adición de pequeñas fibras o partículas tales que dan lugar a una estructura jerárquicamente organizada (desde la escala nanométrica hasta la macrométrica, pasando por la micrométrica), en las que hay una contribución a la respuesta mecánica a todas las escalas. El presente trabajo estudia el efecto de la adición de diferentes tipos de partículas de óxido a una resina epoxi. El objetivo principal es el de fabricar y caracterizar la influencia de la adición de óxido de hierro (magnetita, Fe3O4) y sílice amorfa (SiO2) en diferentes cantidades: 0.25%, 0.5% y 1% en peso de Fe3O4 por un lado, y 2% y 4% en peso de SiO2 por el otro. La caracterización de las muestras producidas se ha basado en la resistencia mecánica a través de los ensayos de flexión a tres puntos, relajación y tenacidad a la fractura. Asimismo, también se realizaron ensayos complementarios de densidad aparente, porosidad y calorimetría para una mejor caracterización de los materiales. Los resultados se analizaron y comentaron en función de la evolución de propiedades teniendo en cuenta la cantidad de aditivo y se compararon con resultados presentados en la literatura científica. Los resultados obtenidos muestran que la adición de SiO2 lleva a un incremento de tanto la resistencia mecánica, el módulo de elasticidad, la tenacidad a fractura y la resistencia a la relajación, mientras que la adición de partículas de Fe3O4 llevan aparejado una disminución de la resistencia mecánica sin una mejora significativa de las otras propiedades. Por último, se observó que la adición de ambos aditivos conllevaba una reducción de la temperatura de transición vítrea (Tg)

[EN] Thermosetting polymers are widely used in the aerospace industry. One of the most commonly used thermoset is the epoxy resin, which is widely used as the matrix phase of carbon and glass fibre reinforced composites. The properties of these epoxy-based polymers can be improved with the addition of other particulate or small fibre materials in order to construct a hierarchically structured (nano-micro-macro) mechanical response. This work intends to study the effect of the addition of oxide particles on an epoxy resin. The overall objective was to manufacture and characterize the influence of the addition of iron oxide (magnetite, Fe3O4) and silica fumed (SiO2) in different amounts: 0.25 wt%, 0.5 wt% and 1 wt% of Fe3O4 on the one hand, and 2 wt% and 4 wt% of SiO2 on the other hand. Characterisation of the samples produced has been based on mechanical resistance in three-point bending, tensile relaxation and fracture toughness tests. Also physical tests of apparent porosity, apparent density and calorimetry tests have been conducted. The results were analysed and discussed according to the evolution of the properties taking into account the quantity of additives and the literature. Results show that the addition of SiO2 fumed particles leads to an improvement in tensile strengthe (σmax), Young¿s modulus, fracture toughness (KIC) and stress relaxation whereas the addition of Fe3O4 particles decreases the value of σmax with no significant improvement in the rest of studied properties. Moreover, the addition of both fillers leads to a decrease of the glass transition temperature (Tg).