Diseño y caracterización de un compuesto fibroreforzado de matriz polimérica y fibra de carbono como modelo en la implementación de cascos para ciclismo

Abstract

Se diseñó y caracterizó experimentalmente un material compuesto de matriz epóxica reforzado con fibra de carbono En este trabajo se estudió el efecto de la orientación de la fibra dentro de la matriz como contribución en la mejora de las propiedades mecánicas del material fibro-reforzado. La caracterización estructural, mecánica y morfológica se realizó mediante Difracción de rayos-X, Ensayos de Flexión e Impacto y Microscopia Electrónica de Barrido (SEM) respectivamente. Los resultados obtenidos por XRD muestran un relativo alto grado de semi-cristalinidad con una orientación (002) para 2Ө = 24.0. Se encontró que en los ensayos de flexión para la matriz con fibras cortas distribuidas al azar presenta un esfuerzo máximo de 2900 KN/m2 comparado con la matriz con fibras continuas que presenta un esfuerzo máximo de 5900 KN/m2, un comportamiento similar fue evidenciado en los ensayos de impacto. Imágenes de SEM muestran una buena distribución de la fibra dentro de la matriz. Los anteriores resultados muestran el efecto de la orientación de la fibra dentro de la matriz, abriendo la posibilidad de aplicar este tipo de diseños en el uso de otros dispositivos empleados en deportes de alto desempeño.

It was designed and characterized experimentally a composites material of epoxy matrix reinforced with carbon fiber. In this study was to assess the effect of matrix fiber orientation as a contribution in improving the mechanical properties of composites materials. The structural, mechanical and morphological characterization was performed using X-ray diffraction, bending and impact test and scanning slectron microscopy (SEM) respectively. The results obtained by XRD show a relatively high degree of semi-crystallinity due to the contribution of the amorphous epoxy resin phase and crystalline carbon fiber phase with an orientation (002) for 2Ө = 24.0o. We found that bending test for matrix with short fibers randomly distributed presents a maximum stress 2900 KN/m2 compared with matrix continuous fibres, which presents a maximum stress 5900 KN/m2, a similar behavior was showed in impact tests. SEM images show a good fiber distribution within the matrix. The previous results show a systematic increase of the mechanical properties in fiber reforced material indicating that the analysis of the fiber orientation effect within the matrix displays an improved composite material, opening the possibility of applying such designs in the use of other devices used in high performance sports.