Una evaluación del tratamiento de descarga de barrera dieléctrica sobre las propiedades mecánicas, estructurales y morfológicas de las fibras de carbono.
Conclusión.
Introducción.
Resultados y discusión.
La baja adhesión de la interfaz de los materiales compuestos es un inconveniente.
Pues puede conducir a la deslaminación y una disminución de la resistencia mecánica del material.
Es importante mantener una buena adherencia entre la matriz y la fibra para obtener compuestos con mejor resistencia mecánica.
Los espectros Raman no mostraron cambios significativos en la estructura cristalina de ambos tejidos, lo que indica que el efecto del tratamiento se limita a la superficie de la fibra de carbono.
Finalmente, los resultados del ILSS evidenciaron que el trenzado diferente de los CF no afecta la adherencia en la interfaz de los composites.
Los resultados de AFM mostraron un aumento de la rugosidad de las fibras de carbono para tiempos de tratamiento más cortos (2,0-5,0 min).
Resumen.
Las propiedades mecánicas de estos compuestos dependen de la adhesión en la interfaz matriz CF. Dado que las CF tienen malas propiedades de adhesión, se hace necesario un tratamiento superficial.
El proceso de plasma utilizado en este trabajo fue la descarga de barrera dieléctrica (DBD).
Las fibras de carbono (CF) se han aplicado ampliamente en la fabricación de compuestos poliméricos.
Los compuestos CF / polipropileno (PP) se produjeron mediante el método de prensado en caliente.
La morfología de la superficie, la estructura y las propiedades mecánicas de los CF se caracterizaron mediante:
El tratamiento DBD de fibras de carbono de tejido de sarga (2 × 2) se realizó durante 2.0; 5,0; 7.5 y 10.0 minutos.
Microscopía electrónica de barrido (SEM).
Microscopía de fuerza atómica (AFM).
Espectroscopía Raman.
Prueba de cizallamiento interlaminar (ILSS)
Análisis mecánico dinámico (DMA
Los resultados de AFM muestran que la fibra tratada durante 2.0 min exhibió la mayor rugosidad.
Las imágenes SEM muestran grandes cambios en la superficie de CF después del tratamiento.
Los espectros Raman revelaron que la estructura cristalina de la fibra de carbono no cambió después del tratamiento.
Los resultados de ILSS y DMA muestran un aumento de la resistencia mecánica y ningún cambio importante en la temperatura del vidrio de los materiales compuestos después del tratamiento con DBD.
Por lo tanto, se requiere una modificación de la superficie para aumentar la adhesión en la interfaz CF / polímero.
En materiales compuestos, la matriz polimérica es la encargada de transferir la carga aplicada a las fibras.
La adhesión interfacial en los composites puede originarse por procesos mecánicos y químicos.
Las fibras de carbono (CF) tienen excelentes propiedades como:
El procesamiento de plasma ha surgido como un enfoque alternativo porque es respetuoso con el medio ambiente.
Los tratamientos químicos consisten en baños ácidos muy contaminantes.
Entre los diferentes tratamientos de plasma, la descarga de barrera dieléctrica (DBD) produce algunas modificaciones, como rugosidad superficial e introducción de grupos polares en la superficie.
Se investigó el efecto del tratamiento DBD sobre las propiedades mecánicas, estructurales y morfológicas de la tela cruzada (2 × 2).
Los CF fueron caracterizados por SEM y AFM para analizar su morfología superficial y espectroscopía Raman para analizar la estructura cristalina.
La adhesión en la interfaz compuesta se caracterizó por la prueba de cizallamiento interlaminar (ILSS) y la temperatura de transición vítrea por análisis mecánico dinámico (DMA).
Alto módulo elástico y conductividad eléctrica.
Estabilidad química.
Alta resistencia mecánica y térmica.
Bajo peso específico.
Baja adherencia a los materiales poliméricos.
Alta resistencia al calor y a la corrosión.
La mejora de la resistencia al cizallamiento de los materiales compuestos fue aproximadamente un 67-70% mayor que la obtenida con las fibras de carbono sin tratar.
Las imágenes SEM y AFM presentaron algunas modificaciones morfológicas superficiales para ambos tejidos CF.
Además, los resultados de DMA muestran que el tratamiento no cambió la temperatura de trabajo del material.
Los CF de tejido de sarga se trataron con plasma aire-DBD.
El tratamiento DBD de los CF surge como un método eficaz para mejorar la adhesión en la interfaz de los materiales compuestos y, en consecuencia, se pueden obtener materiales compuestos con mayor resistencia al cizallamiento.
Espectroscopía Raman.
Microscopía electrónica de barrido (SEM).
Microscopía de fuerza atómica (AFM).
Después del tratamiento con DBD, se observó una modificación en la morfología de la superficie de la CF.
Se observó que la rugosidad no varió monótonamente con el tiempo de tratamiento.
La AFM sin tratar mostró una superficie irregular (debido a la fabricación de CF), lo que corrobora las observaciones obtenidas por análisis SEM.
El aumento de la rugosidad de la CF al principio es causado por el grabado en la superficie de la fibra inicialmente lisa.
El análisis de AFM, Se realizó para analizar la influencia del tratamiento DBD en la rugosidad de la CF.
El tiempo de tratamiento de DBD aumenta, entonces en el ataque del plasma se produce preferentemente en las irregularidades de la superficie de los CF (picos). Por ello, la rugosidad de los CF disminuye.
Se observaron muchas ranuras orientadas axialmente en la superficie CF sin tratar.
Se observa que después de los tratamientos con DBD, hubo aglomeración de partículas en la superficie de los CF.
Este análisis tiene como objetivo evaluar la influencia del tratamiento DBD en la morfología de la superficie de la FQ.
Se realizó espectroscopía Raman para proporcionar información útil sobre la presencia de fases y cambios en la estructura de la FQ después del tratamiento con plasma.
Se estudio los espectros Raman de las fibras tratadas y no tratadas durante 2.0, 5.0, 7.5 y 10.0.
El análisis de espectroscopía Raman tiene una gran aplicación para detectar modificaciones en la estructura cristalina de materiales de carbono.
Para todas las muestras tratadas, se observó un aumento en la resistencia al cizallamiento de aproximadamente un 70% en comparación con la fibra sin tratar (2,9 MPa).
Experimentación.
Como barrera dieléctrica se utilizó un vidrio plano de 2 mm de espesor, unido a ambos electrodos.
El espacio entre dos dieléctricos se fijó en 4 mm.
El electrodo inferior se encendió en una fuente de alto voltaje y el otro se conectó a tierra.
Tiene dos electrodos de acero inoxidable (ѳ11,5 cm).
La magnitud del voltaje fue de 35 kV pico a pico a una frecuencia de 60 Hz. Un esquema del sistema DBD se detalló en un trabajo anterior.
El reactor DBD funciona a presión atmosférica.
Se empleó una bolsa de vacío durante la producción.
A partir de este procedimiento, se produjeron 10 laminados con un espesor de alrededor de 3 mm.
Caracterización de fibra de carbono El análisis de microscopía electrónica de barrido (SEM) se realizó utilizando un microscopio JEOL, modelo JSM 5310.
La rugosidad de la fibra de carbono se obtuvo mediante análisis de microscopía de fuerza atómica (AFM).
Para cada muestra, se escanearon cinco áreas de 16 µm² y la topografía se caracterizó por la rugosidad media cuadrática (Rq).
Los espectros Raman se obtuvieron mediante el MicroRaman Renishaw System 2000 con láser Ar + (λ = 514,5 nm) como fuente de excitación.
Se estima que la profundidad de penetración de la radiación es de aproximadamente 5,0 μm.
Sus dimensiones eran aproximadamente 18 mm × 6 mm × 3 mm, según la ASTM D 2344 / D2344M-00.
Parametros.
Atmósfera: N2.fFujo de gas: 100 mL / min.
Frecuencia: 1 Hz; voladizo doble.
Fuerza: 2000 mN.
Según la norma ASTM D7028-07E1.
Amplitud: 10 µm.
Las dimensiones de la muestra eran 10 mm × 50 mm × 3 mm.
Velocidad de calor: 3 o C / min.
180 ° C durante 60 min y 2 MPa.
Rango de temperatura: –100 a 100 o C.