2. Procedimiento experimental
3.3.1. Efecto de la NFC en el curado de la resina de poliéster insaturado
Los materiales compuestos con cantidades de NFC superiores a tan sólo el 1.5% en peso presentan deficiencias en su curado debido a una incorrecta dispersión de la NFC ya que el procesado se ha realizado mediante agitación manual (Tabla 3-9). Estos materiales compuestos llegan a endurecer completamente si se da más tiempo de curado y, sobre todo, si se someten a un tratamiento térmico moderado.
Tabla 3-9. Observaciones de los materiales compuestos de resina de poliéster insaturado realizados mediante agitación manual.
Muestra NFC (%) Procesado Aspecto inicial Curado Observaciones
0 0 Agitación manual Líquido Si
0.25 0.25 “ Líquido Si 0.5 0.5 “ Líquido Si 0.75 0.75 “ Líquido Si 1 1 “ Líquido Si 1.5 1.5 “ Líquido Si Mancha 2 2 “ Líquido Si Mancha
3 3 “ Líquido Más lento Mancha
En todos los casos se adiciona un 1.5% en peso de MEKP.
Una vez comprobado a partir de qué porcentaje de NFC adicionada se originan los problemas de curado se realiza un análisis del efecto de la velocidad y tiempo de agitación desde que se añade el MEKP hasta que se detiene y se cuela, de forma inmediata, en los moldes. Estos materiales compuestos se nombran indicando la cantidad de NFC en porcentaje, la velocidad de agitación en rpm y el tiempo de agitación en minutos, por este orden. Como tiempo de agitación se considera el tiempo transcurrido desde la adición del último componente del sistema de curado (MEKP) a la finalización de la agitación. En todos los casos se añade 1.5% en peso de MEKP. Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 3-10.
Tabla 3-10. Observaciones en el curado de los materiales compuestos de resina de poliéster insaturado con diferente cantidad de NFC y agitados a diferentes velocidades y tiempos.
Material compuesto NFC (%) Velocidad de agitación (rpm) Tiempo de agitación (min) Aspecto
inicial Curado Observaciones
0/200/20 0 200 20 Líquido Si 0/200/40 0 200 40 Grumoso Si 0/200/60 0 200 60 Grumoso Si 2/200/60 2 200 60 Líquido Si 2/50/10 2 50 10 Líquido Si 2/50/30 2 50 30 Líquido Si Mancha 2/50/60 2 50 60 Líquido Si Mancha 2/100/10 2 100 10 Líquido Si 2/100/60 2 100 60 Líquido Si Mancha 2/150/10 2 150 10 Líquido Si 2/150/30 2 150 30 Líquido Si 2/150/60 2 150 60 Líquido Si Mancha 0/150/20 0 150 20 Líquido Si 0.5/150/20 0.5 150 20 Líquido Si 2/150/20 2 150 20 Líquido Si
4/150/20 4 150 20 Espeso No Mancha, blando
0.5/150/60 0.5 150 60 Grumoso Si
2/50/20 2 50 20 Líquido Si
2/100/30 2 100 30 Líquido Si
4/150/10 4 150 10 Espeso No Mancha, líquido
2/100/50 2 100 50 Líquido Si
3/150/10 3 150 10 Líquido Si
2/150/50 2 150 50 Líquido Si
1/150/60 1 150 60 Grumoso Si
En la Figura 3-33 se representa el curado (correcto o no) de los diferentes materiales compuestos preparados. En el eje “z” se representa la cantidad de NFC añadida, en el “x”, la velocidad de agitación y en el “y” el tiempo de agitación, es decir, tiempo que transcurre desde que se añade a la mezcla el MEKP hasta que se detiene y se cuela la mezcla en los moldes. Si el material compuesto endurece con normalidad en 24h se considera un curado correcto, mientras que si transcurrido este tiempo presenta un estado líquido, gomoso o “mancha” se considera que el curado no ha sido correcto.
Figura 3-33. Efecto de diferentes parámetros en el curado del material compuesto de resina de poliéster insaturado reforzado con NFC: cantidad de NFC añadida, velocidad y tiempo de agitación en la preparación del material. En todos los casos se añade un 1.5% en peso de MEKP.
Se observa de nuevo que cantidades elevadas de NFC dificultan, llegando a impedir por completo, el curado del material compuesto. Sin embargo, si se aumenta la velocidad y/o el tiempo de agitación, el material puede llegar a curar correctamente. El tiempo de agitación no puede ser superior a 50 minutos desde la adición del MEKP, ya que el sistema comienza a curar antes de haber sido depositado en el molde, si la cantidad de NFC es moderada, o no se consigue un correcto curado si esta cantidad es elevada. Así, de esta figura se desprende que cantidades del 2% en peso de NFC ya pueden dificultar el curado del material compuesto. Además, el curado se favorece con la aplicación de velocidades de agitación superiores, ya que el MEKP se distribuye de forma más homogénea por todo el material. Por último, el tiempo de aplicación, una vez añadido el peróxido (último componente del sistema catalítico en ser añadido), no debe ser superior a 50 minutos.
Respecto a la velocidad de agitación, se debe tener en cuenta que en este caso se han empleado en todos los casos velocidades de agitación bajas. El empleo de altas velocidades de agitación puede calentar la mezcla, lo que acelera enormemente el proceso de curado, muy sensible a la temperatura [63]. Así, en este estudio, al trabajar a velocidades bajas no se añade otra variable al estudio del sistema, como la temperatura, cuya gran influencia es de sobra conocida. De este modo, se pueden obtener conclusiones del hecho de que con una misma cantidad de NFC y tiempo de
(150 rpm) cura correctamente, a diferencia de la que ha sido agitada a menor velocidad (50 rpm). Esto se debe a una mejor dispersión o disminución del tamaño de los aglomerados, de manera que la NFC mejor dispersa dificulta en menor medida las reacciones de entrecruzamiento que se dan durante el proceso de curado. Además, una mayor velocidad de agitación distribuye de manera más homogénea el peróxido, lo cual favorece un curado correcto del sistema. El proceso por el cual la NFC dificulta la reacción de curado de una resina de poliéster insaturado ha sido demostrado recientemente por Monti y col. [221]. Estos autores han demostrado que este efecto se debe a la capacidad de los dobles enlaces de la estructura grafítica de la NFC de captar los radicales libres producidos por el iniciador. Este efecto se encuentra además potenciado por la elevada superficie específica que presenta este tipo de materiales.