Propiedades de los materiales compuestos reforzados con fibras de guadua: un estudio comparativo

Resumen

Se elaboró un modelo numérico para predecir el efecto de la modificación de la superficie de una fibra sobre las propiedades mecánicas de los paneles de biocompuestos fabricados con fibras de bambú y resina vegetal. Para el estudio, los tres métodos de tratamiento superficial fueron la mercerización, el plasma y el tratamiento con ozono. Para analizar la influencia de cada tratamiento en la superficie de las fibras, se realizó un estudio de su morfología, composición química y cristalinidad mediante microscopía electrónica de barrido, espectroscopia de dispersión de energía de rayos X y difracción de rayos X. Se llevó a cabo una caracterización de las propiedades físicas de las fibras mediante la determinación de la densidad y la capacidad de absorción. La influencia del tratamiento en las propiedades mecánicas de las fibras se analizó determinando su resistencia a la tracción. Estos resultados se utilizaron para determinar las propiedades elásticas de las capas que componen el biocompuesto, aplicando la regla de la mezcla modificada para materiales anisótropos.
Los modelos numéricos se elaboraron utilizando un programa comercial de elementos finitos, considerando un análisis lineal. El compuesto se concibió como un laminado formado por capas de fibras orientadas en diferentes direcciones. Para validar los resultados numéricos, se fabricaron paneles utilizando fibras tratadas según los métodos de tratamiento establecidos y una resina vegetal. Para la construcción de los paneles se utilizó un sistema de compresión a temperatura ambiente estándar. Las fibras se colocaron en seis capas de 1,13 mm de espesor, reproduciendo las condiciones establecidas en el modelo numérico. La determinación de las propiedades físicas del compuesto se basó en la determinación de la densidad, la capacidad de absorción y el porcentaje de hinchamiento. La determinación de las propiedades mecánicas se centró en la obtención de la resistencia máxima a tracción, compresión y flexión estática. Los resultados muestran que es posible mejorar las prestaciones mecánicas del compuesto cuando se modifica la superficie de las fibras que actúan como refuerzo. De acuerdo con los resultados, los paneles fabricados con fibras tratadas con plasma y con ozono presentaron mejores prestaciones mecánicas, mostrando una buena correlación entre los resultados de los modelos numéricos y los valores obtenidos experimentalmente.