Formulación y caracterización de materiales compuestos integrados por una matriz de caucho estireno-butadieno (SBR) reforzada con nanoarcilla

[Resumen] Este trabajo se basa en el desarrollo de nanocompuestos de caucho estireno-butadieno (SBR) a través de mezclado en fundido. Los nanocompuestos se han preparado mediante la adición de un silicato laminar de tipo montmorillonita a la matriz elastomérica. El principal objetivo es mejorar las propiedades mecánicas, térmicas y de resistencia frente al envejecimiento a través de la adición de una baja proporción de refuerzo. Se estudió la morfología de los composites con objeto de entender las propiedades finales de estos materiales. En los nanocompuestos, las partículas se dispersaron formando estructuras intercaladas (tactoides) con algunas laminillas exfoliadas. El estudio de la interacción entre el SBR y la nanoarcilla mediante espectroscopia infrarroja reveló que las interacciones en la interfase son de tipo físico. La incorporación de la nanoarcilla mejoró sensiblemente las propiedades mecánicas del material sin una disminución en la deformación a la rotura y mejoró la estabilidad térmica. Estas mejoras están relacionadas con el nivel de dispersión de la nanoarcilla en la matriz. Sin embargo, los nanocompuestos mostraron una escasa resistencia frente al envejecimiento termooxidativo. Con la adición de un antioxidante fenólico a la mezcla la resistencia al envejecimiento de los nanocompuesto mejoró notablemente.[Resumo] Este traballo baséase no desenvolvemento de nanocompostos de caucho estireno-butadieno (SBR) a través de mesturado en fundido. Os nanocompostos preparáronse mediante a adición dun silicato laminar de tipo montmorillonita á matriz elastomérica. O principal obxectivo é mellorar as propiedades mecánicas, térmicas e de resistencia fronte ao envellecemento a través da adición dunha baixa proporción de reforzo. Estudouse a morfoloxía dos composites co obxecto de entender as propiedades finais destes materiais. Nos nanocompostos, as partículas dispersáronse formando estruturas intercaladas (tactoides) con algunhas laminiñas exfoliadas. O estudo da interacción entre o SBR e a nanoarxila mediante espectroscopia infravermella revelou que as interaccións na interfase son de tipo físico. A incorporación da nanoarxila aumentou sensiblemente as propiedades mecánicas do material sen unha diminución na deformación á rotura e mellorou a estabilidade térmica. Estas melloras están relacionadas co nivel de dispersión da nanoarxila na matriz. Non obstante, os nanocompostos mostraron un pobre comportamento fronte ao envellecemento termooxidativo. Coa adición á mestura dun antioxidante fenólico mellorou de forma importante a resistencia ao envellecemento dos nanocompostos.[Abstract] This work is focused on the development of styrene-butadiene rubber (SBR) produced by melt blending. Nanocomposites have been prepared by addition of montmorillonite type silicate to the elastomeric matrix. The main objective is to improve the mechanical and thermal properties as well as the aging resistance by adding low loading of reinforcement. The morphology of the composites was studied in order to understand the final properties of these materials. The nanocomposites showed a hybrid structure with intercalated structures (tactoids) and some exfoliated platelets. The interactions between SBR matrix and nanofiller were studied by infrared spectroscopy. No evidence for the formation of new components was found that suggests the interface interactions were of physical nature. Nanoclay addition significantly improved the mechanical properties without loss of elongation at break and also increased thermal stability. These improvements are related to the uniform dispersion of the nanoclay in the rubber matrix. However, nanocomposites showed a poor behaviour against thermooxidative aging. Aging resistance was significantly improved by adding a phenolic antioxidant to the nanocomposite

Degradación y reciclaje de elastómeros: fundamentos estructurales y aplicaciones

El consumo a nivel mundial de elastómeros supera los 26 millones de toneladas, con un porcentaje de participación del caucho natural cercano al 45%, el otro restante corresponde a cauchos sintéticos. Gran parte de esta producción se destina a la fabricación de neumáticos, donde el caucho natural (NR) y de butadieno (BR) son matrices esenciales. En este sentido, los elastómeros de NR y BR pueden ser considerados como los más representativos dentro de la ciencia y tecnología de elastómeros no solo por su consumo individual, sino también porque su estructura química se encuentra en un gran número de elastómeros como los caucho de poliisopreno sintético (IR), copolímeros de estireno-butadieno (SBR), cauchos nitrílicos (NBR o copolímeros de butadieno acrilonitrilo), etc. Su uso es tan generalizado en la industria debido a sus propiedades elásticas únicas, siendo la producción de neumáticos para el sector de transportes una de las industrias más representativas. Todo gracias a una red polimérica tridimensional obtenida a través de la formación de entrecruzamiento entre las cadenas de caucho durante el proceso de vulcanización, lo que permite recuperaciones de forma muy amplias a pesar de que se apliquen sobre ellos grandes deformaciones. Esta ventaja industrial en cuanto a propiedades y aplicaciones de unos materiales únicos, es a la vez un grave inconveniente a la hora de tratar los desechos de su procesado y los productos de caucho una vez finalizan su vida útil. El mercado se encuentra con la problemática de tratar residuos de consumo de alta estabilidad, que no se descomponen fácilmente y para los que se han empleado grandes cantidades de energía en su fabricación. El balance energético y económico obliga a la industria a una búsqueda de estrategias que le permitan el máximo aprovechamiento de las materias una vez se agoten su utilidad..

Diseño y construción de una máquina para ensayos de resistencia a la fatiga mecánica por flexión en probetas de polímeros impresos en 3D

En el presente trabajo de titulación se trazó el objetivo de diseñar una máquina para ensayos de resistencia a la fatiga mecánica por flexión rotativa y su posterior construcción con la modalidad de bajo costo para ensayar en probetas a base de polímeros impresos en 3D utilizando materiales de origen local en beneficio de los alumnos que realizan las prácticas en el Laboratorio de Mecánica de Materiales de la ESPOCH, para lo cual se analizaron investigaciones de donde se menciona que para dicha aplicación es primordial realizar el diseño de los subsistemas que intervienen en el desarrollo de la máquina como los son el mecánico, eléctrico y electrónico que está compuesto principalmente por motor eléctrico, cojinetes acoplados a chumaceras, acoples termoestables, mordazas, ejes, placas y una estructura que soporte las carga a ser aplicadas además de los pesos muertos respectivos. Continuando con la siguiente fase que fue la construcción de la estructura en base a las características originales del diseño de la máquina seleccionada, además de la implementación de los diferentes elementos de control electrónico, hay que tomar en cuenta que todos los elementos fueron fabricados y luego ensamblados siguiendo las especificaciones de diseño y las normas de seguridad industrial. Como resultado final una vez realizada la construcción de la máquina se logra estudiar de una mejor manera la Ciencia y la Resistencia de los materiales en las prácticas de laboratorio la que nos sugiere la utilización de probetas basadas en la norma ASTM D671, donde se indican los estándares a seguir para este tipo de ensayos, por lo que se recomienda cumplir con un adecuado plan de mantenimiento preventivo indicativo y conservativo para así garantizar la operación de la máquina, alargando su vida útil y realizar un estudio más estricto referente a las vibraciones mecánicas.In this titling work, the objective of designing a machine for testing resistance to mechanical fatigue by rotary bending was set and its subsequent construction with the low-cost modality to test in specimens based on 3D-printed polymers using source materials for the benefit of the students who carry out the practices in the Materials Mechanics Laboratory of the ESPOCH, for which investigations were analyzed where it is mentioned that for this application it is essential to carry out the design of the subsystems that intervene in the development of the Machine such as the mechanical, electrical and electronic one that is mainly composed of an electric motor, bearings coupled to bearings, thermoset couplings, clamps, shafts, plates and a structure that supports the loads to be applied in addition to the respective dead weights. Continuing with the next phase, which was the construction of the structure based on the original characteristics of the design of the selected machine, in addition to the implementation of the different electronic control elements, it must be taken into account that all the elements were manufactured and then assembled following design specifications and industrial safety standards. As a final result, once the construction of the machine is carried out, it is possible to study in a better way the Science and Resistance of materials in laboratory practices, which suggests the use of test tubes based on the ASTM D671 standard, where the standards to follow for this type of test, so it is recommended to comply with an adequate indicative and conservative preventive maintenance plan in order to guarantee the operation of the machine, lengthening its useful life and carrying out a more strict study regarding mechanical vibrations

Procesado, estructura y propiedades de materiales compuestos de matriz termoplástica y nanorefuerzos de carbono

208 p.El presente trabajo de tesis doctoral está orientado hacia el conocimiento de la relación existente entre los procesos de conformación, estructura y propiedades mecánicas y térmicas de termoplásticos de alto rendimiento mediante la incorporación de nanorefuerzos de tipos carbonoso. En el primer apartado se realizó un estudio comparativo del efecto de las fibras de carbono cortas (FC) y de las nanofibras de carbono (CNF) en los materiales compuestos de matriz de PEEK con el objeto de valorar la influencia del tamaño y la cantidad de refuerzo sobre la micro/nanoestructura En un segundo lugar se estudian los materiales compuestos constituidos de una matriz termoplástica de polisulfuro de fenileno (PPS) y nanofibras de carbono. La finalidad de este apartado es estudiar los distintos métodos de fabricación termoplástica existentes a nivel industrial para materiales compuestos aplicados a nanocomposites. En tercer lugar, se realizó un estudio sobre la poliéter sulfona (PES) como matriz termoplástica amorfa. El propósito de obtener compuestos reforzados CNT y CNF por separado en una matriz de PES es la de evaluar el efecto del tamaño nanométrico sobre el comportamiento mecánico y térmico de los nuevos materiales compuestos de base PES. En cuarto y último lugar de este capítulo se realizó el estudio comparativo de los efectos de la incorporación de nanofibras de carbono en las propiedades físico-químicas de los termoplásticos de alto rendimiento arriba mencionados (PEEK, PPS y PES) añadiéndose un estudio específico por DMA sobre la fragilidad dinámica de los diferentes sistemas, en presencia y ausencia de nanorefuerzos de carbono

Una metodología para caracterización elastoplástica cuasi-estática simplificada de materiales termoplásticos inyectados en proceso industrial para simulación estructural

En la present investigació es planteja una metodologia de caracterització de materials per alimentar el model constitutiu elastoplàstic de Von Mises amb enduriment isotròpic, per obtenir una millor resposta en simulacions computacionals estàtiques (CAE) de peces fabricades amb termoplàstics. Aquesta estratègia de caracterització ha de resultar simple pel que fa a aplicació, per a facilitar l’ús en l’exercici habitual d’indústria. Es presenten els models constitutius usualment utilitzats en el sector industrial per donar resposta a problemes de no linealitat de material en estàtica, per aquest tipus de polímers, que requereixin tan sol de l’assaig de tracció en la màquina universal. S’acompanya d’una declaració de les variables més influents sobre la resposta computacional. La metodologia proposa l’ús d’un Factor d’Escala Màster que permeti la reducció de la corba elastoplàstica per a una família de materials. Aquest factor de reducció s’utilitza, a la vegada, per la definició del límit de fluència i del mòdul secant elàstic de càlcul. S’ha avaluat el comportament mecànic d’una selecció de quatre materials, representatius de famílies utilitzades en sistemes d’interior d’automòbils, mitjançant mostres retallades de components reals. D’aquesta forma, es comprova el descens de les propietats mecàniques d’aquests materials en un context d’injecció usual en procés industrial. La nova estratègia de caracterització s’alimenta d’aquesta informació obtinguda en l’assaig de tracció. Es realitza la validació de la metodologia a través d’un assaig híbrid test-simulació sobre peça real injectada. Finalment s’ha efectuat un exercici de verificació de l’estratègia de caracterització sobre un conjunt real Mòdul Panell Porta, mitjançant correlació experimental.En esta investigación se plantea una metodología de caracterización de materiales para alimentar el modelo constitutivo elastoplástico clásico de von Mises con endurecimiento isotrópico, para una mejor respuesta en simulaciones computacionales estáticas (CAE) de piezas fabricadas con termoplásticos. Esta estrategia de caracterización debe resultar simple en cuanto a aplicación, para facilitar el uso en el ejercicio habitual en industria. Se presentan los modelos constitutivos usualmente utilizados en el sector industrial para dar respuesta a problemas de no linealidad de material en estática, para este tipo de polímeros, que requieran tan solo del ensayo de tracción en máquina universal. Se acompaña de una declaración de las variables más influyentes en la respuesta computacional. La metodología propone el uso de un Factor de Escala Máster que permita la reducción de la curva elastoplástica para una familia de materiales. Este factor de reducción se utiliza, a su vez, para la definición del límite de fluencia y del módulo secante elástico de cálculo. Se ha procedido a evaluar el comportamiento mecánico de una selección de cuatro materiales, representativos de familias utilizadas en sistemas de interior de automóviles, mediante muestras recortadas de componentes reales. De esta forma, se comprueba el descenso de las propiedades mecánicas de estos materiales en un contexto de inyección usual en proceso industrial. La nueva estrategia de caracterización se alimenta de esta información hallada mediante el ensayo de tracción. Se realiza la validación de la metodología a través de un ensayo híbrido test-simulación sobre pieza real inyectada. Finalmente se lleva a cabo un ejercicio de verificación de la estrategia de caracterización sobre un conjunto real Módulo Panel Puerta, mediante correlación experimental.This research project proposes a methodology for characterization of materials to feed the traditional elasto-plastic model with Von Mises isotropic hardening criterion. This is to achieve a better response in static computer simulations (CAE) for thermoplastic parts. This characterization strategy must be simple in application to facilitate regular use in industry. The models normally used in industry are presented to address issues of static material non-alignment for this class of polymers, only requiring the universal tensile strength machine test. It is accompanied by a statement of the most influential variables in the computational response. The methodology proposes the use of a Master Scale Factor that allows the reduction of the elasto-plastic curve for a class of materials. This reduction factor is used in turn to define the yield stress and the young modules. An evaluation of the mechanical behaviour from a selection of four materials is undertaken, representative classes of materials used in automotive interior systems. This was done by using samples cut from real components. Thus, the decrease of the mechanical properties of these materials in the context of the usual industrial injection process was evaluated. The new strategy characterization is fed by this information gained by the tensile strength test. A validation of the methodology is undertaken through a simulated hybrid test on an actual injected part. Finally, a verification exercise of the characterization strategy is conducted on a real door panel module assembly, through experimental correlation

USO DE ADITIVOS SOSTENIBLES EN LA ESTABILIZACIÓN TÉRMICA DEL POLIPROPILENO EN SU PROCESO DE SÍNTESIS

En esta Tesis se plantea un aprovechamiento integral de antioxidantes naturales para reforzar al polipropileno contra la degradación termoxidativa que sufre durante su proceso de conformado. De entre estos compuestos, los ácidos hidroxicinámicos son un grupo de moléculas presentes en la pared celular vegetal, cuyos principales representantes son el ácido ferúlico, p-cumárico, cafeico y sinápico, de los cuales el ácido ferúlico y p-cumárico son los de mayor abundancia en la naturaleza. Están formados básicamente por un anillo aromático, un grupo alifático y un ácido carboxílico en el extremo. Son denominados hidroxicinámicos por la sustitución del grupo hidroxilo en el anillo aromático. Otra forma en la que se encuentran presentes es como ácido clorogénico (ácido cafeico, preferentemente), son solubles y se presentan en altas concentraciones en bebidas como el café. Esta investigación, se inicia con un estudio que sirve para identificar y conocer los residuos generados en el proceso de desodorización del polipropileno. Para llevar a cabo este análisis, se realizó un prototipo de desorber que sirvió para generar y posteriormente analizar los residuos líquidos y sólidos generados. Mediante cromatografía y ensayos calorimétricos se ha podido identificar las moléculas derivadas del proceso de degradación así como proponer las rutas químicas que dan origen a estos derivados tóxicos. Una vez identificadas estas sustancias, se ha podido valorar los riesgos que estos podrían provocar en el medio de degradación. Un segundo estudio desarrollado en esta investigación, ha tenido como objetivo la búsqueda de una aplicación a los residuos generados durante el proceso de síntesis del PP. A través del estudio de las cinéticas de degradación se ha planteado una recuperación de estos derivados mediante procesos de pirolisis y quimiólisis. Además, este estudio ha servido para comparar y determinar qué modelos cinéticos de degradación son los que mejor se ajustan al proceso de degradación del PP en el rango de temperaturas de trabajo para este polímero. Finalmente, para determinar los efectos antioxidantes de los aditivos estudiados en la matriz del polipropileno, se prepararon diferentes formulaciones con aditivos naturales y con aditivos de origen petroquímico, como el Irganox y el Ethanox a modo de comparación. Los films preparados se analizaron mediante diferentes técnicas con el fin de obtener información físico-química, colorimétrica, estructural y de resistencia mecánica. De los resultados obtenidos, se ha podido comprobar que el ácido cafeico superó a los otros antioxidantes, reduciendo la producción de aflatoxinas en más del 95 por ciento.The growing social sensitivity linked to environmental issues in relation to the carbon footprint, together with the depletion of non-renewable sources, has acted as a driving force for the search for alternative materials for the synthesis and optimization of polymeric material formulations. Present in most plant foods, antioxidants block the damaging effect of free radicals that occur when a polymer undergoes a degradation process. This thesis proposes an integral use of natural antioxidants to reinforce the polypropylene against the thermo-oxidative degradation that suffers during its forming process. Among these compounds, hydroxycinnamic acids are a group of compounds present in the plant cell wall, whose main representatives are ferulic acid, p-coumaric, caffeic and sinapic, of which ferulic acid and p-coumaric are the most abundant In nature. They are basically formed by an aromatic ring, an aliphatic group and a carboxylic acid at the end. They are called hydroxycinnamics by the substitution of the hydroxyl group in the aromatic ring. Another way in which they are present is as chlorogenic acid (caffeic acid, preferably), they are soluble and present in high concentrations in beverages such as coffee. In this research, an initial study is proposed to identify and know the waste generated in the process of deodorization of polypropylene. To carry out this study, a prototype of desorbing was carried out in order to analyze the liquid and solid waste generated, which subsequently served to analyze the risks that these could cause. By means of chromatography and calorimetric analysis it has been possible to identify the molecules derived from the degradation process as well as to propose the chemical routes that give rise to these toxic derivatives. A second study served to apply the waste generated during the PP synthesis process. Through the study of the kinetics of degradation, a recovery of these derivatives has been considered through pyrolysis or chemical processes. This study served to compare and determine best models that suit the process of degradation of the PP in the range of working temperatures for this polymer. In order to determine the antioxidant effects of the additives studied in the polypropylene matrix, different formulations were prepared with natural additives and with additives of petrochemical origin as a comparison. The prepared films were analyzed by different techniques in order to obtain physical-chemical, colorimetric, structural and mechanical resistance information. From the results obtained, it was found that caffeic acid exceeded the other antioxidants, reducing the production of aflatoxins by more than 95 percent.La creixent sensibilitat social lligada a temes mediambientals en relació a la petjada de carboni, juntament amb l'esgotament de les fonts no renovables, ha actuat com a força impulsora per a la cerca de matèries alternatives per a la síntesi i optimització de formulacions de materials polimèrics. Presents en la majoria els aliments vegetals, els antioxidants bloquegen l'efecte perjudicial dels radicals lliures que es produeixen quan un polímer pateix un procés de degradació. En aquesta investigació, es planteja un aprofitament integral d'antioxidants naturals per a reforçar al polipropilè contra la degradació termoxidativa que pateix durant el seu procés de conformat. Entre aquests compostos, els àcids hidroxicinámicos són un grup de compostos presents en la paret cel·lular vegetal, els principals representants del qual són l'àcid ferúlico, p-cumárico, cafeico i sinápico, dels quals l'àcid ferúlico i p-cumárico són els de major abundància en la naturalesa. Estan formats bàsicament per un anell aromàtic, un grup alifàtic i un àcid carboxílic en l'extrem. Són denominats hidroxicinámicos per la substitució del grup hidroxil en l'anell aromàtic. Una altra forma en la qual es troben presents és com a àcid *clorogénico (àcid *cafeico, preferentment), són solubles i es presenten en altes concentracions en begudes com el café. De la mateixa manera, en aquest estudi es planteja un estudi inicial per a identificar i conéixer els residus generats en el procés de desodorización del polipropilè. Per a dur a terme aquest estudi es va realitzar un prototip de desorber amb la finalitat d'analitzar els residus líquids i sòlids generats, que van servir posteriorment per a analitzar els riscos que aquests podrien provocar. Mitjançant cromatografia i assajos calorimétricos s'ha pogut identificar les molècules derivades del procés de degradació així com proposar les rutes químiques que donen origen a aquests derivats tòxics. Un segon estudi desenvolupat en aquesta investigació, va servir per a donar aplicació als residus generats durant el procés de síntesi del PP. A través de l'estudi de les cinètiques de degradació s'ha plantejat una recuperació d'aquests derivats mitjançant processos de pirolisis o quimiólisis. Aquest estudi ha servit per a comparar i determinar què models cinètics de degradació són els que millor s'ajusten al procés de degradació del PP en el rang de temperatures de treball per a aquest polímer. Per a determinar els efectes antioxidants dels additius estudiats en la matriu del polipropilè es van preparar diferents formulacions amb additius naturals i amb additius d'origen petroquímic a manera de comparació. Els films preparats es van analitzar mitjançant diferents tècniques amb la finalitat d'obtindre informació físic-química, colorimètrica, estructural i de resistència mecànica. Dels resultats obtinguts, s'ha pogut comprovar que l'àcid cafeico va superar als altres antioxidants, reduint la producció de *aflatoxinas en més del 95 per centHernández Fernández, JA. (2018). USO DE ADITIVOS SOSTENIBLES EN LA ESTABILIZACIÓN TÉRMICA DEL POLIPROPILENO EN SU PROCESO DE SÍNTESIS [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/111841TESI

Films y recubrimientos a partir de biopoliuretanos de base acuosa reforzados con nano-celulosa

En las últimas décadas el mundo ha sido testigo de un creciente interés del público, las instituciones académicas y el sector industrial por aprovechar mejor los recursos renovables y reducir el impacto negativo de la actividad humana en el medio ambiente. El uso de productos bio-derivados permite reducir la huella de CO2 en los materiales desechados, y en muchos casos mejorar la biodegradabilidad de materiales poliméricos, cuya contraparte basada en el petróleo es generalmente reconocida por su persistencia en el ambiente. Por esta razón, se ha renovado la investigación de productos derivados de la biomasa, desarrollándose desde combustibles hasta novedosos materiales que se incorporan en productos finales de alto volumen y/o alto valor agregado como los dedicados a la industriaautomotriz y de envases.Los poliuretanos (PUs) son materiales poliméricos versátiles, con una amplia variedad de propiedades físicas y químicas. Gran parte de estos PUs generan emisiones de compuestos orgánicos volátiles (VOCs) a la atmósfera durante su aplicación, por lo que los esfuerzos de los investigadores no se han restringido sólo a las etapas de síntesis y producción sino que también se han enfocado en la reducción de la generación de los VOCs.En ese marco se inserta este trabajo de tesis, cuyo objetivo es la obtención de una matriz de poliuretano de base acuosa (WBPU por sus siglas en inglés: waterborne polyurethane) utilizando como bio-precursores un aceite vegetal y un ácido carboxílico, afectando entonces tanto la formulación como la reducción en la generación de VOCs. Con el objetivo de obtener mejoras en las propiedades mecánicas, térmicas y tribológicas de estos poliuretanos se propone la utilización de nanocristales de celulosa (CNC), celulosa bacterial o celulosa microfiblilar como bio-refuerzo de las diferentes matrices poliméricas obtenidas durante el desarrollo de la presente tesis.In this thesis work, reinforced polymeric materials containing high bio-carbon and low VOC contents were synthesized and characterized. To achieve this goal, waterborne biopolyurethanes were prepared and further reinforced with micro/nano cellulose, which is also obtained from the biomass. A brief summary of the Chapters’ contents is included below. In Chapter 1 a brief introduction to the selected topic and the state of the art is presented, as well as the motivation for the study and the goals of this research work. The raw materials, experimental techniques and methods used in the synthesis and characterization of the different materials are presented in Chapter 2. Chapter 3 is dedicated to the discussion of the properties of the different celluloses used as reinforcement of the polymeric matrices. In particular, in this study, cellulose nanocrystals were obtained from the acid hydrolysis of microcrystalline cellulose. The other biogenic reinforcements were introduced in our work thanks to the collaboration with another research group of the Ecomaterials Division, INTEMA (bacterial cellulose) and to the collaboration with the “Materials + Technologies” Group, University of the Basque Country (microfibrillar cellulose, MFC). It is important to stress that the main goal in this thesis work was to achieve the synthesis of bio-based polyurethanes with good compatibility with the selected micro/nanoreinforcements. For this reason, polymeric materials were prepared based on two diols, a synthetic one (polycaprolactone diol, PCL) and another one based on castor oil (CO1). Later on, a vegetable oil: unmodified castor oil, was used as polyol for the synthesis of the PUs, thus, increasing the percentage of biobased raw materials used in the synthesis of the WBPUs. The last replacement of a synthetic reactant by a biobased one consisted in the replacement of dimethyl propionic acid (DMPA) by tartaric acid (TA). The acid component provides the ionic centers that allow the dispersion of the PU in water by formation of a salt with added triethylamine (TEA). (Chapter 4) In Chapter 5, the incorporation of the different celluloses in (o into) the polymeric matrices is discussed. A first section presents the effect of the addition of microfibrillar cellulose in PU matrices obtained from diols with different molecular structure. Then, a discussion is presented of the comparative effects of bacterial cellulose and cellulose nanocrystals (CNC) added to a WBPU synthesized from unmodified castor oil. A third section presents an analysis of the effect of the incorporation of CNC on matrices obtained from castor oil and additionally with the use of the tartaric acid. Then, in Chapter 6, the results of preliminary studies are presented that are focused on the potential application of the prepared WBPU as coatings. The performance of these preparations was analyzed from the results of macro and microscopic tests. Finally, Chapter 7 presents the general conclusions of the work and proposes several studies to continue the research on this subject in the future.Fil: Hormaiztegui, Maria Eugenia Victoria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentin

Development of metal cushion rail pad for railway fastening system

RESUMEN: Tradicionalmente, para la fabricación de placas de asiento enfocadas a las líneas de alta velocidad, se han empleado materiales elastoméricos. El comportamiento de los pads actualmente comercializados en base a estos materiales, se ve seriamente afectado por las exigencias de trabajo de la vía, junto con los condicionantes ambientales que rodean a la misma: fatiga mecánica, fatiga térmica, rayos UV, temperaturas extremas, humedad y salinidad. En esta Tesis, se analiza la viabilidad de confeccionar un cojín metálico antivibratorio como alternativa a las placas de asiento estandarizadas. Para ello, se plantea el diseño de un pad basado en una malla de filamento de acero inoxidable, que sirva como punto de partida para el futuro desarrollo de placas metálicas de asiento elásticas que presenten unas prestaciones mecánicas comparables a las de las fabricadas con los materiales tradicionales, a la vez que incrementen, notablemente, el ciclo de vida manejado en la actualidad con los productos comerciales existentes. El resultado concluye que el cojín metálico manifiesta un excelente comportamiento frente a procesos de envejecimiento mecánico y ambiental respecto de los materiales elastoméricos, pudiendo alcanzar una rigidez en rangos comerciales para la fabricación de rail pads. Se identifican los principales parámetros de fabricación del cojín metálico dentro de un criterio de diseño del material y la influencia de estos en sus prestaciones mecánicas. Finalmente, el material es caracterizado mediante un modelo matemático de referencia y analizado dentro del rango dinámico en cuanto a rigidez y amortiguamiento.ABSTRACT: Elastomeric materials have been traditionally employed in the manufacturing of rail pads intended for high-speed lines. The behaviour of the currently marketed pads based on these materials is seriously affected by both the railway environment and mechanical requirements, such as mechanical fatigue, thermal variations, UV rays, extreme rising of temperature, humidity and salinity, among others. This Thesis work deeply analyses the feasibility of developing an anti-vibration metallic cushion as an alternative to traditional rail pad materials. To this end, the design of a pad based on a stainless steel wired mesh cushion is proposed as a starting point for the future manufacturing of elastic metal cushion rail pads, whose mechanical performance is not only comparable to those made with elastomers, but also significantly prolonged in regards of the current working life standard of existing commercial products. The experimental result analysis concludes that the developed metal cushion material displays an excellent behaviour against mechanical and environmental aging processes with respect to elastomeric materials, being able to reach a stiffness in commercial ranges of current rail pads. Foremost manufacturing parameters of metal cushion pads are identified under a material design criterion which takes into account their influence over mechanical performance. Finally, the new material is characterized through a mathematical referenced model, with the aim of carrying out an analysis within the dynamic range in terms of stiffness and damping

Ionic liquids as lubricants of metal -polymer contacts. Preparation and properties of the first dispersions of ionic liquids and nanoparticles in polymers

[SPA] Los líquidos iónicos son fluidos de altas prestaciones con un amplio rango de estabilidad térmica que encuentran numerosas aplicaciones en ingeniería. Aunque se han utilizado como lubricantes de contactos metal-metal, metal-cerámico y cerámico-cerámico, en este trabajo presentamos el primer estudio acerca del empleo de los líquidos iónicos como lubricantes puros en contactos polímero-acero. Se ha comprobado la eficacia de los líquidos iónicos para reducir los coeficientes de fricción y las tasas de desgaste en una variedad de contactos acero-polímero y en un amplio rango de temperaturas, incluyendo condiciones criogénicas. Como aditivo de polímeros, se han obtenido las primeras dispersiones de líquidos iónicos en polímeros termoplásticos y termoestables y se han determinado sus propiedades térmicas, mecánicas y tribológicas. Se ha estudiado el efecto del contenido de líquido iónico en las propiedades tribológicas de las nuevas dispersiones y su influencia sobre los mecanismos de desgaste mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) y microanálisis (EDS). Las nuevas dispersiones muestran valores de fricción y desgaste más bajos que los polímeros puros. Esta reducción de fricción y desgaste puede llegar a superar el 79%.Para ciertos polímeros termoplásticos como poliestireno y poliamida 6, las nuevas dispersiones preparadas muestran valores de fricción y desgaste inferiores a los obtenidos cuando se utiliza el líquido iónico puro como lubricante externo del par acero-polímero.Se han utilizado nanopartículas de óxido de cinc como aditivos de policarbonato con el fin de mejorar su resistencia al desgaste. Se han obtenido distintas dispersiones con contenido variable de nanopartículas y se ha estudiado el efecto de la concentración de óxido de cinc en las propiedades térmicas, mecánicas y tribológicas. Se ha comprobado que cuando dichas partículas se modifican mediante la adición de un líquido iónico, se obtienen nuevos nanocomposites polímero-líquido iónico-nanopartícula con propiedades tribológicas mejoradas. Finalmente, para entender los procesos que tienen lugar en la interfase nanopartícula-líquido iónico, se han estudiado las interacciones entre las nanopartículas y el líquido iónico. Los cambios superficiales, morfológicos y estructurales se han caracterizado mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM), microanálisis (EDS), análisis de superficies (XPS) y difracción de rayos X (XRD). Los resultados ponen de manifiesto la importancia de la influencia de las condiciones del proceso sobre la estabilidad del anión presente en el líquido iónico.[ENG] Room-temperature ionic liquids (ILs) are high performance fluids that stand out because of a wide range of functional properties and exhibit a great potential for engineering applications. Although they have been employed as lubricants in metal-metal, metal-ceramic and ceramic-ceramic contacts, in this thesis we present the first study about the use of ILs as pure lubricants in polymer/steel contacts. The tests have established the efficacy of the ILs to reduce friction coefficient and wear rates in a variety of kinds of contacts, and criogenic to high temperature performance. Novel dispersions of ILs in polymers have been obtained with epoxy resin and thermoplastics as matrix. Therefore, the thermal, mechanical and tribological properties of the materials have studied and are discussed in the present thesis. Furthermore, the contents of ILs in the polymer matrix have been studied in relation to the tribological properties using Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive X-Ray Spectrometry (EDS), the wear mechanisms that operated in the contacts were established. The novel dispersions showed a reduction in the friction coefficient and wear in comparison with neat polymers, reaching in some cases a decrease of 79%. In the case of thermoplastics such as polystyrene and polyamide 6, the new dispersions showed a reduction in friction coefficient and wear in the same range as that of the ILs when used as external lubricants in the steel/polymer contact. In addition nanoparticles of zinc oxide were used to obtain polycarbonate based nanohybrids with the purpose of improving the tribological properties. Novel nanohybrids of zinc oxide and modified zinc oxide were obtained. The mechanical, thermal and tribological properties were studied. The results of experiments clearly demonstrated that the use of ILs modifies the shape and size of the ZnO nanoparticles, increasing the tribological properties of the novel nanohybrids. Different techniques such as EDS, Transmission Electron Microscopy (TEM), X-Ray Diffraction (XRD) and X-Ray Photoelectron Spectrometry (XPS) were used to examine and establish the surface interactions and mechanism that operated between ILs and ZnO. In summary, the results reveal the importance of the processing parameters on the stability of the nature of the anion in the ILs.Universidad Politécnica de CartagenaPrograma de doctorado en Tecnologías Industriale

Proyecto básico y de ejecución de vivienda unifamiliar

El Proyecto Básico y de ejecución que se expone en las siguientes páginas de este documento se ha redactado con el objetivo de sentar las bases del estudio y análisis del desarrollo de una vivienda unifamiliar. Durante el período en el que he llevado a cabo el proceso de realización del Proyecto he tenido que afrontar la toma de decisiones acerca de la elección uno u otro método para resolver las dudas o problemas que el día a día me deparaba. Todo esto me ha hecho crecer como estudiante ya que la toma de decisiones conlleva un estudio pormenorizado del problema que tenemos delante. Otro aspecto que me gustaría comentar es la dificultad a la hora de empezar un proyecto o el diseño del mismo porque nos enfrentamos al miedo del papel en blanco. Para superar este hecho y saber hacia dónde quieres dirigir tu diseño debes leer, ver o incluso empaparte en primera persona de lugares o vivencias que te ayuden y te den ese primer empujón para los primeros bocetos. Por otro lado, la realización de este proyecto, me ha servido para aprender programas informáticos diferentes y novedosos, sistemas constructivos, instalaciones que había oído hablar pero que no me había para a pensar en ellas, como bien puede ser la Geotermia o simplemente plantearme dudas constructivas que están en el día a día de una obra pero que te generan dudas e interrogantes que tienes que resolver para ir aprendiendo y que, sobre todo en este último paso, como lo es el Trabajo Fin de Grado, como estudiante me ayude a crecer como tal. Para acabar, las siguientes páginas se puede apreciar el trabajo de un estudiante que acaba con sus estudios universitarios y que ha dedicado una cantidad de horas determinadas con el objetivo de que su Proyecto Fin de Carrera no sea un mero trámite sino que sea el resultado de su formación académica y su puesta a punto para su vida laboral