Curado microondas de resinas furánicas reforzadas con fibra de basalto: caracterización a fuego y a impacto

Abstract

En esta tesis se ha llevado a cabo el estudio de las resinas furánicas provenientes de materias primas de origen natural y renovable, que han sido empleadas en el desarrollo de materiales compuestos mediante el curado por microondas para aplicaciones de fuego e impacto. El trabajo se ha dividido en dos partes. Por un lado, se ha caracterizado químicamente la resina empleada y se ha realizado un estudio cinético de su reticulación. Por otro lado, se han analizado las propiedades tanto a impacto como a fuego de los materiales compuestos formados por la propia resina y refuerzo de basalto. Inicialmente, se ha caracterizado la resina furánica mediante las técnicas analíticas de resonancia magnética nuclear (tanto de carbono como de hidrogeno), espectroscopía infrarroja, análisis elemental, termogravimetría, cromatografía de permeación en gel, etc. Se ha determinado que es una resina con bajo contenido en alcohol furfurílico (<1%), modificada con urea, peso molecular medio numérico de 139 Da, peso molecular medio másico de 324 Da, de estructura con puentes éter y metileno entre anillos furánicos y un 15% de contenido en agua. Posteriormente, se han estudiado los mecanismos de reacción y curado de la resina furánica mediante métodos calorimétricos. Se ha observado que los parámetros cinéticos varían ligeramente en función del método empleado. De acuerdo con la variación de la energía de activación con la conversión, se puede deducir que la polimerización se desarrolla en base a cinéticas multi-etapa: formación inicial de especies activas, reacciones de condensación, reacciones en paralelo (Diels-Alder, conjugación, etc.) y el cambio final al control difusional. Además, se ha analizado el curado por microondas de la resina furánica y se ha comparado con el curado térmico. Los resultados han mostrado que el curado por microondas requiere tiempos de curado y costes energéticos inferiores (se reducen ambos a la mitad). Se han fabricado compuestos furánicos reforzados con tejido bidireccional de basalto mediante la tecnología de laminado manual curado térmicamente y laminado manual curado por microondas. Los materiales compuestos obtenidos han sido caracterizados física, mecánica y térmicamente. En lo que se refiere a la caracterización mecánica, los materiales han sido sometidos a ensayos de impacto biaxial instrumentado de baja energía. Los materiales compuestos curados por microondas presentan valores superiores de resistencia a cortadura interlaminar (13%), de umbral de delaminación (5%), de carga máxima (18%) y de umbral de penetración (15%). En este apartado, también se ha evaluado el comportamiento frente al fuego de los materiales compuestos desarrollados utilizando el cono calorimétrico, donde el efecto del microondas es mínimo. De esta manera se han desarrollado estos nuevos eco-composites y se han estudiado sus características principales en lo que se refiere al comportamiento a impacto y reacción al fuego, dos de los requisitos más exigentes y demandados hoy en día.