Autorrefuerzo de resinas viniléster mediante la incorporación de micropartículas reactivas

PABLO FAYÓ; VERA ALVAREZ; EXEQUIEL RODRIGUEZ

Mar del Plata

Workshop; III Workshop sobre Materia Blanda; 2010

Las resinas termorrígidas se utilizan principalmente como matrices de materiales compuestos reforzados con fibras. Las resinas más utilizadas son las poliéster, viniléster y epoxi. Las primeras poseen como ventajas su bajo costo y baja viscosidad y las últimas sus excelentes propiedades mecánicas y buena resistencia química y térmica, aunque su costo es más elevado. Las resinas viniléster combinan las buenas propiedades químicas y mecánicas de las resinas epoxi con la procesabilidad (baja viscosidad, altas velocidades de reacción) y capacidad de curar a temperatura ambiente de las resinas poliéster. Estas características han hecho que su utilización en la industria naval, automotriz y energética como matriz de materiales compuestos reforzados con fibras haya crecido notablemente en los últimos años. Uno de los modos de falla más común en materiales compuestos de matriz polimérica es la fractura. Durante el proceso de fractura tienen lugar fenómenos como aparición de fisuras en la matriz termorrígida o el despegue fibra/matriz, que dependen de las propiedades específicas de las resinas. Por lo tanto, la tenacidad a la fractura de los materiales compuestos puede incrementarse aumentando la tenacidad de sus matrices. Existen diversas metodologías para aumentar la tenacidad de resinas termorrígidas, como por ejemplo el agregado de partículas de bajo módulo como las gomas CTBN o la separación de segundas fases de polímeros termoplásticos. Pero para poder controlar la termodinámica de la separación de fases, se necesita controlar perfectamente la temperatura de curado. Esto supone problemas para su utilización en aplicaciones donde la resina cura a temperatura ambiente o donde el control del ciclo de curado no puede efectuarse con mucha precisión (como en muchas de las aplicaciones industriales). Otra metodología comúnmente usada es la incorporación de partículas rígidas, como cargas minerales. En ese caso, la compatibilidad entre las partículas agregadas y la matriz polimérica es un factor crítico que hace que los mecanismos de aumento de tenacidad pierdan efectividad. En este contexto, se propone una metodología innovadora que consiste en utilizar partículas reactivas, prepolimerizadas de resina viniléster como aditivo para una resina similar. Controlando la reactividad y propiedades de las micropartículas se puede inducir una microestructura que favorezca la disipación de energía durante la propagación de fisuras, aumentando la tenacidad. Esta metodología tiene como ventajas aparentes la obvia compatibilidad con la resina líquida, la miscibilidad de las partículas, la independencia con respecto al ciclo de curado de la resina a la que se incorporan, el refuerzo de las propiedades mecánicas y el hecho de mantener la transparencia de la resina al no haber diferencia con el índice de refracción de las partículas. En este trabajo se desarrolló una técnica para obtener micropartículas reactivas de resina viniléster con un grado de conversión controlado. Al incorporar dichas partículas a la misma resina virgen, se obtuvo una mejora en la tenacidad a la fractura, alcanzando un incremento del 50% para un 20% de partículas. Imágenes de microscopía electrónica de barrido muestran que hay un incremento en la superficie generada por el avance de la fisura, aumentando la disipación de energía durante la fractura. Esto se debe a que la incorporación de micropartículas cambia la microestructura de la resina curada, al generar zonas de mayor dureza y mayor densidad de entrecruzamiento, favoreciendo así el desvío de fisuras. Por otro lado, los ensayos de impacto no mostraron diferencias significativas en los valores de resistencia.