Modificación de las propiedades interfaciales en materiales compuestos polietileno de alta densidad-fibra de henequén - Carrillo Lara, Luis Felipe (Universidad Autónoma Metropolitana, 1998)
En esta tesis se modificaron las interacciones interfaciales entre la fibra de henequén y el polietileno de alta densidad para mejorar las propiedades mecánicas de este material polimérico. Esta modificación se realizó con un tratamiento inicial a la fibra de henequén consistente en un lavado con una solución acuosa de hidróxido de sodio, con el propósito de eliminar lignina y hemicelulosas que funcionan como adhesives aglutinantes de las microfibras de celulosa que componen a la fibra entera. Posteriormente se sometió a la fibra a dos tratamientos: uno físico, una pre-impregnación de la fibra con una solución de I-IDPE-xileno para que el polímero penetrara en las microcavidades de la fibra y resultase una mejor interacción mecánica entre la fibra y la matriz; y uno químico utilizando un agente de acoplamiento de tipo silano. Este compuesto posee una estructura química que le permite interactuar con la fibra y la matriz al mismo tiempo, resultando en una mejor adherencia. En este último caso, el tratamiento se le aplicó a la fibra tanto en forma natural como a la tratada con la solución acuosa de hidróxido de sodio. La verificación del efecto de los tratamientos realizados en la fibra sobre las propiedades del material compuesto se efectuó mediante dos tipos de prueba: uno micromecánico y otro mecánico. En el método micromecánico se aplicaron dos técnicas: la del desprendimiento por tensión (pull-out) y la de fragmentación de una sola fibra. De los resultados de ambas se obtuvo un indicador de las propiedades de adherencia entre la fibra de henequén y el PEAD. Por el método mecánico se obtuvieron propiedades mecánicas efectivas del material compuesto. De las micrografías de las fibras tratadas con la solución acuosa de NaOH se observó que los cambios morfológicos de la fibra, resultan en un incremento en la adherencia entre la fibra y la matriz. Sin embargo, dicha adherencia se mejora por la pre-impregnación de la fibra con la matriz de PEAD antes de fabricar el material compuesto. El tratamiento con el agente de acoplamiento incrementó más aún el nivel de adherencia entre la fibra y la matriz, pero no a un nivel mucho mayor que el obtenido por la pre-impregnación. Esto puede atribuirse al hecho de que el tratamiento con el hidróxido de sodio no elimina totalmente las ligninas y hemicelulosas presentes en la fibra y por lo tanto la exposición de la celulosa al silano es limitada. El agente de acoplamiento fue aplicado a la fibra utilizando dos métodos utilizados por otros investigadores en trabajos similares con fibras de madera. El primero consistió en tratar al silano en un medio de tetracloruro de carbono y segundo por medio acuoso en presencia de un alcohol, efectuándose en ambos casos una hidrólisis. No se notó una diferencia entre los niveles de adherencia entre ambos métodos, pero los resultados de estudios de espectroscopía por medio de FTIR, indican que el grupo silano sí permaneció en la superficie de la fibra. El segundo método de aplicación del silano por medio acuoso es mucho más conveniente y fácil puesto que se realiza a temperatura ambiente, y los solventes utilizados son menos tóxicos que el tetracloruro de carbono. De mezclas realizadas entre el polietileno de alta densidad y el agente de acoplamiento de tipo silano, se realizaron estudios de espectroscopía de infrarrojo con transformada de Fourier. Dichas mezclas fueron disueltas en xileno, que es un solvente tanto del PEAD y del silano. Cualquier cantidad de polietileno que pudo reaccionar con el silano no fue disuelto y este se precipitó al evaporar el solvente. Los espectros de infrarrojo confirman que posiblemente existe una iateracción química entre el silano y el polietileno pues se notó una pequeña banda que corresponde a enlaces de tipo Si-O-C, característico del organosilano. Esto es una evidencia de que sí es posible una reacción entre la matriz poliolefínica y el agente de acoplamiento tipo silano. Adicionalmente, de experimentos de desprendimiento de una fibra a tensión (pull-out), se hizo notorio que la A presencia del peróxido promovió la reacción entre el grupo vinil del agente de acoplamiento con los grupos etilo del polietileno. Por la diferencia en la forma de la curva de esfuerzo-deformación de estos experimentos, es evidente que las propiedades mecánicas de la matriz cambian y esto es posiblemente atribuible a entrecruzamiento de la misma en la zona interfacial y en consecuencia, se incrementó la resistencia interfacial al cortante entre el silano y la matriz. También en los materiales compuestos de fibra corta de henequén-PEAD se observó un nivel de adherencia mayor cuando se utilizó el agente de acoplamiento organosilano. Debe notarse que el incremento en las propiedades mecánicas a la tensión del material no fueron proporcionales a los incrementos en el nivel de adherencia observados en las pruebas micromecánicas. Esto se puede atribuir al hecho de que cuando se utiliza una fibra corta en un material compuesto existen concentraciones de esfuerzos que disminuyen la capacidad de refuerzo de la fibra. Dicha disminución ocurre por desprendimientos interfaciales en los extremos de la fibra y en consecuencia una disminución de la superficie de transferencia de cargas entre fibra y matriz.