Tesi per compendi de publicacions. La consulta íntegra de la tesi, inclosos els articles no comunicats públicament per drets d'autor, es pot realitzar prèvia petició a l'Arxiu UPC / Tetragonal polycrystalline zirconia stabilized with 3 mol% of yttria (3Y-TZP) is a biocompatible ceramic showing superior mechanical properties, which are partly the consequence of phase transformation: the tetragonal metastable phase can transform, with a net volume increase, to the stable monoclinic phase by a martensitic transformation. The transformation can be activated either mechanically by the application of high stresses, or chemically by the diffusion of water species, when the material is exposed to humid environment and moderate temperatures. In the first case, the local transformation at the crack tip under tension hinders their propagation, producing a phenomenon known as transformation toughening, which allows the design of damage-tolerant ceramics. On the other hand, the spontaneous and progressive surface transformation in presence of humidity represents an aging phenomenon known as low-temperature degradation (LTD), hydrothermal degradation or aging. Affecting a surface layer of only few micrometers, this phenomenon is accompanied by a substantial impairment of the surface integrity, representing a serious issue for the use of 3Y-TZP in load-bearing biomedical applications. It was shown in orthopedics that zirconia femoral heads used in arthroplasty may be vulnerable to LTD, leading in some cases to premature failures. Likewise, some recent publications devoted to dental zirconia have highlighted that it is susceptible to LTD if exact processing conditions are not followed. The first subject of the thesis is the study of reliable solutions to avoid hydrothermal degradation of 3Y-TZP. Two novel methods are proposed, which allow a strong enhancement of the aging resistance through limited changes in the processing. These methods are based on co-doping the material from the surface with CeO2 by two different approaches. One includes infiltration of CeO2 precursors in the pre-sintered porous material. During thermal decomposition and sintering, CeO2 is trapped into the pores and diffused into 3Y-TZP, obtaining a functionally-graded material with decreasing CeO2 content from the surface to the bulk. The co-doping profile has been optimized by studying the pre-sintering, infiltration and sintering parameters in order to avoid a drop in the mechanical properties generally found in CeO2-doped zirconia. The second approach is applied to the dense material, where surface roughness has been created for adhesion or osseointegration purposes. After pressure infiltration of CeO2 precursors into the surface defects and pores created during the roughening process, a few-micrometers thick co-doped layer is obtained with a diffusion treatment. This helps sealing the surface defects and avoids hydrothermal degradation, without affecting the color or the mechanical properties, being so directly applicable in the manufacturing of dental crowns, abutments and dentures. The second subject focuses on small-scale testing of zirconia near-surface regions. The existence of extrinsic size effects on the mechanical properties has been investigated, and the mechanical response of the degraded and non-degraded state has been compared in bending and compression. By testing micropillars and micro-cantilevers milled with focused ion beam (FIB), higher strength and strain at failure have been recorded with respect to the bulk state, as a result of transformation-induced plasticity and the absence of processing defects. No size effect has been found in terms of strength among small-scale samples, whereas the "yield" stress for phase transformation is lower for smaller samples. Hydrothermal degradation produces a microcrack network which controls the behavior and strongly impairs the mechanical properties of small-scale samples milled inside the degraded layer. In bending, a different response in terms of strength and stiffness has been measured depending on sample orientation, proving that that the induced damage is anisotropic. / El óxido de zirconio tetragonal estabilizado con 3 mol% de itria (3Y-TZP, o simplemente circona) es un material cerámico biocompatible de altas prestaciones mecánicas. Esto se debe, en parte, a la transformación de la fase tetragonal metastable en la fase monoclínica, acompañada por un incremento de volumen. Esta transformación martensítica se puede activar mecánicamente mediante esfuerzos elevados, o bien químicamente por la difusión de especies acuosas, cuando el material está expuesto a ambiente húmedo y temperaturas moderadas. En el primer caso, la transformación local que ocurre en la punta de las grietas bajo tensión permite el diseño de cerámicos tolerantes al daño (aumento de tenacidad por transformación). Por otra parte, la transformación espontánea y progresiva de la superficie en presencia de humedad es un fenómeno conocido como degradación hidrotérmica o envejecimiento. Aunque afecta una capa superficial de unas pocas micras, el envejecimiento reduce de manera substancial la integridad superficial, representando un problema para aplicaciones biomédicas estructurales. Se ha demostrado en ortopedia que las cabezas femorales de 3Y-TZP pueden ser vulnerables a la degradación hidrotérmica, llegando en algunos casos al fallo de la prótesis. En años recientes, la circona está siendo empleada en el campo dental, donde se ha visto que puede sufrir envejecimiento. La primera parte de esta tesis trata de desarrollar soluciones viables para evitar el envejecimiento. Se han propuesto dos nuevos métodos, que con pequeños cambios en el procesado permiten una fuerte mejora en la resistencia a la degradación. Estos están basados en el co-dopaje del material desde la superficie con CeO2 con dos estrategias diferentes. Una incluye la infiltración de precursores de CeO2 en el material presinterizado, que es poroso. Durante la descomposición térmica y el sinterizado, parte del CeO2 se queda atrapado en los poros y difunde en el retículo de la TZP, obteniendo un gradiente de composición con contenidos decrecientes de CeO2 desde la superficie hacia el interior. Se ha optimizado el gradiente estudiando los parámetros de pre-sinterizado, infiltración y sinterizado para evitar una posible caída en las propiedades mecánicas que se encuentra generalmente en la circona estabilizada con CeO2. La segunda estrategia se aplica en materiales densos donde se haya inducido rugosidad superficial para favorecer la adhesión o la osteointegración. Después de infiltrar a presión los precursores de CeO2 en los defectos y poros presentes en la superficie, se ha creado una capa co-dopada de pocas micras de espesor con un tratamiento de difusión. Esto contribuye en eliminar los defectos superficiales y evitar el envejecimiento sin modificar el color o las propiedades mecánicas, siendo directamente aplicable al procesado de coronas dentales, pilares y dentaduras postizas. La segunda parte de la tesis está enfocada en estudiar las las propiedades mecánicas de regiones superficiales de 3YTZP mediante ensayos de muestras microscópicas, para evaluar la presencia de efectos de escala y comparar la respuesta del material antes y después del envejecimiento. En micropilares y microvigas mecanizados con haz de iones focalizados se han medido resistencias y deformaciones de rotura mucho más altas que en probetas macroscópicas, gracias a la plasticidad inducida por deformación y a la ausencia de defectos de procesado. No se han encontrado efectos de escala entre las muestras microscópicas en cuanto a la resistencia, mientras que el límite de elasticidad donde aparece la transformación de fase es menor para muestras más pequeñas. El envejecimiento produce una red de microgrietas que controla el comportamiento y afecta las propiedades mecánicas de muestras microscópicas mecanizadas dentro la capa degradada. En flexión se ha medido una respuesta diferente en términos de resistencia y rigidez según la orientación, demostrando que el daño producido es anisotrópico

A partir de polietilè d'alta densitat i de fibres lignocel·lulòsiques provinents del trèmol (Populus tremula) s'han obtingut uns materials amb propietats úniques denominats compòsits. Aquests compòsits, amb un màxim de 40% de fibres lignocel·lulòsiques han estat tractats i modificats amb diferents agents (silà A-174 i epolè C-18) per millorar la compatibilitat entre la matriu de polietilè i el reforç fibrós. En una primera etapa les fibres lignocel·lulòsiques han estat pretractades amb cada un dels diferents tipus d'agents d'adhesió utilitzats i comentats prèviament, per seguidament barrejar aquestes fibres (en proporcions del 10, 20, 30 i 40%) amb la matriu d'HDPE. Una vegada els dos components s'han homogeneïtzat, es sotmeten a un procés de mòlta per aconseguir, mitjançant compressió, les provetes corresponents. Finalment, el conjunt de provetes ha estat exposat a condicions climàtiques dràstiques (baixa temperatura i fatiga tèrmica, dues característiques significatives de l'hivern canadenc) durant períodes variables de temps (0, 15, 30, 60 i 90 dies).Per tal d'avaluar tots i cada un dels paràmetres més significatius d'aquests compòsits, s'ha fet una caracterització orientada en dues vessants: estudi de la compatibilitat entre components del compòsit i estudi dels canvis estructurals que pateixen els compòsits degut a fenòmens d'envelliment provocats per exposició a les condicions climàtiques prèviament comentades.L'estudi de compatibilitat es fonamenta en les possibles interaccions que s'originen entre els dos components en funció del tipus de tractament al que ha estat sotmès el compòsit (silà i epolè). Per valorar aquestes interaccions, s'han estudiat diferents propietats mecàniques, com ara la resistència a la tracció, el mòdul d'elasticitat, la deformació a trencament, la resiliència i la tenacitat, mitjançant una màquina universal d'assaigs. Tanmateix també s'ha fet una caracterització espectrefotomètrica FT-ir per comprovar els diferents mecanismes d'adhesió que actuen en la interfase fibra- matriu en funció del tipus de tractament i una caracterització morfològica, utilitzant la tècnica de microscòpia electrònica de rastreig (SEM). Amb els resultats obtinguts de la caracterització espectrefotomètrica, també s'ha realitzat un seguiment de la influència que cada component fa en la modificació del grau de cristal·linitat de l'altre.L'estudi dels canvis estructurals que pateixen els compòsits degut a fenòmens d'envelliment s'ha fet partint de l'evolució de les propietats mecàniques bàsiques en funció dels diferents períodes d'exposició, on s'han caracteritzat els mateixos paràmetres definits anteriorment. Mitjançant valoració espectrefotomètrica s'han mesurat els canvis microestructurals (principalment de configuració), així com les modificacions en el grau de cristal·linitat que han tingut lloc sobre cada un dels diferents components del compòsit.Cal afegir que les possibilitats que ofereix la tècnica espectrefotomètrica FT-ir ha permès dur a terme la realització d'aquesta tesi. L'estudi dels canvis en la microestructura dels compòsits esdevinguts a partir dels fenòmens prèviament esmentats no hauria pogut fer-se sense la possibilitat d'un processament adequat dels espectres, així com d'una subtracció espectral que permet la detecció de moltes bandes complexes i difícils de detectar mitjançant altres tècniques d'anàlisi. / Los materiales compuestos se han obtenido a partir de polietileno de alta densidad y fibras lignocelulósicas que provienen del alamo temblón. Estos materiales con un máximo del 40% de refuerzo lignocelulósico han sido tratadas y modificadas con distintos tipos de agentes de acoplamiento (Silano A-174 y epoleno C-18) para mejorar la compatibilidad entre la matriz y el refuerzo.Las fibras tratadas previamente con cada uno de los distintos tipos de agentes de adhesión utilizados, se mezclan en distintas proporciones de las mismas (10,20,30 y 40%) con la matriz de HDPE. Una vez ambos componentes se han homogenizado se someten a un proceso de molturación para obtener probetas tipo halterio mediante compresión. Estas probetas se han sometido durante distintos períodos de tiempo (hasta 90 días) a condiciones de exposición drásticas (baja temperatura y fatiga térmica, características significativas del invierno canadiense).Para evaluar los parámetros más significativos de estos materiales compuestos se ha caracterizado la compatibilidad entre la matriz y el refuerzo, asimismo también se han estudiado los cambios estructurales que sufren estos materiales debido a fenómenos de envejecimiento provocados por la exposición de los mismos a las condiciones climáticas previamente comentadas.Els estudio de compatibilidad se centra en las posibles interacciones que se originen entre ambos componentes en función del tipo de tratamiento al que se ha sometido dicho material compuesto (silano y epoleno). Para valorar las interacciones que se generen entre ambos componentes, se ha ensayado distintas propiedades mecánicas (resistencia a tracción, módulo de elasticidad, deformación a rotura, resilencia y tenaciadad, utilizando la máquina universal de ensayos. Asimismo, también se ha caracterizado mediante espectroscopia de infrarrojo (FTIR) los posibles mecanismos de adhesión que tienen lugar entre la matriz y el refuerzo en función del tipo de tratamiento, asi como la caracterización morfológica utilizando la técnica de microscopía electrónica de barrido (SEM). A partir de los resultados obtenidos se ha podido seguir la influencia que tiene cada componente en la modificación de los respectivos grados de cristalinidad. El estudio de los cambios estructurales a los que se han visto sometido los distintos materiales compuestos, debido a fenómenos de envejecimiento, se ha realizado mediante el seguimiento de la evolución de las propiedades mecánicas en función de los distintos períodos de exposición. Mediante valoración espectofotométrica se han medido los cambios micorestrucutrales (cambios de configuración), así como las modificaciones en el grado de cristalinidad sobre cada uno de los componentes de material compuesto. / Composite materials have been obtained from high density polyethylene (HDPE) and lignocellulosic fibers from aspen wood. These materials with a maximum of 40% of lignocellulosic reinforcement have been treated and modified with different types of coupling agents (Silane A-174 and epolene C-18) to improve the compatibility between the matrix and the reinforcement.Four contents (10.20.30 and 40%) of fibers treated previously with each one of the different types of adhesion or coupling agents, are mixed with HDPE matrix. The above mixture was compression-molded into dog-bone shaped tensile test specimens. The molding temperature was slowly raised to 150ºC and samples were held at this temperature for 20 min. Then the samples were slowly cooled to room temperature keeping constant pressure during cooling. These test specimens have been submitted during different periods of time (up to 90 days) to drastic conditions of exposition (low temperature and thermal stress, main characteristics of the Canadian winter).In order to evaluate the most significant parameters of these composite materials, we have studied two ways: the compatibility between both components: matrix and reinforcement and the structural changes to composites due to phenomena of aging caused by the exposition of these materials to the drastic climatic conditions previously commented.The study of compatibility has been centered in the possible interactions that are originated between both components as a function of lignocellulosic fiber pretreatment. In order to evaluate the interactions that are generated between both components, different mechanical test has been tested (tensile strength, elasticity modulus, deformation at break, resilence and toughness) by mean an Instron Testing Machine. Moreover, the possible mechanisms of adhesion that take place between the matrix and the reinforcement as a function of different pretreatments has been characterized by means infrared spectroscopy (FTIR), and by the morphologic characterization using the scanning electronic microscopy (SEM). From the obtained results it has been possible to follow the influence that has each component in the modification of the respective degrees of crystallinity.The study of the structural changes of different composite materials, due to aging phenomena, has been analized by means of the pursuit of the evolution of the mechanical properties based on the different periods of exposure time. Furthermore the microstructural changes (basically configurational and crystallinity) has been evaluated by means of spectroscopy technique. The obtained results indicate that the macroscopic properties of the composite materials must depend on the lignocellulosic fiber content and whether or not a coupling agent is used. SEM micrographs of fracture surfaces show that the addition of coupling agents enhances their dispersion in the continuous HDPE phase. They also show that the silane coupling agent facilitates the direct contact between the lignocellulosic fibers and HDPE matrix more than untreated and epolene treated composites do. The tensile strength depends on both the lignocellulosic fiber content and the type of coupling agent used. The other mechanical properties (elasticity modulus, elongation at break and toughness) mainly depend on the lignocellulosic fiber content and, to a lesser extent, on the presence of a coupling agent. Silane-treated composites show the best mechanical performance as a consequence of significant interactions at the interface between the HDPE matrix and the lignocellulosic fibers.The differences observed between the various composites studied are explained by means of different adhesion mechanisms. Interdiffusion takes place in untreated composites; multiple mechanism of adsorption-wettability, interdiffusion and, to a lesser extent, chemical bonds take place in epolene treated composites, and finally, the adhesion in composites modified with silane is mainly a chemical mechanism of covalent bonds.

The present thesis deals with the foundations for solving the decision problem of site selection for a feasibility study of gas-fired power plants, based on realistic and practical statements, under a business approach. The analysis of different theories and the investigation of site-relevant decision criteria has illustrated the broad range of site-specific factors and criteria that are to be taken into account. On the basis of existing projects, in which site theories were analysed for various industries, the present research project thus lays a new foundation for an extended specific approach in the area of electricity generation in gas-fired power plants. For gas-fired power plants, IEA anticipates a major increase, but otherwise notes that renewables and nuclear power account for more than half of all the new capacity added worldwide until 2040. Due to the low investment costs per KW of installed capacity, the high efficiency factor, the low CO2-emissions and the relatively short construction times, a large number of gas and steam power plants are planned or are already under construction in Europe. A lot of countries have been focussing on liquefaction of natural gas (LNG) for several years. The physical properties of LNG facilitate its transport on tankers to the ports of destination and / or power plants, where the natural gas is returned to its gaseous state. Thus, LNG offers a practical alternative to the gas transport by pipelines and a possibility to put the procurement structure on a broader basis. This, in turn, will lead to new alternatives for the choice of sites. Projects like the Baltic pipeline or the Nabuko project offer the prospect of a greater security of supply. The study considers the impact of measures to secure supply as decentralised generation and the use of renewable energies for power generation. The expansion targets of the EU 15 countries of 2004 and the values in each EU member country resulted in an indicative target value of around 20% of the share of renewable energies in the gross electricity consumption for the EU 25 in 2010. The political implementation in the individual EU 25 countries is one of the criteria for the choice of sites for power plant projects within Europe. The importance of the international electricity trade for the liberalised electricity market in Europe is stressed. It may include the promotion of the Europe-wide competition in the generation of electricity, increasing the efficient use of the existing capacities in the power plant fleet, and expansion of the cross-border power transfer capacities between the individual European states. It is also essential good cooperation of all participants on the energy market, for the development of an efficient power plant fleet in Europe and finally, for the success of each individual company.The survey method used in the self-designed empirical questionnaire has proven successful in the present study. The extension of the quantitative investment calculation by a refined qualitative evaluation and decision process and the introduction of a modified utility analysis rightly seem to claim their place in such a paradigm. On the basis of empirical material, a detailed characterization of the weighting of site criteria was performed. As a result of this it was found that the criteria weighting for a site decision is a multipersonal process, in which the behaviour of the subjective or restricted rationality of the players involved does not allow for a definite conclusion, but only provides a conclusion on tendencies. However, it could be proved that the subjective component is moderated by a multipersonal process and thus, by forming collective judgements instead of individual judgements. Over time, restrictions change, new energy concepts and technologies are developed, decision criteria and parameters vary. This induces permanent adaptation and further optimization of the present approach. / La presente tesis trata sobre las bases para la solución del problema de decisión de la selección del emplazamiento para un estudio de viabilidad de las plantas eléctricas de gas, basado en declaraciones realistas y prácticas, bajo un enfoque de negocio. El análisis de las diferentes teorías y la investigación de criterios de decisión relevantes ha ilustrado la amplia gama de factores específicos del lugar y los criterios que han de ser tenidos en cuenta. Sobre la base de los proyectos existentes, en los que se analizaron las teorías de selección de sitio para diversas industrias, el presente proyecto de investigación establece una nueva base para un enfoque específico en el área de generación de electricidad en centrales eléctricas de gas. Para las plantas eléctricas a gas, la AIE prevé un aumento importante de capacidades, y señala que las energías renovables y la energía nuclear cuenta con más de la mitad de toda la nueva capacidad añadida en todo el mundo hasta el año 2040. Debido a los bajos costos de inversión por kW de potencia instalada, el alto factor de eficiencia, las bajas emisiones de CO2 y los tiempos de construcción relativamente cortos, un gran número de plantas usando gas ya están en construcción en Europa. Una gran cantidad de países se han centrando en la licuefacción del gas natural (GNL) desde hace varios años. Las propiedades físicas de GNL facilitar su transporte en barcos a los puertos de destino, donde el gas natural se evapora a su estado gaseoso. El GNL ofrece una alternativa práctica para el transporte de gas a través de gasoductos y una posibilidad de poner la estructura de adquisición sobre una base más amplia. Esto, a su vez, dará lugar a nuevas alternativas para la elección de los sitios. Proyectos como el oleoducto del Báltico o el proyecto Nabuko ofrecen la perspectiva de una mayor seguridad del suministro. El estudio considera el impacto de las medidas para garantizar el suministro como la generación descentralizada y el uso de energías renovables para la generación de energía. Las metas de expansión de la UE de 15 países de 2004 y los valores de cada país miembro de la UE dio lugar a un valor objetivo indicativo de alrededor del 20% de la cuota de las energías renovables en el consumo bruto de electricidad de la UE-25 en 2010. La puesta en práctica política individuales en cada uno de 25 países de la UE, es uno de los criterios para la selección de sitios para proyectos de plantas de energía en Europa. La importancia del comercio internacional de electricidad para el mercado eléctrico liberalizado en Europa se destaca en el trabajo, además de la promoción de la competencia a escala europea en la generación de electricidad, el aumento de la utilización eficiente de las capacidades existentes en la flota de la planta de energía, y la expansión de las capacidades de transferencia de energía transfronterizos entre los estados europeos. Una buena cooperación de todos los participantes es esencial en el mercado de la energía, para el desarrollo de una flota de plantas de energía eficiente en Europa y, por último, para el éxito de cada empresa en particular. El método de encuesta utilizada, de diseño propio ha demostrado su eficacia en el presente estudio. La extensión del cálculo de la inversión cuantitativa por un proceso de evaluación y decisión cualitativa refinada y la introducción de un análisis de la utilidad modificado con razón tiene su lugar en este paradigma. Sobre la base del material empírico, se realizó una caracterización detallada de la ponderación de los criterios del sitio. Como resultado de esto se encontró que la decisión del sitio es un proceso multipersonal, en el que el comportamiento de la racionalidad subjetiva o restringida de los jugadores implicados no permite una conclusión definitiva, pero sólo proporciona una conclusión de tendencias, planteando la solución como juicios colectivos en lugar de individuales. Cambios futuros, pueden obligar a optimizar el trabajo.

L’objectiu principal d’aquesta tesi és aprofundir en la recerca de la millora de l’eficiència energètica dels edificis, basant-se en l’aplicació d’accions constructives que disminueixen la demanda energètica de calefacció i refrigeració, així com en la proposta de certificació energètica d’edificis. En quant al potencial d’estalvi energètic del sector domèstic a Catalunya, segons diferents escenaris d’eficiència definits en base a les normatives estatal i catalana, es conclou que el millor escenari normatiu és l’escenari on es compleixen les limitacions imposades per la normativa estatal, CTE. Amb aquest escenari s’aconseguiria una reducció d’emissions del 6.4 % respecte les emissions que es produirien al 2015 sense portar a terme cap mesura de rehabilitació en els edificis existents. La inversió global en tot el parc d’edificis de Catalunya seria igual a 3.600 M€ (0.45 €/kg CO2 estalviat / any considerant un temps de vida útil residual de l’edifici igual a 40 anys). L’estalvi en emissions suposaria un 32,3% de les reduccions previstes en el Pla de l’Energia de Catalunya pel 2015 per al sector domèstic. El fet que, a Catalunya, coexisteixin dues normatives que han estat definides segons criteris i paràmetres diferents, genera confusió en els professionals que les han d’aplicar. Aquesta confusió pot provocar, en el millor dels casos, una inversió de temps major en la definició correcta de l’edifici. En el pitjor, pot provocar males pràctiques ja sigui, per desconeixement o per desconfiança en el sistema normatiu. Aquesta tesi pretén donar les eines necessàries perquè l’administració sigui capaç d’establir una única normativa d’àmbit català que permeti la construcció d’edificis més eficients, no només des d’un punt de vista energètic, sinó també econòmic. Així doncs, per tal de poder definir un nou escenari més eficient que els normatius existents actualment, s’han determinat quines de les mesures que proposa la normativa estatal i autonòmica, són les més eficients des d’un punt de vista d’estalvi energètic i cost. Per això, s’ha definit un indicador d’eficiència, EEC, per tal d’obtenir un ordre de prioritat de les mesures més eficients. Les mesures considerades més eficients són: millora de la U de les finestres i protecció solar estacional, aïllament de coberta, façanes i forjats interiors. Aplicant només aquestes mesures, l’estalvi aconseguit és similar al de l’escenari normatiu CTE però el cost associat és un 30% inferior. Així el temps de retorn de la inversió es redueixi fins un 25 % en les tipologies més antigues. En quant a la qualificació i certificació energètica d’edificis, es presenta una nova metodologia, CEPEC. És una metodologia senzilla, àgil i fiable. Malgrat això, es conclou que aquesta metodologia no compleix amb els requisits de validació que marca el Ministeri, per poder ser considerada alternativa a CALENER VyP. En qualsevol cas, es considera com una bona opció per a la metodologia de qualificació d’edificis existents o per a la metodologia simplificada per edificis nous. Per últim, s’avalua com varia la qualificació energètica de quatre tipologies d’edificis residencials en funció de paràmetres com, la zona climàtica o el tipus de font energètica. Entre d’altres, es constata la dificultat per a la millora de la qualificació obtinguda actuant sobre els tancaments o els equips, degut als salts entre els intervals de l’escala de qualificació. La qualificació energètica pot i ha de ser una bona eina per incentivar la construcció d’edificis eficients i la rehabilitació dels existents. CALENER ha suposat un salt qualitatiu molt important en el disseny d’un edifici i de les seves instal•lacions però, també és cert, que l’eina té algunes limitacions i que l’administració hauria de recollir les experiències dels usuaris de CALENER per tal de poder millorar-la i facilitar el desenvolupament de noves metodologies simplificades i fiables.

In this thesis the thermomechanical characterization of the shape memory alloy NiTiCu working as an actuator with different heat treatment (HT) temperatures has been carried out. The results from the tests carried on resistivity changes and differential scanning calorimetry (DSC) showed the dependence of the transformation temperatures with the heat treatment temperature. There have not been identified big differences between different HT temperatures in mechanical behaviour (tensile tests until break and microhardness measurements) at martensitic state on the working range (stress/strain) of most applications. However, there has been noticed a loss of mechanical properties for high stress/strain tests values from a heat treatment temperature above 550ºC. Dynamomechanical tests (DMA) allowed the study of the martensitic transformation evolution and its relation to microstructural changes. The results of the internal friction (IF or tan d) showed correlation with the results of DSC, showing the same trend in function of the HT temperature. The characterization of the microstructure has allowed the correlation of the results obtained in the previous sections with microstructural changes. The identification of particles that were not part of the matrix (carbides, oxides and precipitates) through the scanning electron microscopy (SEM) lead to a particle quantification and distribution analysis. A list of potential precipitates present was carried out through the energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) technique. The results of synchrotron X-ray diffraction (SXRD) confirmed the hypotheses done about the microstrucutural changes produced at different HT temperatures and show clear evidence of the presence of precipitates Ti2Ni. At the same time, a quantitative analysis of the texture, microstrain and presence of phase B2, B19' and Ti2Ni for all HT temperatures was also carried out analyzing the diffractograms from SXRD. The characterization of the termomechanical behaviour at different temperatures was studied through stress-strain tests at different temperatures for the whole range of working temperatures. After that, a comparative study of the main parameters for the different HT temperatures was carried out. The study of the tension/compression stress-strain asymmetry through the elastic and transformation zone was carried out on tubes with stacked rosette strain gauges. At the same time, the strain ratio (relationship between transverse and axial strains) evolution was studied. In order to study the thermomechanical cycling stability (to simulate the most common actuators working conditions) different tests conditions were applied: constant tension tests with thermal cycling at different stress levels (CS); and isothermal tests (below Mf) at a constant strain level and subsequent thermal recovery after each cycle without load (IT). Hence, constant stress with thermal cycling performed superior results for actuation purposes with high recovery strains and stabilization. Nevertheless, isothermal tests at a certain stress level showed degradation that lead to an unstable behaviour that was not reliable for actuator purposes. The results from CS tests showed that stress-temperature behaviour presented different tendencies in function of the stress level and there were significant differences between the behaviour of the initial cycle and the stabilized one at high stress levels (from 30 MPa). The microstructural changes due to thermomechanical cycling have been analyzed through microhardness increase measurements and SXRD. Hardness tests showed correlation between hardness increase and thermomechanical cycling. SXRD analysis also showed correlation between the quantity of retained martensite (B19 (orthorhombic) and B19' (monoclinic)) at 120ºC and different thermomechanical cycling conditions. / En aquesta tesi s'ha realitzat la caracterització termomecànica d'actuadors amb memòria de forma NiTiCu, amb diferents temperatures de tractament tèrmic. Els resultats dels assaigs realitzats mitjançant la tècnica de mesura de resistivitat i per calorimetria diferencial de rastreig (DSC) mostren la dependència de les temperatures de transformació amb la temperatura del tractament tèrmic. En el comportament mecànic en estat martensític, s'han analitzat les diferències en el comportament mecànic entre els diferents HT. En el rang de treball de la majoria d'aplicacions no s'han observat grans diferències entre els HT, però s'ha observat una pèrdua de propietats mecàniques a partir d'una temperatura de tractament tèrmic de 550ºC. Els assaigs dinamomecànics (DMA) han permès estudiar l'evolució de la transformació martensítica i els resultats mostren correlació amb els resultats de DSC, observant així la mateixa tendència en funció de la temperatura del HT en els resultats de la fricció interna (IF o tan d). La caracterització de la microestructura ha permès correlacionar els resultats obtinguts en els apartats anteriors amb els canvis microestructurals. La microscòpia electrònica de rastreig (SEM) va permetre identificar les partícules que no formen part de la matriu i identificar els possibles precipitats presents. Els resultats de difracció per raigs X de sincrotró varen confirmar les hipòtesis realitzades i mostren la presència dels precipitats Ti2Ni i les diferències entre els HT, mitjançant l'anàlisi quantitatiu de presència de les fases B2, B19'i Ti2Ni. El comportament tensió-deformació en tot el rang de temperatures de treball ha permès caracteritzar el comportament tensió-deformació en funció del HT, per a tot el rang de temperatures. El comportament de tubs amb assaigs a tracció i compressió mitjançant l'anàlisi de la deformació amb galgues extensomètriques ha permès identificar la asimetria de comportament tracció-compressió i la ràtio de deformacions transversals/axials. Un cop caracteritzades les propietats termomecàniques dels diferents tractaments tèrmics es va avaluar el comportament enfront al ciclatge termomecànic. S'han considerat dues condicions d'assaigs diferents, per una part s'avalua el comportament a tensió constant amb ciclatge tèrmic per diferents nivells de tensió i cinquanta cicles en cada proveta (CS). La segona condició d'assaig consta d'assaigs isotèrmics a temperatura per sota de Mf a un nivell de deformació constant i recuperació posterior de la deformació a cada cicle sense càrrega (IT). En els assaigs CS, tot i la degradació observada, en tots els nivells de tensió i en gairebé tots els HT estudiats, s'ha aconseguit una estabilització del comportament Per contra, en l'avaluació del comportament en els assaigs IT, no s'ha obtingut l'estabilització del comportament per cap HT i, per tant, aquesta configuració de treball només és vàlida per un nombre determinat de cicles. Els gràfics tensió-temperatura realitzats amb els resultats dels assaigs CS confirmen que no es pot modelitzar el comportament amb un únic tram lineal, i a més a més es produeixen diferències significatives entre el comportament del cicle inicial i el comportament estabilitzat en els nivells alts de tensió. Els canvis microestructurals soferts en els ciclatges termomecànics s'han analitat mitjançant el canvi en la duresa del material i la difracció de raigs X de sincrotró. Els resultats d'aquest apartat mostren que en les provetes amb ciclatge termomecànic s'observa l'aparició de la fase B19 (ortoròmbica), junt amb la fase B19' (monoclínica) com a martensita retinguda a 120ºC.

El agrietamiento transversal en la superficie de los productos de colada continua es un problema que sigue provocando el rechazo de algunos de estos productos con las correspondientes pérdidas energéticas y económicas. A pesar de que el problema se ha conseguido minimizar para algunas calidades de acero, el reciclaje de chatarra, práctica cada vez más frecuente por sus beneficios económicos y medioambientales, está incorporando nuevos retos, especialmente en lo que se refiere a la aparición de grietas superficiales. El origen del agrietamiento para estos aceros se relaciona con el aumento en elementos residuales e impurezas que se introducen durante el reciclaje y son difíciles de eliminar.Para conocer la influencia de estos elementos residuales e impurezas en el agrietamiento transversal, se evaluó la ductilidad en caliente de un acero de construcción 0.23C-0.9Mn-0.13Si con Cu y Sn como residuales y alto S. La ductilidad en caliente fue evaluada a partir de la reducción del área (%RA) de probetas ensayadas a tracción a temperaturas entre 650ºC y 1100ºC. La velocidad de deformación elegida para los ensayos fue 5·10-3s-1. Estas condiciones están en el intervalo de las que se dan durante el desdoblado, etapa crítica para la aparición de grietas. Las curvas de %RA en función de la temperatura se completaron con el estudio fractográfico y metalográfico de las probetas.Durante los ensayos se varió la temperatura de austenización mediante recalentamientos a 1100ºC y a 1330ºC. Otra serie de ensayo consistió en la fusión y solidificación in-situ de las probetas. Además, se trabajó con el material en dos condiciones iniciales: colada (probetas extraídas de una palanquilla) y laminada (probetas extraídas de varilla corrugada). Un acero con una composición base similar pero sin elementos residuales fue evaluado con fines comparativos.Las curvas de ductilidad en caliente fueron muy parecidas independientemente de la temperatura de recalentamiento, sin embargo, cuando el acero se ensayó en su condición laminada el valle de ductilidad obtenido fue más estrecho. Por otro lado, los mecanismos de fragilización variaron con la temperatura de recalentamiento y no con la condición inicial del material. Las fracturas tras recalentamientos a 1100ºC fueron interdendríticas y se relacionaron con las microsegregaciones de solidificación. Recalentamientos a 1330ºC originaron fracturas interganulares.Las inclusiones de MnS, así como las segregaciones de S parecen tener un papel importante en este comportamiento. El efecto del S sólo puede ser evaluado adecuadamente cuando las probetas se solidifican in-situ para poner en solución el S que se encontrara formando MnS. Los resultados obtenidos mediante estas condiciones experimentales presentaron pozos de ductilidad más anchos que los obtenidos en condiciones de recalentamiento. Por otro lado, las fractografías muestran la gran tendencia al "hot shortness" que tiene el acero. Éste mecanismo de fragilización que actúa a muy altas temperaturas estaría debilitando los espacios interdendríticos a menores temperaturas. Al comparar el comportamiento del acero industrial con el del acero limpio, lo primero que se ve es que el pozo de ductilidad es significativamente más estrecho para éste último. Así, el único mecanismo de fragilización identificado consiste en la concentración de la deformación en una fina capa de ferrita que se forma rodeando la austenita a temperaturas entre Ae3 y Ar3. El cálculo de las microsegregaciones de solidificación indica que los elementos con más tendencia a enriquecer el último líquido en solidificar son el P y el S. Éste último además parece el responsable de la fragilidad del acero cuando se ensaya en condiciones de recalentamiento, tal y como se pudo determinar por espectroscopía Auger. A pesar de que no se ha podido demostrar, en Sn podría tener también un papel importante en las segregaciones intergranulares. / Transverse cracking in the surface is a problem related to the continuous casting steelmaking route. Its incidence has been minimized for several steel grades, but it is very sensitive to operational or compositional variations. In particular, the production of steel from scrap, which has great economic and environmental advantages, has introduced new challenges. The high incidence of transverse cracking for these steel grades is related to their high contents on residual elements which are introduced during the recycling and are difficult to eliminate.The influence of residual elements and impurities on the transverse cracking susceptibility has been studied for a structural steel 0.23C-0.9Mn-0.13Si with high Cu and Sn as residuals, as well as high S. The evaluation was done by means of hot tensile tests. The reduction area (%RA) of the samples tested to fracture was taken as a measure of the hot ductility, and therefore, of the sensitivity of the steel to present transverse cracking. The analysis of the fracture surfaces and metallographies of the samples allowed the identification of the different embrittling mechanisms that could take place depending on the thermomechanical conditions. During the tests, samples were first reheated to 1100ºC or 1330ºC, or in- situ melted. Then, they were tested at temperatures ranging from 650ºC to 1100ºC. The strain rate was 5×10-3s-1, close to the ones that take place during the unbending operation in continuous casting. The steel was tested for two initial conditions of the material: the as-cast (samples were machined from a billet), and the as-rolled (samples were machined from a corrugated bar). Moreover, another steel residual free was evaluated for comparison purposes.The hot ductility curves (%RA vs. Temperature) were similar after different reheating treatments, but ductility troughs appeared narrower when the steel was tested in the as-rolled condition. However, fracture surfaces showed different features depending on the reheating temperature. On one side, the reheating treatment at 1100˚C promoted a mixture of intergranular and interdendritic brittle fracture. The interdendritic component of the fracture was related to microsegregations taking place during the solidification of the steel. On the other side, brittle samples tested after a reheating treatment at 1330˚C showed completely intergranular features.MnS inclusions, as well as S segregations, seemed to have a very important role in the hot ductility behaviour of the steel. Since S forms particles with high melting points, samples had to be cast in-situ in order to put all S back into solution and then evaluate its effect on the hot ductility. For samples cast in-situ, the ductility troughs are wider than the ones obtained for reheated samples. Moreover, the fractographies of in-situ melted samples showed the high tendency of the steel to embrittle through "hot shortness". This mechanism that would act at very high temperatures could also be the responsible of the brittle behaviour of the steels at testing temperatures.The ductility troughs for the clean steel were significantly narrower than the ones for the industrial steel at any testing condition. The only embrittling mechanism identified for the clean steel was the concentration of the deformations at a ferrite layer formed surrounding the austenite grains at temperatures between Ae3 and Ar3.The composition of the last solidifying liquid was calculated according to microsegregation models. The calculations showed that P and S are the elements with the highest tendency to microsegregate and thus, the last solidifying liquid is enriched in these elements. By means of Auger spectroscopy the S was proved to be the embrittling element under reheating conditions. Though it could not be verified, special attention should be paid to Sn due to its tendency to segregate intergranularly.

En el presente trabajo de investigación se estudia el comportamiento durante un proceso de termoconformado de un acero microaleado comercial de medio carbono. Debido a la persistente falta de tenacidad de estos aceros se hace especial hincapié en la evolución del tamaño de grano durante el proceso de conformado en caliente. Para ello se divide el estudio en dos partes diferenciadas. La primera estudia la evolución del tamaño de grano durante la etapa de recalentamiento o austenización. La segunda estudia la evolución del grano durante el proceso de deformación.Durante la etapa de austenización se determina bajo que condiciones aparece crecimiento anormal de grano. Se determina la dependencia de la fracción de volumen de partículas precipitadas con la temperatura, y la velocidad de crecimiento de dichas partículas en función del tiempo y la temperatura. Finalmente se verifica el modelo teórico de control del tamaño de grano que explica mejor el comportamiento observado.Puesto que el tamaño de grano recristalizado dinámicamente viene determinado por las condiciones de deformación se determinaron las ecuaciones constitutivas del comportamiento a fluencia del acero escogido. Partiendo de ecuaciones clásicas se desarrollan expresiones más generales que tienen en cuenta el estado microestructural de partida, especialmente el tamaño de grano inicial. Las ecuaciones constitutivas son de base física, y se comprueba la excelente bondad del modelo teórico con los resultados experimentales. Se verifica que el tamaño de grano recristalizado es más fino cuando la recristalización dinámica tiene lugar en presencia de partículas de segunda fase. Las ecuaciones desarrolladas permiten una sencilla implementación en un análisis por elementos finitos de cara a una posterior modelización y simulación de las mejores condiciones de deformación sobre piezas reales. / The behaviour during a thermomechanical forming process of a commercial medium carbon microalloyed steel is studied in this research work. Special focus on the grain size evolution during a heat forming process is done due to the persistently low toughnesses observed in this type of steel. The thesis is divided in two well differentiated parts. The first one studies the grain size evolution in the re-heating or austenitization step. The second one studies the grain size evolution during the forming process.The conditions of abnormal grain growth appearance during the re-heating step are determined. The dependence of the volume fraction of particles on temperature is derived. The growing rate of particles is also determined as a function of temperature and time. Finally, the theoretical model of grain growth that offers the best fit to the experimental results is chosen.The constitutive equations of the hot flow behaviour of the selected steel are derived because the dynamically recrystallized grain size depends on the forming conditions. Modified expressions are developed from classical equations to take account of the initial microstructural state, specially through the initial grain size. Constitutive equations are physic-based, and the excellent fit of the theoretical model adopted to the experimental flow curves is verified. It is also shown the effect of second phase particles in refining the dynamic recrystallized grain size. The developed expressions allow an easy implementation on a finite element analysis in order to effectuate simulations on industrial real workpieces.

The design of smart biodegradable scaffolds plays a crucial role in the regeneration of tissues and restoration of their functionality. Advances in material science and manufacturing and in the understanding on the effects of bio-chemical and bio-physical signals on cell behavior, are leading to a new generation of 3D scaffolds. Recent developments in additive manufacturing, also known as 3D-printing, open new exciting challenges in tissue/organ regeneration by means of the fabrication of complex and geometrically precise 3D structures. This thesis aimed the development and characterization of 3D scaffolds for tissue regeneration. For this, a nozzle-based rapid prototyping system was used to combine polylactic acid and a bioactive CaP glass (coded G5) to fabricate 3-D biodegradable scaffolds. Firstly, optimization of the printing conditions represents a key challenge for achieving high quality 3D-printed structures. Thus, we stress the importance of studying the outcome of the plasticizing effect of PEG on PLA-based blends used for the fabrication of 3D-printed scaffolds. Results indicated that the presence of PEG not only improves PLA processing but also leads to relevant surface, geometrical and structural changes including modulation of the degradation rate of PLA-based 3D printed scaffolds. Secondly, the obtained scaffolds were fully characterized from the physic-chemical point of view. Morphological and structural examinations showed that 3D scaffolds had completely interconnected porosity, uniform distribution of the glass particles, and a controlled and repetitive architecture. In addition, incorporation of G5 particles increased both roughness and hydrophilicity of the scaffolds. Compressive modulus was dependent on the scaffold geometry and the presence of glass. Cell study revealed that G5 glass improved mesenchymal stem cell adhesion after 4 h. Additional biological characterization in terms of the inflammatory response were also carried out. Novel studies have pointed towards a decisive role of inflammation in triggering tissue repair and regeneration, while at the same time it is accepted that an exacerbated inflammatory response may lead to rejection of an implant. Thus, understanding and having the capacity to regulate the inflammatory response elicited by 3D scaffolds aimed for tissue regeneration is crucial. In this context, cytokine secretion and cell morphology of human monocytes/macrophages in contact with biodegradable 3D-printed scaffolds (PLA, PLA/G5 and chitosan ones) with different surface properties, architecture and controlled pore geometry was reported. Results revealed that even though the material itself induced the biggest differences, scaffold geometry also affected on the secretion of cytokines. These findings strengthen the appropriateness of these 3D platforms to study modulation of macrophage responses by specific parameters (chemistry, topography, scaffold architecture). Finally, novel scaffolds composed by two phases (PLA and PLA/G5), for use in guided bone regeneration (GBR) were evaluated. Structural, morphological changes were observed during the in vitro degradation of both PLA and PLA/G5 structures. Although mechanical properties decreased, PLA/G5 scaffolds still showed higher compressive modulus than PLA ones, confirming the reinforcing effect of glass particles after immersion time. In vivo implantation was carried out subcutaneously in mice up to 30 days. Results showed that PLA scaffolds induced mononuclear cell without activating any relevant angiogenic process, while PLA/G5 induced higher presence of multinucleated giant cells and consequently stimulated the vascularization process and further tissue regeneration. The technique/materials combination used in this PhD thesis led to the fabrication of promising fully degradable, mechanically stable, bioactive and biocompatible composite scaffolds with well-defined architectures valuable for TE applications.

This PhD thesis investigated the incorporation of Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes (POSS) in thermoplastic base materials via melt-blending procedures. Particularly, a focus is taken on the enhancement of the thermal resistance through the addition of different types of POSS on two popular engineering plastics known by their low thermal stability, one being a semi-crystalline copolymer i.e. polyoxymethylene (POM) and the other an amorphous copolymer i.e. acrylonitrile butadiene styrene grafted with maleic anhydride (ABS-g-Ma). Different nanocomposites have been produced, from which its morphology, miscibility, structure, thermal properties and appearance behaviour before and during the thermoxidative degradation is herein quantified and discussed together with the resulting benefits and drawbacks. All the nanocomposites have been produced via melt-blending, using the nanofillers Glycidyl, Glycidyl-Isobutyl, Aminopropyl-isobutyl and Poly(ethylene-glycol) for the POM matrix, and Amino-Propyl Isobutyl, Glycidyl, and Trisilanol for the ABS-g-Ma matrix. The incorporation adequacy of the nanofillers into the matrix has been pre-assessed with the Hoy¿s solubility calculation method and later on corroborated with scanning electron microscopy (SEM) and differential scanning calorimetry (DSC). The quantification of the thermal degradation behaviour of each sample at different temperatures and exposure times was carried out through Fourier transform infrared spectrography (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA) including the degradation kinetics and, ultimately, the sample appearance progress has been assessed in terms of yellowing by means of colour spectrophotometry (Cielab). The results showed that the presence of different POSS's used with the POM matrix improves dramatically the thermal stability of the base material and that such improvement is proportionate to the solubility compatibility between matrix and the nanofiller. The best performance was found with Aminopropyl-isobutyl, whereby the temperature of maximum rate of degradation (TMAX) increased by 22ºC. Said improvement is also seen in the conditions at which the nanocomposite developed only 2% of carbonyl yield and 8% of yellowing compared to the standard POM copolymer, which is taken as the base reference with 100% deterioration suffered in the above two indicators. However, the performance of the different nanocomposites produced in this work with ABS-g-Ma has not been as encouraging as the POM-based nanocomposites described above. Although the SEM morphological analysis show adequate incorporation and miscibility of the nanofillers into the matrix, the GPOSS and the TPOSS nanocomposites provided no relevant improvements in thermal stability when compared to the base ABS-g-Ma, and the APOSS blend exhibits a very slight decay in almost all the quantitative analysis carried out in this work. / Los avances producidos en años recientes en el campo de la nanotecnología y sus aplicaciones en los materiales están aportando grandes mejoras en el rendimiento de los mismos en áreas como la resistencia mecánica, estabilidad térmica, propiedades ópticas y eléctricas, entre otras. Por otro lado, el mundo de la ingeniería y el diseño de componentes plásticos está llevando los materiales cada vez más a su límite, con el fin de poder ofrecer el máximo rendimiento al mínimo coste. Esta realidad implica la necesidad creciente de customizar estructuras poliméricas con propiedades mejoradas en áreas específicas para cada aplicación. A pesar de los desarrollos que se han estado produciendo últimamente en nanocompuestos termoplásticos, el conocimiento en este campo es aún limitado, y requiere de más iniciativas de investigación y desarrollo sobre el amplio campo de posibilidades que nos ofrecen los nanocompuestos. El objetivo de esta tesis es contribuir en el conocimiento de los nanocompuestos a través del estudio de los efectos de varias nanocargas del tipo Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes (POSS) en el comportamiento de la resistencia térmica del copolímero semicristalino polióxido de metileno (POM) y del terpolímero amorfo acrilonitrilo‐butadieno‐estireno (ABS), los cuales son dos plásticos técnicos susceptibles a la termoxidación. Diferentes nanocompuestos se han elaborado con el fin de estudiar su morfología, miscibilidad, estructura, propiedades térmicas y apariencia, así como los beneficios y contrapartidas que resultan de ellos. Los nano‐compuestos han sido elaborados mediante el método de mezcla en estado fundido (melt‐blending), utilizando cuatro nano‐cargas distintas para el POM, siendo Glicidil, Glicidil‐Isobutil, Aminopropil‐isobutil y Poli(etilen‐glicol), y tres nano‐cargas para el ABS, siendo Amino‐Propil Isobutil, Glicidil y Trisilanol La compatibilidad teórica de las nano‐cargas se ha calculado mediante el método de solubilidad de “Hoy”, y se ha corroborado con microscopia electrónica de barrido (SEM) y calorimetría diferencial de barrido (DSC). Posteriormente, cada material base y sus distintas variantes de nano‐compuestos se han sometido a diferentes condiciones de termo‐oxidación en términos de temperatura y tiempo de exposición. El comportamiento a la degradación de cada muestra se ha cuantificado mediante los métodos de espectroscopia de infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR), análisis de termogravimetría (TGA) incluyendo cinética de degradación, y finalmente mediante espectrofotometría (Cielab) para definir el progreso de la apariencia de la muestra en términos de amarilleamiento. Los resultados derivados de la inclusión de los diferentes POSS utilizados en la matriz de POM han mejorado sustancialmente la estabilidad térmica del mismo, y dicha mejora es proporcional a la compatibilidad de solubilidades entre el POM y los POSS utilizados. El mejor comportamiento se produce con la incorporación de la nanocarga aminopropilisobutil, con una temperatura de máxima degradación (TMAX) incrementada en 22 ºC sobre la TMAX del POM original tomado como referencia. Esta mejora se refleja también con una reducción muy notable en la formación grupos carbonilo y en el amarilleamiento sufrido en la superficie de la muestra, siendo un 2% y 8% respectivamente comparados con los resultados obtenidos con la muestra equivalente del material POM original. En referencia a los nanocompuestos basados en ABS‐g‐Ma, a pesar de la adecuada solubilidad teórica entre la matriz y las diferentes nano‐cargas, así como la buena miscibilidad obtenida en la elaboración de las muestras y evidenciada en el análisis morfológico SEM, no se han podido obtener mejoras en términos de estabilidad térmica. Concretamente, la adición de GPOSS y TPOSS no han aportado beneficios relevantes en las propiedades del nanocompuesto final, y la nanocarga APOSS ha incluso afectado negativamente a la matriz con una ligera caída de la resistencia térmica. / Els avenços produïts en els últims anys tant en el camp de la nanotecnología com en les seves aplicacions en els materials, està contribuint en la millora del rendiment dels mateixos en àeras com la resistència mecànica, l’estabilitat tèrmica, i les propietats òptiques i elèctriques entre d’altres. Per altra banda, el món de l’enginyería i el disseny de components plàstics està portant els materials cada vegada més al seu límit amb la finalitat de poder oferir el màxim rendiment al mínim cost, i això comporta una necessitat creixent de customitzar les estructura polimèriques amb propietats especificament millorades en àreas molt concretes en funció de l’aplicació requerida. A pesar del desenvolupament que s’ha estat produint últimament en l’àrea de nanocompostos plàstics, el coneixement en aquest camp és encara limitat, i requereix de més iniciatives d’investigació per cobrir el potencial que ofereix aquesta classe de materials, així com conèixer també les seves limitacions. L’objectiu d’aquesta tesi es el de contribuïr en l’enteniment dels nanocompostos plàstics a través de l’estudi dels efectes de vàries nanocàrregues del tipus Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes (POSS) en el comportament de la resistència tèrmica del poli(òxid de metilè) (POM) com a material semicristalí, i l’acrilonitril‐butadiè‐estirè (ABS) com a material amorf. Val a dir que la selecció d’aquests dos polímers tècnics ha estat en part motivada per la seva susceptibilitat inherent a la termodegradació. Diferents nanocompostos basats amb aquests materials s’han elaborat amb la finalitat d’estudiar la seva morfología, miscibilitat, estructura, propietats tèrmiques i aparença, així com els beneficis i contrapartides que resulten d’ells. La preparació dels nanocompostos ha sigut mitjançant el mètode de barreja en estat fos (melt‐blending), util.litzant quatre nano‐càrregues diferentes per el POM, siguent glicidil, glicidil‐Isobutil, aminopropil‐isobutil y poli(etilenè‐glicol), i tres nano‐càrregues per el ABS, siguent amino‐propil isobutil, glicidil i trisilanol. La compatibilitat teòrica de les nano‐càrregues s’ha calculat mitjançant el mètode de solubitat de “Hoy”, i s’ha corroborat amb microscopia electrònica d’escombrat (SEM) i calorimetría diferencial d’escombrat (DSC). Posteriorment s’ha sotmès cada material base i les seves diferents variants de nanocompostos a diferents condicions de termo‐oxidació en termes de temperatura i temps d’exposició. El comportament a la degradació de cada mostra s’ha quantificat mitjançant els mètodes d’espectroscopía d’infraroigs per transformada de Fourier (FTIR), anàlisis de termogravimetría (TGA) incloent cinemàtica de degradació, i finalment mitjançant espectrofotometría (Cielab) per a definir el progrés de l’aparença de la mostra en termes d’engroguiment. Els resultats han mostrat, per una banda, que la inclusió dels diferents POSS util.litzats en la matriu de POM ha millorat substancialment l’estabilitat tèrmica del mateix, i aquesta millora és proporcional a la compatibilitat entre les solubitats del POM i del POSS. El millor comportament s’ha produït amb l’adició de la nano‐càrrega d’aminopropilisobutil, amb una temperatura de màxima degradació (TMAX) millorada en 22ºC en relació a la obtinguida amb la matriu de POM. Aquesta millora també es reflexa amb una reducció molt notable en la formació de grups carbonil i en l’engroguiment sofert en la superfície de la mostra, siguent un 2% i 8% respectivament comparats amb els resultats obtinguts amb la mostra equivalent del material POM original. En contrast, els nanocompostos basats en ABS‐g‐Ma no han ofert millores en termes d’estabilitat tèrmica, a pesar d’una adequada solubitat teòrica entre la matriu i les diferents nano‐càrregues util.litzades, així com la bona miscibilitat obtinguda en l’elaboració de les mostres i posteriorment evidenciada en l’anàlisi morfològic SEM. Concretament l’adició de GPOSS i de TPOSS no han aportat beneficis en les propietats del nanocompostos final, i la nano‐càrrega APOSS ha afectat negativament a la matriu amb una lleuguera caiguda de la resistència tèrmica

In recent years, the use of composite materials in the aeronautic, automotive, marine construction, etc. has increased significantly. Hence, there is an increasing need for repair technologies on primary structural components, as replacing a damaged component by a new one is not cost effective in many cases. The composite structures experience damage in service that comes from accidental impacts, mechanical stresses, environmental factors (moisture and temperature), etc. Thus, maintenance and repair is the concern of the end users as well as of the manufacturers. Suitable material systems and controlled curing conditions are essential to fabricate reliable repairs. In this work, the effect of pre-bond moisture is analyzed for co-bonded adhesive joints subjected to static and fatigue loads. Specimens with three levels of pre-bond moisture (0%, 0.33% and 1.25%) and two different adhesive films (F1, F2) have been used in the analysis / Durant els últims anys, la utilització de materials compòsits en la indústria aeronàutica, automoció, construcció marina, etc. ha tingut un gran creixement. Es per aquesta raó, que cada vegada té més importància el desenvolupament de mètodes per a la seva reparació, i especialment la definició mètodes de reparació en components que realitzen una funció estructural, doncs la substitució del component no és econòmicament viable en molts dels casos. És un fet conegut, que les estructures de material compòsit en condicions de servei pateixen danys provocats per impactes accidentals, tensions mecàniques, efectes ambientals (humitat i temperatura), etc. Per tant, el manteniment i la reparació d’aquestes estructures són considerats processos de vital importància per a l’usuari final i també per als fabricants. Una bona tria dels materials, així com un bon control dels processos de curat, tenen un gran efecte en l’obtenció de reparacions fiables. En aquest treball s’ha analitzat l’efecte la l’absorció de la humitat en el substrat abans del procés de curat en unions co-encolades sotmeses a càrregues estàtiques i de fatiga. L’anàlisi s’ha dut a terme amb provetes amb 3 nivells d’absorció d’humitat (0%, 0.33% y 1.25%) i dos tipus d’adhesius laminats (F1 i F2)