[EN] In recent years, the sensitiveness of society about the conservation of environment has increased; this has promoted the development of polymeric materials derived from renewable resources. These new polymeric materials have good properties and can be used for the development of 'green composites'. The main objective of thisdoctoral thesis is the development and optimization of 'green composites', using matrices derived from epoxidized vegetable oils and mineral fibers, which have similar properties to glass fibers. The matrices used are based on epoxidized linseed oil (ELO) and epoxidized soybean oil (ESBO), and two types of crosslinking agent. One is a eutectic system of phthalic anhydride (PA), 23.8 wt%, and maleic anhydride (MA), 76.2 wt%, with a melting temperature of 48.3 °C. The other crosslinking agent was methyl nadic anhydride (MNA) which is liquid at room temperature. Thermoset materials obtained show that MNA crosslinker provides materials with improved mechanical and thermomechanical properties when compared to thermoset materials obtained with the PA/MA system. Interface phenomena of composites based on ELO-MNA and ESBO-MNA with mineral fibers from basalt and slate was evaluated by the single fiber fragmentation test (SFFT) to assess fiber-matrix interactions on the selected composites Basalt fibers were modified with two amino-silanes ((3-aminopropyl) trimethoxysilane and [3-(2-aminoethylamino)propyl]trimethoxysilane) and two glycidyl-silanestrimethoxy[2-(7-oxabicyclo[4.1.0]hept-3-yl)ethyl]silane and (3-glycidyloxypropyl) trimethoxysilane). SFFT determined that the interfacial shear stress (¿) of basalt fibers and ELO-MNA and ESBO-MNA matrices, is higher with basalt fibers treated with amino-silane [3-(2-aminoethylamino)propyl]trimethoxysilane and glycidyl silane trimethoxy[2-(7-oxabicyclo[4.1.0]hept-3-yl)ethyl]silane with both matrices. By considering the results obtained with the SFFT technique, composite laminates containing basalt fabrics modified with silanes [3-(2-aminoethylamino)propyl] trimethoxysilane and trimethoxy[2-(7-oxabicyclo[4.1.0]hept-3-yl)ethyl]silane were manufactured. These composite laminates offer good mechanical properties as expected on the base of SFFT results, with optimum results for composites with basalt fabric previously modified with([trimethoxy [2-(7-oxabicyclo [4.1.0] hept- 3-yl) ethyl] silane. Slate fibers were treated with an amino-silane[3-(2-aminoethylamino)propyl]trimethoxysilane, a glycidyl-silane trimethoxy[2-(7-oxabicyclo [4.1.0] hept-3-yl)]-silane, a zirconate (zirconium(IV)bis(dietilcitrato)dipropóxido) and a titanate (titanium (IV)(triethanolaminato)isopropoxide and ELO-MNAwas selected as matrix because it offers has good mechanical properties. The mechanical characterization of composites made from slate fabrics revealed that the best results are obtained using glycidyl silane and titanate coupling agents. Green composite made withslate fiber modified with trimethoxy[2-(7-oxabicyclo[4.1.0]hept-3-yl)ethyl]silane and ELO-MNA resin offers the best mechanical properties. This material has a flexural strength of 402.1 MPa, flexural modulus of 19.7 GPa, a tensile strength of 359.1 MPa and a Young's modulus of 25.6 GPa. These good properties allow it to compete with conventional composites manufactured with glass fiber. / [ES] En los últimos años ha aumentado la sensibilidad de la sociedad ante la conservación del medio ambiente, lo que ha llevado al desarrollo de materiales poliméricos derivados de recursos renovables. Estos nuevos materiales poliméricos presentan propiedades tales que pueden usarse para el desarrollo de 'green composites'. El principal objetivo de esta tesis doctoral es el desarrollo y optimización de 'green composites', utilizando matrices derivadas de aceites vegetales epoxidados y fibras minerales, que presentan propiedades similares a las fibras de vidrio. Las matrices utilizadas se basan en aceite de linaza epoxidado (ELO) y aceite de soja epoxidado (ESBO), y se han utilizado dos tipos de agentes entrecruzantes. Uno es una mezcla de anhídrido ftálico (PA), 23,8% en peso, y anhídrido maleico (MA), 76,2 % en peso, que presenta una transformación eutéctica al porcentaje dado y cuya temperatura de fusión ocurre a 48,3 ºC. El otro agente entrecruzante utilizado es anhídrido metil nádico (MNA) que es líquido a temperatura ambiente. Los materiales termoestables obtenidos ponen de manifiesto que el agente entrecruzante MNA proporciona materiales con mejores propiedades mecánicas y termomecánicas que los obtenidos con la mezcla de PA/MA. A partir de las resinas basadas en ELO-MNA y ESBO-MNA y fibras de basalto y pizarra, se realiza la evaluación de la entrecara de los composites mediante el test de fragmentación de una sola fibra (SFFT) y posteriormente se realiza y evalúa los materiales compuestos seleccionados. Las fibras de basalto se modifican con dos amino-silano (3-aminopropil)trimetoxisilano y [3-(2-aminoetilamino)propil]trimetoxisilano) y dos glicidil-silano trimetoxi[2-(7-oxabiciclo[4.1.0]hept-3-il)etil]silano y (3-glicidiloxipropil) trimetoxisilano. El SFFT determina que el esfuerzo cortante en la entrecara (¿), de las fibras de basalto y las matrices ELO-MNA y ESBO-MNA, es más elevado con las fibras tratadas con el amino-silano [3-(2-aminoetilamino)propil]trimetoxisilano y con el glicidil-silano trimetoxi[2-(7-oxabiciclo[4.1.0]hept-3-il)etil]silano con ambas matrices. Debido a los resultados obtenidos con la técnica SFFT se realizan materiales compuestos utilizando tejidos de basalto modificados con los silanos [3-(2-aminoetilamino)propil]trimetoxisilano y trimetoxi[2-(7-oxabiciclo[4.1.0]hept-3-il)etil]silano. De esta forma se obtienen materiales compuestos con buenas propiedades mecánicas y se valida la técnica SFFT, ya que el material compuesto con mejores propiedades es realizado con los tejidos de basalto modificado con ([trimetoxi[2-(7-oxabiciclo[4.1.0]hept-3-il)etil]silano, tal y como se predijo con la técnica SFFT. Las fibras de pizarra fueron tratadas con un amino-silano ([3-(2-aminoetilamino)propil]trimetoxisilano), un glicidil-silano trimetoxi[2-(7-oxabiciclo[4.1.0]hept-3-il)etil]silano, un zirconato (zirconio(IV)bis(dietilcitrato)dipropóxido) y un titanato (titanio(IV)(trietanolaminato)isopropóxido y se seleccionó como matriz ELO-MNA debido a sus buenas propiedades mecánicas.La caracterización mecánica de los composites realizados con tejidos de pizarra reveló que los mejores resultados se obtienen utilizando los agentes de acoplamiento glicidil-silano y titanato. El 'green composite' que presenta las mejores propiedades mecánicas es el realizado con fibra de pizarra modificada con trimetoxi[2-(7-oxabiciclo[4.1.0]hept-3-il)etil]silano y la resina ELO-MNA. Este material presenta una resistencia a flexión de 402,1 MPa, un módulo a flexión de 19,7 GPa, la resistencia a tracción es de 359,1 MPa y el Módulo de Young es de 25,6 GPa. Las buenas propiedades resistentes que presenta le permite poder sustituir a composites tradicionales realizados con fibra de vidrio. / [CA] En els últims anys ha augmentat la sensibilitat de la societat davant la conservació del medi ambient, el que ha portat al desenvolupament de materials polimèrics derivats de recursos renovables. Aquests nous materials polimèrics presenten propietats tals que poden usar-se per al desenvolupament de ''green composites''. El principal objectiu d'aquesta tesi doctoral és el desenvolupament i optimització de ''green composites'', utilitzant matrius derivades d'olis vegetals epoxidats i fibres minerals, que presenten propietats similars a les fibres de vidre. Les matrius utilitzades es basen en oli de llinosa epoxidat (ELO) i oli de soia epoxidat (ESBO), i s'han utilitzat dos tipus d'agents d'entrecreuament. Un és una barreja d'anhídrid ftàlic (PA), 23,8 % en pes, i anhídrid maleic (MA), 76,2 % en pes, que presenta una transformació eutèctica al percentatge donat i la seua temperatura de fusió passa a 48,3 ºC. L'altre agent d'entrecreuament utilitzat és anhídrid metil nàdic (MNA) que és líquid a temperatura ambient. Els materials termostables obtinguts posen de manifest que l'agent d'entrecreuament MNA proporciona materials amb millors propietats mecàniques i termomecàniques que els obtinguts amb la mescla de PA/MA. A partir de les resines basades en ELO-MNA i ESBO-MNA i fibres de basalt i llicorella, es va realitzar l'avaluació interfacial dels 'composites' utilizant el test de fragmentació d'una única fibra (SFFT) i posteriorment es van fabricar i avaluar els materials compostos seleccionats. Les fibres de basalt es van modificar amb dos amino-silans ((3-aminopropil)trimetoxisilà i [3-(2-aminoetilamino)propil]trimetoxisilà) i dos glicidil-silans trimetoxi[2-(7-oxabicicle[4.1.0]hept-3-il)etil]silà i 3-glicidiloxipropil)trimetoxisilà. El SFFT va determinar que l'esforç de tall interfacial (¿), de les fibres de basalt i les matrius ELO-MNA i ESBO-MNA, és més elevat amb les fibres tractades amb l'amino-silà [3-(2-aminoetilamino)propil]trimetoxisilà i amb el glicidil-silà ([trimetoxi[2-(7-oxabicicle[4.1.0]hept-3-il)etil]silà amb ambdues matrius. Degut als resultats obtinguts amb la tècnica SFFT es van realitzar materials compostos utilitzant teixits de basalt modificats amb els silans [3-(2-aminoetilamino)propil]trimetoxisilà i trimetoxi[2-(7-oxabicicle[4.1.0]hept-3-il)etil]silà. D'aquesta forma s'obtenen materials compostos amb bones propietats mecàniques i es va validar la tècnica SFFT, ja que el material compost amb millors propietats va ser realitzat amb els teixits de basalt modificat amb trimetoxi[2-(7-oxabicicle[4.1.0]hept-3-il)etil]silà, tal com es va predir amb la tècnica SFFT. Les fibres de llicorella van ser tractades amb un amino-silà ([3-(2-aminoetilamino)propil]trimetoxisilà), un glicidil-silà trimetoxi[2-(7-oxabicicle [4.1.0]hept-3-il)etil]silà, un zirconat (zirconi(IV)bis(dietilcitrat) dipropòxid) i un titanat (titani(IV)(trietanolaminato)isopropòxid i es va seleccionar com a matriu ELO-MNA a causa de les seues bones propietats mecàniques. La caracterització mecànica dels 'composites' realitzats amb teixits de llicorella va revelar que els millors resultats s'obtenen utilitzant els agents d'acoblament glicidil-silà i titanat. El 'green composite' que presenta les millors propietats mecàniques és el realitzat amb fibra de llicorella modificada amb trimetoxi[2-(7-oxabicicle[4.1.0]hept-3-il)etil]silà i la resina ELO-MNA. Aquest material presenta una resistència a flexió de 402,1 MPa, un mòdul a flexió de 19,7 GPa, la resistència a tracció és de 359,1 MPa i el mòdul de Young és de 25,6 GPa. Les bones propietats resistents que presenta li permeten poder substituir a 'composites' tradicionals realitzats amb fibra de vidre. / Samper Madrigal, MD. (2015). Desarrollo y optimización de 'green composites' basados en matrices derivadas de aceites vegetales modificados y refuerzos de fibras minerales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/52602 / TESIS / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento mecânico de cilindros de compósito polimérico reforçado com fibras. Para isso, foram produzidos cilindros com extremidades abertas reforçados com fibra de basalto e fibra de vidro, utilizando a técnica de enrolamento filamentar (filament winding). Estes cilindros foram submetidos a ensaio hidrostático com carregamento circunferencial, ensaio de ruptura de anel (split disk test) e ensaio de resistência ao cisalhamento interlaminar (ILSS). Uma placa do compósito de fibra de basalto foi produzida por enrolamento filamentar, para caracterização por ensaio de resistência à tração. Todos cilindros submetidos ao ensaio hidrostático apresentaram fratura localizada em uma faixa de altura do cilindro, com extensas delaminações das camadas circunferenciais. Os compósitos epóxi/fibra de basalto superaram ou igualaram os de compósito epóxi/fibra de vidro nas comparações entre resultados dos valores das propriedades mecânicas avaliadas, nas porcentagens: resistência à tração aparente de ruptura de anel em 45% e 43% em resistência específica; ILSS, em 11%; resistência/tensão de membrana de ruptura no ensaio hidrostático, em 55%. / The aim of this work was to study the mechanical behavior of fiber reinforced polymer composite cylinders. For this purpose, cylinders reinforced with basalt and glass fibers were produced, with open-ended geometry, using filament winding technique. These cylinders were submitted to hydrostatic test under circunferential loading, split disk (ring segment) test and interlaminar shear strength (ILSS). A basalt fiber composite plate was produced by filament winding for characterization by tensile strength test. All cylinders submitted to hydrostatic test presented fracture located in the height range of the cylinder, with extensive delamination of the circumferential layers. The epoxy/basalt fiber composites overcame or equated the epoxy/glass fiber composites in comparisons between results of the mechanical properties, tensile strength in split disk, in 45% and 43% in specific strength; ILSS in 11%; membrane tensile strength in the hydrostatic test, in 55%.

O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento mecânico de cilindros de compósito polimérico reforçado com fibras. Para isso, foram produzidos cilindros com extremidades abertas reforçados com fibra de basalto e fibra de vidro, utilizando a técnica de enrolamento filamentar (filament winding). Estes cilindros foram submetidos a ensaio hidrostático com carregamento circunferencial, ensaio de ruptura de anel (split disk test) e ensaio de resistência ao cisalhamento interlaminar (ILSS). Uma placa do compósito de fibra de basalto foi produzida por enrolamento filamentar, para caracterização por ensaio de resistência à tração. Todos cilindros submetidos ao ensaio hidrostático apresentaram fratura localizada em uma faixa de altura do cilindro, com extensas delaminações das camadas circunferenciais. Os compósitos epóxi/fibra de basalto superaram ou igualaram os de compósito epóxi/fibra de vidro nas comparações entre resultados dos valores das propriedades mecânicas avaliadas, nas porcentagens: resistência à tração aparente de ruptura de anel em 45% e 43% em resistência específica; ILSS, em 11%; resistência/tensão de membrana de ruptura no ensaio hidrostático, em 55%. / The aim of this work was to study the mechanical behavior of fiber reinforced polymer composite cylinders. For this purpose, cylinders reinforced with basalt and glass fibers were produced, with open-ended geometry, using filament winding technique. These cylinders were submitted to hydrostatic test under circunferential loading, split disk (ring segment) test and interlaminar shear strength (ILSS). A basalt fiber composite plate was produced by filament winding for characterization by tensile strength test. All cylinders submitted to hydrostatic test presented fracture located in the height range of the cylinder, with extensive delamination of the circumferential layers. The epoxy/basalt fiber composites overcame or equated the epoxy/glass fiber composites in comparisons between results of the mechanical properties, tensile strength in split disk, in 45% and 43% in specific strength; ILSS in 11%; membrane tensile strength in the hydrostatic test, in 55%.

[ES] Los materiales compuestos reforzados con fibra son ampliamente utilizados en diversos sectores, como el aeroespacial y el de automoción. Tras su conformado, estos materiales necesitan procesos de mecanizado para eliminar el material sobrante y facilitar la unión entre piezas. Debido a la naturaleza heterogénea y la anisotropía de estos materiales, su comportamiento ante el mecanizado es diferente que los metálicos. Las fibras abrasivas provocan un rápido desgaste de la herramienta y, además, la aparición del delaminado puede hacer necesario el reprocesado o rechazo de las piezas. El delaminado es un defecto que provoca la separación de capas del material compuesto y hace que la pieza presente un aspecto deshilachado en el borde mecanizado porque la herramienta dobla las fibras en vez de cortarlas, además de poder producir un daño superficial en la pieza. En esta tesis se ha abordado el estudio experimental del fresado de materiales compuestos reforzados con fibra de basalto, en concreto, en la operación de contorneado. En el mecanizado de este material se ha estudiado el desgaste de la herramienta, el acabado superficial y el delaminado, analizando la influencia de los parámetros de corte (velocidad, avance y profundidad de pasada), y de las características del material compuesto (volumen y orientación de fibra). Con respecto al material de las fibras, casi todos los estudios existentes se han centrado en las fibras de carbono y de vidrio, no habiendo estudios con fibras de basalto, aunque este material es de origen natural y una buena alternativa a las fibras de vidrio. Con respecto al proceso de fresado, los estudios existentes en la bibliografía se han centrado más en la operación de ranurado que en la de contorneado. Una parte fundamental de la tesis se ha centrado en el estudio del delaminado. Para ello se han definido y desarrollado los diferentes aspectos teóricos que caracterizan este defecto. Además, se han cuantificado los tipos de delaminado (Tipos I y II) mediante la definición y comparación de parámetros unidimensionales y de superficie, evaluando su evolución temporal. Los parámetros unidimensionales permiten evaluar la longitud de las fibras que sobresalen o dañan la superficie, mientras que los parámetros de superficie permiten cuantificar la densidad del delaminado. Como complemento al estudio experimental, se han utilizado herramientas estadísticas (diseño de experimentos, ANOVA y modelos de regresión cuantílica) para estudiar el fresado de este tipo de materiales en relación a la rugosidad, el desgaste de la herramienta y el delaminado. / [CA] Els materials compostos reforçats amb fibra són àmpliament utilitzats en diversos sectors, com l'aeroespacial i el d'automoció. Després del seu conformat, aquests materials necessiten processos de mecanitzat per a eliminar el material sobrant i facilitar la unió entre peces. A causa de la naturalesa heterogènia i anisotropia d'aquests materials, el seu comportament davant el mecanitzat és diferent que els metàl·lics. Les fibres abrasives provoquen un ràpid desgast de l'eina i, a més, l'aparició de la delaminació pot fer necessari el reprocessament o rebuig de les peces. La delaminació és un defecte que provoca la separació de capes del material compost i fa que la peça presente un aspecte esfilagarsat en la vora mecanitzada perquè l'eina doblega les fibres en lloc de tallar-les, a més de poder produir un mal superficial en la peça. En aquesta tesi s'ha abordat l'estudi experimental del fresat de materials compostos reforçats amb fibra de basalt, en concret, en l'operació de contornejat. En el mecanitzat d'aquest material s'ha estudiat el desgast de l'eina, l'acabat superficial i la delaminació, analitzant la influència dels paràmetres de tall (velocitat, avanç i profunditat de passada), i de les característiques del material compost (volum i orientació de fibra). Respecte al material de les fibres, quasi tots els estudis existents s'han centrat en les fibres de carboni i de vidre, no havent-hi estudis amb fibres de basalt, encara que aquest material és d'origen natural i una bona alternativa a les fibres de vidre. Respecte al procés de fresat, els estudis existents en la bibliografia s'han centrat més en l'operació de ranurat que en la de contornejat. Una part fonamental de la tesi s'ha centrat en l'estudi de la delaminació. Per a això s'han definit i desenvolupat els diferents aspectes teòrics que caracteritzen aquest defecte. A més, s'han quantificat els tipus de delaminació (Tipus I i II) mitjançant la definició i comparació de paràmetres unidimensionals i de superfície, avaluant la seua evolució temporal. Els paràmetres unidimensionals permeten avaluar la longitud de les fibres que sobreïxen o danyen la superfície, mentre que els paràmetres de superfície permeten quantificar la densitat de la delaminació. Com a complement a l'estudi experimental, s'han utilitzat eines estadístiques (disseny d'experiments, ANOVA i models de regressió quantílica) per estudiar el fresat d'aquesta mena de materials i predir alguns aspectes de la rugositat, el desgast de l'eina i la delaminació. / [EN] Fiber reinforced composites are widely used in diverse fields such as aeronautics and automotive. After their shaping, these materials require machining processes to remove excess material and facilitate joining between parts. Due to the heterogeneous nature and anisotropy of these materials, their behavior when being machined is different from metallic ones. Abrasive fibers trigger fast tool wear and delamination appearance can cause piece reprocessing or discard. Delamination is a defect which induces the separation of composite layers and makes the piece present a frayed appearance on the machined edge because the tool bends the fibers instead of cutting them, in addition to producing surface damage to the piece. In this thesis, the experimental study of milling of basalt fiber reinforced composite materials has been approached, specifically, in edge trimming. In the machining of this material, tool wear, surface finish and delamination have been studied, analyzing the influence of cutting parameters (cutting speed, feed per tooth and depth of cut) and characteristics of the composite material (fiber volume fraction and fiber orientation). Regarding the fiber material, almost all existing studies have focused on carbon and glass fibers, there are no studies with basalt fibers, although this material is of natural origin and a good alternative to glass fibers. About the milling process, existing studies in the literature have focused more on the grooving operation than on the edge trimming operation. A fundamental part of the thesis has focused on the study of delamination. To characterize this defect, different theoretical aspects have been defined and developed. Additionally, different types of delamination (types I and II) have been quantified through the definition and comparison of one-dimensional and surface parameters, evaluating their temporal evolution. One-dimensional parameters allow the evaluation of the length of the fibers that protrude or damage the surface, while the surface parameters allow the quantification of the density of delaminate. As a complement to the experimental study, statistical tools (experiment design, ANOVA and quantile regression models) have been used to study the milling of this type of materials and predict certain roughness, tool wear, and delamination aspects. / Navarro Mas, MD. (2021). Análisis experimental del fresado de materiales compuestos reforzados con fibra de basalto [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/177645 / TESIS

En el siguiente informe de tesis, se presenta el desarrollo de un concreto especial reforzado con fibra de basalto para evitar la corrosión en los elementos estructurales encontrados en la ciudad de Pisco. Este material es clasificado como polímero utilizado para mejorar las propiedades físicas y mecánicas del concreto. Por ello, los ensayos en probetas estándar de concreto con diferentes porcentajes de este adicionado generan resultados eficientes que comprueban la hipótesis a investigar. Como punto de referencia y comparación también se evaluó un concreto convencional. En ambos casos fueron sometidos a los ensayos de compresión y tracción para medir su resistencia. Además, se realizaron ensayos para medir su durabilidad tales como álcali-sílice y carbonatación. Los resultados generan beneficios en la actividad de la construcción y minimizan los costos económicos surgidos por la pérdida de materiales generado por la corrosión. / The following thesis report presents the development of a special concrete reinforced with basalt fiber to prevent corrosion in the structural elements found in the city of Pisco. This material is classified as a polymer used to improve the physical and mechanical properties of concrete. Therefore, the tests in standard concrete specimens with different percentages of this additive generate efficient results that prove the hypothesis to be investigated. As a point of reference and comparison, a conventional concrete was also evaluated. In both cases they were subjected to compression and traction tests to measure their resistance. In addition, tests were carried out to measure its durability such as alkali-silica and carbonation. The results generate benefits in the construction activity and minimize the economic costs arising from the loss of materials generated by corrosion. / Tesis