- Motivación y contexto
Los materiales compuestos tienen un amplio uso en la industria aeroespacial, automovilística, construcción naval, entre otros, debido principalmente a la relación entre la alta rigidez y relativa ligereza que presentan. En los últimos años ha habido un desarrollo en el área de la investigación y aplicación de los materiales compuestos reforzados con fibras naturales, como juta, sisal o henequén, coco, lino, piña, etc. Estos materiales de refuerzo, están siendo estudiados para sustituir parcialmente y/o en su totalidad a algunas fibras sintéticas, para algunas aplicaciones de matriz termoestable, principalmente en prestaciones menos severas.
La importancia del empleo de las fibras naturales, para la sustitución de materiales sintéticos, se basa principalmente en que no son tóxicas ni perjudiciales a la salud, poseen baja densidad, se aprovechan como materia prima biodegradable, no fracturan mucho en su proceso, bajo consumo de energía durante el proceso, contribuyen a la creación y multiplicación de empresas rurales y poseen buena adhesión en algunas matrices, etc.
En los últimos años, ha habido un desarrollo en la investigación y aplicación de los materiales compuestos reforzados con arcillas naturales, como la zeolita, bentonita, caolín, cobre, entre otras. Estos materiales, usados como refuerzo, están siendo estudiados para sustituir parcialmente y/o en su totalidad a los sintéticos en algunas aplicaciones de matriz termoestable, debido a que presentan una alta relación de aspecto y gran área de superficie para la interacción de la capa mineral de la arcilla con las moléculas de los polímeros. Las arcillas, aportan alta estabilidad térmica y dureza, pero con la desventaja de la disminución de su resistencia al impacto. También son usadas en la producción de diversos materiales, tales como: cementos, bloques refractarios-cerámicos, tintas, fármacos (transporte de sustancias médicas), antitóxicos, detergentes y para el desarrollo de diferentes procesos como, por ejemplo, la purificación y tratamiento de agua, así como el mejoramiento de los suelos.
- Actividades en la Escuela de Ingeniería Mecánica
Se pretende desarrollar en esta línea de investigación, la modelación, fabricación y caracterización de materiales compuestos de matriz termofija y termoplástica reforzadas con fibras vegetales y partículas de cobre de Chile.
Se obtendrán las propiedades de los diferentes materiales compuestos, se realizará la adecuación de diferentes modelos de comportamiento de materiales, la modelación digital de diversas partes y estructuras fabricadas de estos materiales y la validación de los resultados mediante la comparación con prototipos reales. A partir de la selección de las fibras vegetales, las partículas de cobre y los polímeros usados como matriz, teniendo en cuenta sus propiedades y su disponibilidad en Chile, se fabricarán muestras de diferentes materiales compuestos, obteniéndose sus propiedades mecánicas, algunas propiedades térmicas, la degradabilidad y otras características de interés. Con los datos obtenidos, de experimentos dinámicos, cíclicos y compuestos, se ajustarán modelos de comportamiento de materiales con diversos grados de complejidad.
Los modelos mencionados se utilizarán para la simulación mediante el uso del Método de los Elementos Finitos de partes, piezas y estructuras fabricadas con los materiales compuestos con mejores propiedades.
- Proyectos ejecutados/en ejecución
- Nombre del Proyecto: Concurso vinculación académica internacional: Desarrollo y Caracterización de Materiales Compuestos Reforzados con Fibras y Partículas de Cobre de Chile.
Fuente de financiamiento: Ingeniería 2030
Año de ejecución: 2017
Monto adjudicado: $1.300.000
Resultados: Estancia de trabajo programada en la Universidad de São Paulo, Brasil, del Dr. José Luis Valin Rivera, entre 1 y 23 de julio del 2017.
- Nombre del Proyecto: V Versión concurso de vinculación académica internacional: Desarrollo y Caracterización de Materiales Compuestos Reforzados con Fibras y Partículas de Cobre de Chile.
Fuente de financiamiento: Ingeniería 2030
Año de ejecución: II semestre 2017
Monto adjudicado: $1.300.000
Resultados: Estancia de trabajo programada del Dr. Francisco Rolando Valenzuela Díaz, profesor del Departamento de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales de la Escuela Politécnica de la Universidad de São Paulo en la Escuela de Ingeniería Mecánica PUCV, entre el 20 y 25 de noviembre del 2017.
- Nombre del Proyecto: “Fabricación y caracterización de material compuesto de matriz polimérica termofija reforzado con fibras de cáñamo”.
Trabajo de Título en desarrollo por el alumno: Rolando Andrés Briones Oyadanel.
Año de ejecución: 2018
Monto adjudicado: $700.000
- Publicaciones
- Díaz-Batista, D., Saint Blancard-Valdés, W., Bridi-Tellez, V., Mazorra-Mestre, M., Valin-Rivera, J. L., Valenzuela-Díaz, F. R., and Wiebeck, H. (2018). Profiles from Henequen Fibres with High-Density Polyethylene Matrix. Revista de Ciencias Técnicas Agropecuarias, 27(1), 22-25.
- Guerra-Silva, Y., Valin-Rivera, J. L., Fernández-Abreu, M. E., Wiebeck, H., Alfonso-Alvarez, A., Valenzuela-Díaz, F. R., … and Mondelo-García, F. J. (2017). Characterization of the Composite Interface of Thermoset Polymeric Matrix Reinforced with Cuban Henequen Fibers. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 26(4), 26-39.
- Valin-Fernández, M., Fernández-Abreu, M. E., Valin-Rivera, J. L., López-Salinas, H., Figueroa-Hernández, C. y González-Ruíz, J. E. (2017). Caracterización mecánica de discos de hidroxiapatita nanoporosos obtenidos por sinterización. Ingeniería Mecánica, 20(3), 144-151.
