tesis composites con fibras naturales

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"Desarrollo de materiales compuestos con fibra natural y matriz polimérica para su aplicación en la fabricación de mobiliario" Presenta Wendy Adriana Hernández Arellano Para la obtención del grado de Maestría Mexicali, B.C. Diciembre 2011 Director de Tesis Dr. Álvaro González Ángeles

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Page 1: Tesis Composites Con Fibras Naturales

"Desarrollo de materiales compuestos con fibra natural y matriz polimérica para su ap l icac ión en la fab r icac ión de mobiliario"

Presenta 

Wendy Adriana Hernández Arellano

Para la obtención del grado de Maestría

Mexicali, B.C. Diciembre 2011

Director de Tesis Dr. Álvaro González Ángeles

Page 2: Tesis Composites Con Fibras Naturales

Desarrollo de materiales compuestos con fibra natural y matriz polimérica para su utilización en la fabricación de mobiliario.

Objetivo.

+ =

Page 3: Tesis Composites Con Fibras Naturales

Hipótesis.

Utilizando desechos de algodón como fibra natural reforzada en una matriz polimérica, se puedan desarrollar nuevos materiales compuestos para la fabricación de mobiliario.

Page 4: Tesis Composites Con Fibras Naturales

Ocho Metas Establecidas

Para el cumplimiento del objetivo

Page 5: Tesis Composites Con Fibras Naturales

= Fibras cortas quebradizas y frágiles

No afecta en la planta del algodón Si afecta en el trigo

Metas cumplidas: 1.  Determinar la influencia del tiempo en las

propiedades mecánicas de la fibra.

Cascarilla

Semilla

Algodón hueso

=

Fibras cortas

Partículas

=

Fibras largas

Page 6: Tesis Composites Con Fibras Naturales

Diseño de experimentos =

Metas cumplidas: 3. Determinar la composición exacta y tiempo de curado

para obtener las óptimas propiedades de las resinas a utilizar.

Relación fibra cortas y partículas + resina: 50/50 y 60/40

Page 7: Tesis Composites Con Fibras Naturales

Diseño de experimentos =

4. Determinar los tipos de resina a utilizar.

Resina poliéster PP250 Resina epóxica 105/E206slow West System

Metas cumplidas:

Page 8: Tesis Composites Con Fibras Naturales

Prueba de Tensión Norma ASTM D638 ASTM D3039

Metas cumplidas: 5. Determinar las pruebas mecánicas, el tipo y tamaño

de muestra para su ejecución.

Flexión a tres puntos Norma ASTM D790

Flexión a cuatro puntos Norma ASTM D6272

Page 9: Tesis Composites Con Fibras Naturales
Page 10: Tesis Composites Con Fibras Naturales

Vaciado: Partículas y fibras cortas

Metas cumplidas: 6. Fabricación de los nuevos compuestos

por vaciado y laminado

Laminado: Fibras cortas y largas

Page 11: Tesis Composites Con Fibras Naturales

Metas cumplidas: 7. Determinar la orientación de las fibras.

Aleatoria = material anisotrópico

Page 12: Tesis Composites Con Fibras Naturales

Diagrama esfuerzo-deformación de varios materiales

Resina poliéster + fibras y partículas

Resina epóxica + fibras largas

Resina epóxica + fibras y partículas

Page 13: Tesis Composites Con Fibras Naturales

Metas cumplidas: 8. Determinar las propiedades mecánicas del

nuevo material compuesto

Resistencia a la tensión (Carga máxima soportada)

Tipo de Resina Fibras Cortas

Partículas Fibras Largas

Poliéster PP250 94.06 lbf 84.08 lbf NA

Epóxica 105/E206

397.25 lbf 294.65 lbf 19.28 lbf

Constituciones analizadas

Fibras cortas

Partículas Fibras Largas

*Tableros Aglomerados de 5 a 25 mm

Resina poliéster PP250

94.08 84.08 --- 22.39 a 44.79

Resina Epóxica 105/206 WS

397.25 294.65 134.5

*Conformados de 3 a 4 capas (lbf)

Page 14: Tesis Composites Con Fibras Naturales

Prueba de tensión ASTM D638/D3039 Resultados:

Constitución con Resina Epóxica

1 2 Promedio

(lbf) Fibras cortas cascarilla 60%

resina 40% 414.07 380.43 *397.25

Partículas cascarilla 60% resina 40%

294.84 294.45 294.65

Fibras largas + resina 133 136 134.5

La constitución que mayor propiedades mecánicas presenta es la de fibras cortas con resina epóxica.

Composición de la mezcla 1 2 3 4 5 Promedio

(lbf) Fibras cortas cascarilla 60%

resina 40% 98 84 95.4 86 106.9 *94.06

Fibras cortas semilla 50% resina 50%

93 79.7 80 89 84 85.14

Partículas cascarilla 60% resina 40%

89.9 86 79 78.5 87 84.08

Partículas semilla 50% resina 50%

82.6 80 81.3 79.8 81 80.7

Page 15: Tesis Composites Con Fibras Naturales

Prueba de Flexión (3P) ASTM D790

El laminado constituido por fibras largas + resina epóxica presentó la curva de un material muy dúctil pero poco tenaz, el comportamiento fue similar al de la fibra de aramida (kevlar)

Composición de la mezcla

1 2 Promedio

(lbf) Fibras cortas

cascarilla 60% resina 40%

35.64 31.67 33.65

Partículas cascarilla 60% resina 40% 26 24.42 25.21

Fibras largas + resina 19.66 18.9 19.28

Page 16: Tesis Composites Con Fibras Naturales

Resultados

  La influencia del tiempo si afecta a las fibras y partículas obtenidas a partir de la planta de trigo, por lo que se descarta su uso para el desarrollo de materiales compuestos donde se requiera de resistencia mecánica.

  Del algodonero se pueden ut i l izar la cascarilla, la semilla y el algodón hueso y pluma para obtener partículas, fibras cortas y fibras largas.

  Con el diseño de experimentos se comprobó que el porcentaje de resina que ofrece mayores propiedades mecánicas en la relación fibra+resina, fibra+partículas es de 50/50 y la relación 60/40.

Page 17: Tesis Composites Con Fibras Naturales

 La resina epóxica utilizada (105/206 West System) aportó mayor ductilidad y ofrece mayor tenacidad que la resina poliéster PP250, en las combinaciones: resina+partículas, resina+fibras cortas, resina+fibras largas.

Resultados

 De los cinco materiales nuevos tres pueden ser utilizados en la fabricación de mobiliario, la constitución de resina epóxica + fibras cortas y partículas, y la de resina poliéster y fibras cortas.

 Los nuevos materiales compuestos pueden ser maquinados y procesados mediante los procesos manejados actualmente en la industria del plástico y los materiales compuestos.

Page 18: Tesis Composites Con Fibras Naturales

Conclusiones

Se descubrió el potencial de la planta de algodón para su aprovechamiento fuera del ramo textil.

Los nuevos materiales compuestos obtuvieron resultados favorables en las pruebas mecánicas realizadas, lo que abre el panorama para su utilización en diversas áreas de la industria.

La utilización de fibras naturales tienen un menor impacto ambiental durante la siembra y cosecha.

Al sustituir fibras sintéticas por las naturales, mejora la salud ambiental y laboral por el empleo de fibras naturales frente a la fibra de vidrio.

Las fibras naturales presentan un balance energético positivo comparado con el de otras fibras sintéticas, además de poseer un carácter renovable que reduce el impacto ambiental negativo.

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Usos y aplicaciones

Page 20: Tesis Composites Con Fibras Naturales

Cronograma de Actividades.

* En proceso **Para presentar en el examen de grado ***Participación en el Congreso Internacional Vértice 2012

DESCRIPCIÓN 1 2 3 4

ETAPA ANALÍTICA                        

DETERMINAR EL PROBLEMA                        

INVESTIGACION DOCUMENTAL Y DE CAMPO                        

RECOLECCIÓN DE MUESTRAS                        

REVISION BIBLIOGRÁFICA                        

ETAPA EXPERIMENTAL                        

OBTENCIÓN DE ESPECÍMENES                        

REALIZACIÓN DE PRUEBAS                        

SINTÉSIS Y EVALUACIÓN                        

ETAPA DE COMUNICACIÓN                        

RESULTADOS PRELIMINARES                        

*ENVIAR TRES ENSAYOS PARA UBLICAR                        

*RESULTADOS PROPIEDADES MECÁNICAS                        

**CONSTRUCCIÓN DE PIEZAS ESPECÍFICAS                        

**PRESENTACIÓN DE EXAMEN DE GRADO                   jul-12

INICIAR CON LOS TRAMITES DE REGISTRO DE PATENTE                        

***Participación en el Congreso Internacional Vértice 2012                   sep-12

Page 21: Tesis Composites Con Fibras Naturales

Por su atención Gracias.