INFLUENCIA DE LA ETAPA DE CURADO A BAJA TEMPERATURA EN EL COMPORTAMIENTO A FRACTURA EN MODO II DE COMPOSITES VINILESTER-BPA Y SU DURABILIDAD EN CONDICIONES EXTREMAS DE TEMPERATURA

Abstract

[EN] The research represented by this thesis deals with bisphenol-A epoxy vinyl ester resin (VEBA) composite materials reinforced with E-fiberglass fabric of medium weight (450 g/m2) and quasi-orthotropic 0-90°/±45° configuration. The increasing use of vinyl ester resin is due to the advantageous combination of their physical, chemical and mechanical characteristics, which makes it economic and competitive in certain technological applications traditionally reserved for epoxy resins. The use of glass fiber reinforcements extends its applicability as structural material not only in the fields of chemical, industrial and marine engineering but also in civil construction. Manufacturers of VE resin do not provide the following information: interlaminar crack strength of composites, properties of reinforcements different from mat, durability of the material until structural failure and collapse due to delamination. On the other hand, low cost manufacturing and not amortizable production infrastructure, or producing a material in situ to repair any infrastructure damages where it is not feasible to supply sufficient energy for curing composite, which is another aspect not widely established by research publications concerning the influence on the mechanical properties achieved by the composite. The given thesis aims: to characterize the interlaminar mode II fracture behavior of the composite (VEBA/0-90º±45º)4 cured at low temperature; quantify the influence of curing temperature on interlaminar mechanical characteristics; determine the mechanism of influence of curing temperature on the toughness in Mode II; establish durability of the composite during Mode II delamination in severe conditions of prolonged exposure to high temperature (95 °C) and also connections between durability and the temperature of curing. The mechanical characterization: flexural, interlaminar shear and Mode II interlaminar fracture strengths and fractographic, calorimetric and thermogravimetric studies indicate that the composites cured at low temperatures (20 to 50 °C) have better mechanical properties than composites with mat, and very close to the 0-90º taffeta ones. The curing temperature influences the resistance against delamination and the loss of those mechanical properties by prolonged exposure to high temperature. Shear strength and interlaminar fracture toughness properties are the most sensitive mechanical characteristics. Even with low curing temperature, the resin VEBA maintains good resistance to prolonged thermal degradation. Curing at 50 ° C makes possible low cost manufacturing and reparation in situ.

[ES] El trabajo de investigación que conforma esta publicación se inscribe en el campo de los materiales compuestos de resina viniléster de segmento epoxy-bisfenol A (VEBA), reforzada con tejido de medio gramaje (450 g/m2) en fibra de vidrio E, y configuración cuasi ortotrópica 0-90º±45º. El uso creciente de la resina viniléster viene dado por la combinación ventajosa de sus características mecánicas, químico-físicas, y económicas que la hace competitiva en algunas aplicaciones tecnológicas tradicionalmente reservadas para las resinas epoxy. La introducción de refuerzos de fibra de vidrio incrementa su aplicabilidad estructural a sectores no solamente de la ingeniería química, industrial, naval sino también de la construcción civil. Los fabricantes de resinas VE no aportan información sobre propiedades resistentes al agrietamiento interlaminar de compuestos, ni sobre otras tipologías de refuerzo diferentes a mat, ni de la durabilidad del material frente al fallo y colapso estructural por delaminación. Por otro lado, la fabricación en condiciones de bajo coste e infraestructura de producción no amortizable, o elaboración in situ con fines de reparación de desperfectos en instalaciones, donde no es factible un aporte energético suficiente para curado del compuesto, es otro aspecto no tratado por publicaciones de investigación en cuanto a la influencia sobre las propiedades mecánicas alcanzadas por el compuesto. La presente publicación tiene como objetivos para el compuesto (VEBA/0-90º±45º)4 caracterizar su comportamiento a fractura interlaminar por carga en Modo II, cuantificar la influencia de la temperatura de curado en las características de tenacidad a fractura del material compuesto, determinar el mecanismo de influencia de la temperatura de curado en la tenacidad del material en Modo II, y establecer la durabilidad del compuesto a la delaminación en Modo II para condiciones severas de exposición prolongada a alta temperatura (95 ºC) y relación de la misma con respecto a la temperatura de la etapa de curado. La caracterización mecánica a flexión, cizalladura interlaminar, fractura interlaminar en modo II, y el estudio fractográfico, calorimétrico y termogravimétrico indican que el compuesto curado a bajas temperaturas (20 y 50 ºC) tiene buenas características mecánicas, superiores a los compuestos con mat, y muy cercanas a los tafetán 0-90º. La temperatura de curado tiene influencia en el comportamiento contra la delaminación, y frente a la merma de éstas por exposición prolongada a alta temperatura. Resistencia a cizalladura y tenacidad a fractura interlaminar son las propiedades más sensibles. En estas condiciones de curado, la resina VEBA mantiene una buena resistencia a la degradación térmica. Curar a 50 ºC hace factible la reparación o elaboración in situ.

[CA] El treball d'investigació que conforma esta tesi doctoral s'inscriu en el camp dels materials compostos de resina viniléster de segment epoxy-bisfenol A (VEBA) , reforçada amb teixit de mig gramatge (450 g/m2) en fibra de vidre E, i configuració quasi ortotrópica 0-90º±45º. L'ús creixent de la resina viniléster ve donat per la combinació avantatjosa de les seues característiques mecàniques, quimicofísiques, i econòmiques que la fa competitiva en algunes aplicacions tecnològiques tradicionalment reservades per a les resines epoxy. La introducció de reforços de fibra de vidre incrementa la seua aplicabilitat estructural a sectors no sols de l'enginyeria química, industrial, naval sinó també de la construcció civil. Els fabricants de resines VEU no aporten informació sobre propietats resistents al clavillament interlaminar de compostos, ni sobre altres tipologies de reforç diferents de mat, ni de la durabilitat del material enfront de la fallada i col·lapse estructural per delaminación. D'altra banda, la fabricació en condicions de baix cost i infraestructura de producció no amortitzable, o elaboració in situ amb fins de reparació de desperfectes en instal·lacions, on no és factible una aportació energètica suficient per a curat del compost, és un altre aspecte no tractat per publicacions d'investigació quant a la influència sobre les propietats mecàniques aconseguides per el compost (VEBA/0-90º±45º)4 caracteritzar el seu comportament a fractura interlaminar per càrrega en Mode II, quantificar la influència de la temperatura de curat en les característiques de tenacitat a fractura del material compost, determinar el mecanisme d'influència de la temperatura de curat en la tenacitat del material en Mode II, i establir la durabilitat del compost a la delaminación en Mode II per a condicions severes d'exposició prolongada a alta temperatura (95 ºC) i relació de la mateixa respecte a la temperatura de l'etapa de curat. La caracterització mecànica a flexió, cizalladura interlaminar, fractura interlaminar en mode II, i l'estudi fractográfico, calorimètric i termogravimétrico indiquen que el compost curat a baixes temperatures (20 i 50 ºC) té bones característiques mecàniques, superiors als compostos amb mat, i molt pròximes als tafetà 0-90º. La temperatura de curat té influència en el comportament contra la delaminación, i enfront de la minva d'estes per exposició prolongada a alta temperatura. Resistència a cizalladura i tenacitat a fractura interlaminar són les propietats més sensibles. En estes condicions de curat, la resina VEBA manté una bona resistència a la degradació tèrmica. Curar a 50 ºC fa factible la reparació o elaboració.