Materiales compuestos con propiedades a la carta : diseño de interfases

Resumen

En el presente trabajo se han preparado distintos materiales compuestos formados por una matriz termoplástica (PMMA o PSU) reforzada con fibras de vidrio estudiándose la relación existente entre las características interfaciales de estos materiales con sus propiedades finales. Se han diseñado dos procesos de modificación controlada de las propiedades de la superficie del refuerzo para generar las diferentes interfases: i) inmersión de las fibras de vidrio en distintos disolventes una vez estas han sido silanizadas con 3-aminopropiltrietoxisilano (APTES) y ii) modificación del pH del medio de silanización con APTES. Se realizó una caracterización superficial de los refuerzos y se observó que el agente de acoplamiento silano forma en todos los casos una capa heterogénea sobre la superficie del refuerzo. Dicha capa es susceptible de sufrir cambios en su estructura en función del medio en el que se encuentre. Se observó que el pH del medio en el que se produce la condensación del agente de acoplamiento sobre la superficie de la fibra es determinante en las características finales de la capa de agente de acoplamiento. Se enlazó químicamente un compuesto fluorescente a las superficies modificadas. A partir de la respuesta fluorescente de dicha especie anclada se pudo correlacionar la información obtenida por fluorescencia con la obtenida por otras técnicas instrumentales como el D.S.C. o el ensayo de tracción. La información obtenida muestra que los distintos recubrimientos obtenidos sobre las fibras de vidrio dan lugar a diferentes grados de interpenetración de cadenas en la región interfacial. Se ha estudiado la dinámica macromolecular y el proceso de absorción de agua a escala interfacial, pudiéndose concluir que la interfase de estos materiales es extremadamente compleja mostrando propiedades que son altamente dependientes del grado de interpenetración de las cadenas del polímero matriz en el recubrimiento siloxánico. __________________________________________ In this work different composite materials have been prepared reinforcing a thermoplastic matrix (PMMA or PSU) with glass fibres, studying the relation between the interfacial characteristics with the final properties of these materials. Two processes for modifying the properties of the fiber surfaces in a controlled way have been designed: i) dipping the silanized glass fibers (with 3-aminopropyltriethoxysilane, APTES) into different solvents and ii) pH of the silanizing solution. A surface characterization of the reinforcements was carried out. It was observed that the silane coupling agent formed in all cases a heterogeneous layer over the reinforcement surface. This layer is susceptible of changes in its structure depending on the medium in which they are located. It was observed that the pH of the medium in which the condensation of the coupling agent occurs is crucial for the final features of the layer of coupling agent. A fluorescent compound (fluorophore) was chemically bonded to the silane modified surfaces. From the fluorescent response of the fluorophore a correlation between the information obtained by fluorescence and that obtained by other instrumental techniques such as DSC or tensile test could be done. The results obtained suggested that the different coatings developed on glass fibers lead to different degrees of chains interpenetration in the interfacial region. The macromolecular dynamics and the process of water absorption at the interface have been studied, concluding that the interface of these materials is extremely complex showing properties that are highly dependent on the degree of interpenetration between the chains of the polymer matrix and the siloxane coating.