Valoración de materiales compuestos de HDPE reforzados con fibras de Agave sisalana. Aproximación a un paradigma de geometría fractal para las fibras

Abstract

Natural fibers have been used recently as reinforcement of polymer-matrix based composites. The present thesis examines the mechanical properties of high density polyethylene (HDPE) composite reinforced with sisal fiber, at different percentages of coupling agent. It extends the study of matrix-fiber’s interfacial shear strength (IFSS). Firstly, a standard modelization by Kelly-Tyson method is done. Later on, a deeper study of sisal fiber at nanometric level is carried out using microscope techniques such as atomic force microscopy (AFM), transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM) to sort out the real surface roughness of the sisal fiber inside the composite. Fiberglass has been used to compare with. According to the obtained results, a fractal roughness model is proposed for sisal fibers and extrapolated to all natural fibers, which do not have a circular cross section. Moreover, the fractal model is introduced in the standard KT model. Finally, the interfacial shear strength (IFSS) of the composite from the classical model is compared with the one from proposed model

Las fibras naturales han sido usadas en un tiempo reciente para el refuerzo de polímeros. La presente tesis estudia las características mecánicas del compuesto polietileno de alta densidad (HDPE) con fibra de sisal, con diferentes porcentajes de agente de acoplamiento. Profundiza en el cálculo de la tensión de la interfase matriz-fibra (IFSS). Una vez realizado el cálculo estándar mediante la modelización de Kelly-Tyson (KT), se adentra al estudio de la fibra de sisal a nivel nanométrico, mediante microscopio de fuerzas atómicas (AFM), microscopio de electrónico de transmisión (TEM) y microscopio electrónico de barrido (SEM) y descubre la rugosidad superficial de la fibra. Se comparan la fibra natural con la fibra de vidrio, dentro y fuera del compuesto, para finalmente proponer un modelo fractal acorde con la rugosidad observada en la fibra natural. Se realiza una generalización de la ecuación de KT bajo el principio de la fractalidad superficial de la fibra y se compara el resultado de IFSS obtenido mediante el estudio clásico de KT y la nueva expresión generalizada