Estudio del comportamiento en fractura en presencia de defectos tipo entalla de epoxi reforzada con óxido de grafeno

Abstract

RESUMEN: Dentro de los diferentes tipos de fallos que puede sufrir cualquier componente, la fractura destaca como uno de los más peligrosos por su inmediatez e irremediables consecuencias. En un afán por explorar nuevas alternativas a los materiales convencionalmente utilizados en aplicaciones ingenieriles, se presenta un análisis del comportamiento en fractura del compuesto formado por resina epoxi y óxido de grafeno en presencia de defectos de tipo entalla. Esta optimización supondría la implementación de este compuesto en aplicaciones sustituyendo a materiales convencionales, posibilitando ahorro económico, energético y nuevas perspectivas. De ello se deriva el objetivo de este trabajo, que es el estudio del comportamiento en condiciones de fractura de una serie de probetas fabricadas a partir de una matriz de resina epoxi reforzada con distintas proporciones de óxido de grafeno (GO), desde el 0,05% al 1%. Se ha estudiado tanto la tenacidad a fractura de las diversas concentraciones como la influencia que tiene en su tenacidad la presencia de defectos tipo entalla de diferente radio, partiendo de un radio nulo (fisura) hasta uno de 2 mm en probetas tipo SENB. Así mismo, se ha realizado un análisis microestructural de los mecanismos de fractura que complementa los demás ensayos. Los resultados obtenidos en dichos ensayos han sido analizados mediante la Teoría de las Distancias Críticas (TDC) para tratar de contrastar la influencia de la adición de óxido de grafeno. Se ha observado cómo la Teoría de las Distancias Críticas es capaz de producir buenas predicciones del comportamiento a fractura del material entallado una vez se ha calibrado la distancia crítica del material analizado. Sin embargo, los resultados muestran cómo el refuerzo de GO empeora casi todas las propiedades mecánicas del material, lo que descartaría este material para ciertas aplicaciones.

ABSTRACT: Among all the different types of failures any component can suffer, fracture stands out as one of the most dangerous ones due to its immediacy and it´s irremediable consequences. In an effort to find new alternatives to conventional materials used in engineering applications, the fracture behaviour of the composite formed by epoxy resin and graphene oxide is analysed in the presence of notch-type defects. From this it is derived the main objective of this work, which is the study of the fracture behaviour on a series of specimens made by an epoxy resin matrix reinforced with different proportions of graphene oxide (GO), from 0.05% to 1 %. Both the fracture toughness of the various concentrations and the influence that the presence of notch-type defects of different radii has on their toughness, starting from a zero radius (crack) to one of 2mm in SENB-type specimens, have been studied. Likewise, a microstructural analysis of the fracture mechanisms has been carried out that complements the other tests. The results obtained in these tests have been analysed using the Theory of the Critical Distances (TCD) in order to contrast the influence of graphene oxide reinforce. It has been observed how the Theory of Critical Distances is able to make good predictions about the fracture behaviour of the notched material once the critical distance of the analysed material has been calibrated. However, the results obtained show us the GO reinforcement worsens almost all the mechanical properties of the material, which will discard it for certain applications.