Efecto de la Incorporación de Nanocargas Laminares de Montmorillonita Sobre la Cinética, Propiedades Mecánicas y Degradación Térmica de un Sistema Epoxi Amina Mezclado con Poliétilenglicol (PEG)

Abstract

The importance of composite materials is massive when the properties and benefits of the constituent materials are combined when the composite material is designed and manufactured correctly. Numerous efforts have been carried out during the latest decades with the purpose to configurate new materials able to fulfill the needs in different industrial fields and to go to the forefront with the constant changes and developments of humanity. The materials based on epoxy resins, offer good integral properties such as high rigidity and mechanical strength, high chemical resistance and thermal stability, ease of processing and high adhesive strength. However, these materials show mechanical brittleness which limits their possibility to expand to other fields. A type-modifier polyether and nanoclays of montmorillonite are incorporated into an epoxy DGEBA matrix, in order to improve the mechanical and thermal properties of neat material and thus reduce its brittleness. By thermogravimetric analysis TGA and differential scanning calorimetry DSC, it is obtained that nanoclays and polyethyleneglycol slightly deteriorate the thermal stability while at the same time improving the tensile properties of the neat epoxy. The X-raydiffraction (XRD) was used as analytical techniques in nanocomposites synthesized by polymerization in situ with and without polyethyleneglycol. The nanocomposites, the pristine clay and the neat thermosetting polymer cross-linking reaction were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy FTIR. The morphology of the modified materials is observed by scanning electron microscopy SEM, the influence of the clays and the polyethyleneglycol on the cure kinetic parameters are obtained through a derivation of the Kamal and Sorour model with diffusional control by DSC analysis.

La importancia ingenieril de los materiales compuestos es alta ya que se combinan las propiedades y beneficios de los materiales constituyentes cuando se diseña y se fabrica correctamente el material compuesto. Numerosos esfuerzos científicos son llevados a cabo durante las últimas décadas con el fin de configurar nuevos materiales capaces de suplir necesidades en diferentes campos industriales e ir a la vanguardia con los constantes cambios y desarrollos de la humanidad. Los materiales a base de resinas epóxicas, ofrecen buenas propiedades integrales como rigidez alta y resistencia mecánica, resistencia química alta y estabilidad térmica, facilidad de procesamiento y resistencia adhesiva alta. Sin embargo, estos materiales presentan fragilidad cuando son sometidos a esfuerzos altos lo que limita su campo de aplicación. En esta investigación se incorpora un modificante tipo poliéter y nanocargas laminares de arcillas tipo montmorillonita a una matriz epóxica tipo DGEBA con el fin de mejorar las propiedades mecánicas y térmicas de material convencional y así reducir su fragilidad. A través de análisis termogravimétrico TGA y por calorimetría diferencial de barrido DSC se obtiene que las arcillas y poliéter deterioran levemente la estabilidad térmica mientras a su vez mejoran las propiedades de tracción del material. La difracción de rayos X (XRD) se usa como técnica de análisis en nanocompuestos preparados por polimerización in situ con y sin poliétilenglicol. Los nanocompuestos, las arcillas puras y la reacción de entrecruzamiento del polímero convencional fueron caracterizadas por espectroscopia de infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR). La morfología de los materiales modificados se observa por microscopia electrónica de barrido (SEM), la influencia de las arcillas y el poliéter en los parámetros cinéticos de curado se obtiene a través de una derivación del modelo de Kamal y Sorour con control difusional a través de un análisis por DSC.