CICYT (MAT 98-0611)

CICYT (proyectos PTR89/0172 y MAT92/0522)

La presente investigación se enmarca en el seguimiento de tramos experimentales construidos por la Dirección de Vialidad del Ministerio de Obras Públicas, con el objetivo de evaluar diferentes soluciones de pavimentos y registrar su comportamiento en el tiempo. El tramo estudiado construido en el año 1995 incluye diversas soluciones de pavimentos flexibles y rígidos. Para determinar el comportamiento de cada tramo se desarrollará una verificación, teniendo como referencia los métodos de diseño utilizados, una estimación de las solicitaciones que han afectado al tramo, una inspección visual de deterioros y un análisis de los parámetros indicadores representativos de la condición de los tipos de pavimentos estudiados, algunos de ellos desde su construcción, y además una estimación de la evolución del índice de serviciabilidad, para cada una de las soluciones evaluadas. Los tipos de soluciones que comprende la presente evaluación son: dobles tratamientos superficiales con emulsión normal y emulsión elastomérica; pavimentos asfálticos proyectados con diferentes métodos de diseño y construidos con mezcla normal y con mezcla modificada con elastómero; pavimentos de hormigón proyectados con diferentes métodos de diseño, además de diferentes estructuras de traspaso de carga en la junta transversal y longitudes de losas de cuatro y seis metros. De acuerdo a los resultados del análisis realizado se comprueba que el método AASHTO representó de buena manera el comportamiento de los pavimentos tanto de hormigón como de asfalto. Los tramos de pavimentos de hormigón diseñados mediante el método AASHTO y de longitudes de losas de cuatro metros, muestran un comportamiento por sobre el resto de las soluciones aplicadas en el tramo en estudio. Los sectores con tratamientos superficiales han podido soportar en buenas condiciones las altas solicitaciones de tránsito.

CICYT (MAT 98-0611)

Esta investigación pretende contribuir al conocimiento de las relaciones entre la microestructura, las propiedades y las condiciones del procesado de los materiales compuestos polipropileno-vidrio. El propósito fue el de actuar sobre la interfase, al ser ésta una región del material de relevante importancia por su influencia sobre las propiedades mecánicas del material compuesto.Se prepararon y caracterizaron una amplia gama de compuestos con un porcentaje en volumen (26%) de microesferas de vidrio. Para modificar el grado de adhesión entre las fases se actuó por dos vías: incorporación de un copolímero polipropileno-co-anhídrido maleico (MAPP) y/o polietilentereftalato (PET), y aplicación de tratamientos superficiales basados en silanos organofuncionales sobre las microesferas de vidrio como promotores de la adhesión.La composición se realizó mediante un equipo de extrusión de doble husillo corrotatorio, que garantiza una óptima dispersión de las fases constituyentes del compuesto. Para la caracterización se moldearon probetas por inyección con varías geometrías. Los materiales preparados se caracterizaron por su densidad, concentración de vidrio e índice de fluidez..Primeramente, se estudiaron las mezclas sin vidrio PP/PET y PP/MAPP/PET. Su morfología de fases fue analizada mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM) y de barrido (SEM). Su estructura se estudia mediante espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR), espectroscopía Raman y difracción de rayos X (WAXD). La acción compatibilizante del MAPP en esta mezcla se puso de manifiesto por la reducción de tamaños de la fase dispersa de PET, diferencias en su estructura cristalina, así como en el espectro Raman del polipropileno. El comportamiento de cristalización se estudió mediante calorimetría diferencial de barrido (DSC), observándose una marcada acción nucleante debida a la presencia de PET, así como ligeros cambios en la cristalinidad. En las muestras no cargadas pudo medirse el tamaño medio esferulítico del polipropileno mediante microscopía óptica de luz polarizada.Por otro lado, se analizaron las orientaciones de la fase cristalina (α) del PP en los distintos compuestos inyectados, a través de medidas realizadas mediante WAXD. Esta técnica proporcionó además valores de porcentaje de cristalinidad, así como de la fracción de fase β. El análisis térmico mecánico-dinámico (DMTA) proporcionó información acerca de la temperatura de transición vítrea (Tg) del polipropileno así como de una relajación denominada α'. Mientras que no se observaron diferencias significativas en la Tg, la distinta composición de los materiales hizo variar de manera importante la relajación α', lo cual se relacionó con variaciones en las interfases cristalinas. Las variaciones observadas, igualmente, en los valores del factor de pérdidas viscoelásticas (tan δ) se asociaron a diferencias en rigidez y grado de adhesión interfacial. La caracterización mecánica, llevada a cabo mediante ensayos de tracción, permitió obtener valores del módulo de Young, resistencia máxima y alargamiento a rotura. Las diferencias encontradas evidenciaron el diferente grado de adhesión interfacial desarrollado. Estos resultados se complementaron con observaciones por SEM, que permitieron apreciar, además de la adhesión, una tendencia destacable del PET a encapsular a las microesferas de vidrio.Para caracterizar el comportamiento a fractura se tuvieron que aplicar varios conceptos. Los compuestos con una fuerte adhesión matriz-carga presentaron una rotura frágil, por lo que fueron analizados mediante ensayos de la Mecánica de la Fractura Elástico-Lineal. Por su parte, la fractura de los materiales con baja adhesión se caracterizó a través de la integral J.Por último, se pretendió verificar la aplicabilidad del concepto del Trabajo Esencial de Fractura (EWF) a este tipo de materiales. Para ello, se realizaron ensayos específicos del EWF sobre aquellos compuestos más dúctiles. / In this work we have intended to deep into the knowledge of the correlation between the microstructure, properties and processing conditions of polypropylene-glass composite materials. The original aim was to act onto the interface, as it is a material region with a significant importance, due to its influence on the mechanical properties of the composite.This leaded us to design, compound and characterize a wide number of composites with a constant glass (sphere-shaped) percentage, choosing 26% by volume in order to maximize the effect of the interface. The adhesion degree between phases was modified following two routes: by one hand, maleic anhydride grafted polypropylene (MAPP) and/or poly (ethylene terephthalate) (PET) were added and by other hand as adhesion promoters surface treatments with organofunctional silanes were applied onto glass beads.The composition was carried out by a co-rotating twin screw extruder, which guarantees an optimal phase dispersion. Different samples were injection-moulded to characterize the composites. The composites were initially characterized by its density, glass bead content and melt flow index. Firstly, unfilled PP/PET and PP/MAPP/PET blends were studied. Their phase morphology was analysed through transmission (TEM) and scanning (SEM) electron microscopy. Their microstructure was analysed through Fourier transformed infrared spectroscopy (FT-IR), Raman spectroscopy and wide angle X-ray diffraction (WAXD). The compatibilizing action of MAPP in this blend was manifested by a reduction of average PET size domains and differences in the crystalline PET microstructure, as well as changes in the polypropylene Raman spectrum.The crystallization behaviour was analysed through differential scanning calorimetry (DSC), noticing a marked nucleating activity of PET, as well as slight differences in the degree of crystallinity. In the unfilled samples, the medium spherulitic size of polypropylene could not be measured through polarised light microscopy.By other hand, the orientations of the α-form of PP crystalline phase were estimated through WAXD. This procedure also allowed to obtain values of the degree of crystallinity, as well as values of β-phase fraction.Dynamic-mechanical thermal analysis (DMTA) provided information about the PP glass transition temperature (Tg), as well as about the relaxation α'. No significant differences were observed in the Tg values, but the different sample composition resulted in notable variations of relaxation α', which was related with differences in the crystalline interfaces. The differences observed in the values of the loss tangent (tan δ) were associated with variations in both stiffness and interfacial adhesion.The mechanical characterization, carried out through tensile tests, allowed to obtain values of Young's modulus, maximum tensile strength and elongation at break. Significant differences were found, related with the modification of the interfacial adhesion degree. These results were complemented with SEM observations, which showed besides the adhesion, the tendency of PET to encapsulate the glass beads.Different concepts had to be applied to characterize the fracture behaviour. Composites with a high filler-matrix adhesion showed a brittle failure, being analysed by specific tests of the Linear-Elastic Fracture Mechanics (LEFM). By other hand, the fracture of composites with low interfacial adhesion were analysed through J-integral.Finally, the applicability of the Essential Work of Fracture (EWF) concept to these materials was checked. For this reason, specific tests of the EWF were carried out on the more ductile composites. Moreover, the effect of the thickness sample was analysed.

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Actualmente el polietileno es uno de los termoplásticos de mayor consumo en el mundo, con una demanda anual estimada de 60 millones de toneladas. La alta demanda del polietileno ha estado directamente relacionada con su versatilidad, sus buenas propiedades físicas y la competitividad económica de sus procesos de producción, ya que, además, se considera el polímero más barato. Varios puntos fuertes lo confirman como material idóneo para muchas aplicaciones: baja densidad, buena resistencia química y mecánica, falta de olor, no toxicidad, poca permeabilidad para el vapor de agua y buenas propiedades eléctricas. Debido a este equilibrio entre propiedades químicas, físicas y económicas, el polietileno lo podemos encontrar en multitud de sectores industriales tanto de elevado como de bajo contenido tecnológico. No obstante, presenta ciertas limitaciones en su aplicabilidad debido a sus propias características intrínsecas. Una de las principales limitaciones del polietileno, es en sectores industriales demandantes de materiales de alta calidad y prestaciones, y de mayor contenido tecnológico, como el sector de la automoción, construcción, industria alimentaria, interiorismo o aplicaciones deportivas, que requieren de una mejora en las propiedades adhesivas, no sólo del polietileno sino de todo el conjunto de los materiales poliméricos en sí, que debido a su naturaleza química no posean buenas propiedades adhesivas. Debido a esta demanda en los sectores industriales se requiere una búsqueda en la mejora de las propiedades de humectabilidad del polietileno. En el presente trabajo se ha empleado un proceso con plasma atmosférico para mejorar la humectabilidad y las propiedades adhesivas de las láminas de polietileno. La mejora en las propiedades adhesivas se ha estudiado a través de los cambios de energía superficial a través de la determinación del ángulo de contacto para diferentes condiciones de tratamiento en función de la velocidad de paso y de la distancia existent / Fombuena Borrás, V. (2012). Investigación en los mecanismos de mejora de la adhesión superficial de polietileno mediante técnicas de alto rendimiento medioambiental basadas en plasma atmosférico [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/17194

La naturaleza química de la superficie de los sustratos sólidos afecta a su comportamiento en sus aplicaciones industriales. Se conocen numerosas técnicas para realizar una modificación de la superficie de estos sustratos, pero en los últimos años se ha estado investigando en procesos que modifiquen la superficie de los sustratos sin que se alteren las propiedades generales de estos (tratamientos térmicos o eléctricos). Uno de los tratamientos más interesantes desde el punto de vista industrial es el que se basa en la tecnología de plasma, ya que modifica las propiedades superficiales de sólidos rápida y limpiamente y sin generar ningún tipo de residuo. Además, este tipo de tecnología es fácilmente adaptable a los procesados de materiales a nivel industrial. Los materiales de naturaleza polimérica presentan un gran interés desde el punto de vista industrial, ya que constantemente se demandan nuevos materiales para aplicaciones especiales que posean una versatilidad tanto de diseño, densidad, precio y propiedades como facilidad de transformado. En esta familia de materiales se encuentran los ionómeros, copolímeros que contienen en su estructura cargas iónicas (generalmente de litio, sodio o magnesio). Estos ionómeros poseen óptimas propiedades mecánicas con gran flexibilidad y durabilidad. Además, poseen buena procesabilidad, se pueden procesar por los métodos de conformado empleados para los termoplásticos, extrusión e inyección. El mayor inconveniente que presentan frente a las demandas tecnológicas es su baja adherencia, tanto en las uniones con otros materiales o en imprimaciones, ya que presenta valores bajos de energía superficial. Por ello es necesario un tratamiento superficial previo a ser utilizado. En este estudio se ha utilizado la técnica de plasma atmosférico para modificar las propiedades superficiales de láminas de un ionómero con iones de sodio (Na+ ). Los efectos de este tratamiento en su superficie se han cuantificado mediante medidas de ángulo de contacto, espectroscopía infrarroja por transformada de Fourrier con reflectancia total atenuada (FTIRATR), microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía de fuerza atómica (AFM). A su vez, también se han determinado que parámetros del proceso influyen en la uniformidad y la homogeneidad de la superficie tratada. Por otra parte, se ha realizado un estudio sobre la fuerza máxima de pelado en T y pelado en cizalla de uniones adhesivas ionómeropolicarbonato. Los resultados muestran que el tratamiento con plasma a bajas distancias boquilla-sustrato y bajas velocidades de aplicación de plasma (condiciones más agresivas) mejoran de sobremanera la humectabilidad de las láminas de ionómero. Ello es debido al mecanismo principal de actuación del plasma, activación superficial por inserción de especies polares como se aprecia en la caracterización espectroscópica; y al mecanismo físico de micro-abrasión de la superficie, aumentando la rugosidad de las muestras tratadas. Tras este estudio, podemos concluir que el tratamiento con plasma atmosférico es un método interesante desde el punto de vista industrial y medioambiental, ya que se trata de un proceso de fácil implantación productiva y no genera residuos. / España Giner, JM. (2013). Investigación de los mecanismos de modificación superficial en ionómeros mediante la utilización de tecnologías de plasma atmosférico [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/29289