Optmización de microscopía de fuerzas atómicas para la caracterización de materiales poliméricos utilizados en la industria aeronáutica

Abstract

En esta tesis doctoral, la Microscopía de Fuerzas Atómicas (AFM) se ha empleado en la caracterización morfológica y en la caracterización superficial de materiales compuestos y resinas termoestables de nueva generación con aplicación en la industria aeronáutica. Las resinas de naturaleza epoxídica (¿epoxi¿) son uno de los materiales más empleados como matrices en la fabricación de materiales compuestos en la industria aeronáutica por su buena resistencia térmica y su buen comportamiento mecánico. En los últimos años, se ha buscado mejorar la tenacidad de las resinas epoxi, mediante la adición de polímeros más tenaces. Estas resinas modificadas pueden presentar una gran complejidad a nivel morfológico: la forma, el tamaño y la distribución de fases son parámetros críticos a la hora de encontrar una morfología adecuada que sea capaz de mejorar la tenacidad. En este trabajo, se han estudiado cuatro resinas epoxi y un material compuesto curados en diferentes condiciones de procesado. La caracterización morfológica realizada mediante AFM ha proporcionado información de gran utilidad, tanto en los materiales, como en los procesos utilizados en la fabricación de componentes aeronáuticos, y se ha demostrado la aplicabilidad de los estudios realizados sobre muestras de resina, a nivel de material compuesto. Además de la aplicación de la técnica de AFM para la caracterización morfológica, se ha utilizado para la determinación de la capacidad de adhesión de superficies de materiales compuestos que estuvieron en contacto con varios materiales auxiliares durante su curado (agentes desmoldeantes, películas / tejidos separadores y tejidos pelables) y se ha realizado la puesta a punto de un procedimiento experimental para evaluar las propiedades de adhesión mediante la determinación de curvas de fuerza. Las propiedades de adhesión obtenidas mediante AFM (fuerza, distancia y área de adhesión) se han comparado con otras técnicas de caracterización superficial: tenacidad a la fractura interlaminar (GIC), determinación de la rugosidad, medidas de ángulo de contacto y determinación química elemental de la composición superficial por XPS. Los resultados obtenidos han puesto de manifiesto la idoneidad del AFM para el estudio de la capacidad de adhesión de la superficie de materiales compuestos y su contribución a la optimización de los procesos utilizados en la fabricación de piezas aeronáuticas, selección de materiales auxiliares y optimización de procesos de preparación superficial.