Efecto del Tratamiento Térmico en la Vida a la Fatiga en Flexión para un Compuesto de Onyx Reforzada con Fibra de Vidrio Impreso en 3D.

Abstract

En los últimos años la impresión 3D o 3DP se ha ampliado para incluir a los materiales compuestos, donde, los filamentos de polímeros y los de refuerzo son extruidos juntos durante la impresión. En general, gran parte del desarrollo investigativo se ha llevado a cabo para los polímeros impresos reforzados con fibra corta, partículas, microfibra, entre otros refuerzos cortos; mientras que la investigación para polímeros reforzados con fibra continúa impresos en 3D se encuentra en una etapa joven de desarrollo. En el presente informe se investiga la vida a la fatiga en flexión para un material compuesto de Onyx reforzado con fibra continua de vidrio impreso en una impresora Marktwo de Markforged. Esta investigación aborda el estudio sobre el efecto en la vida a la fatiga en flexión al aplicar un tratamiento térmico de 175°C por 6 horas a un compuesto de Onyx reforzado con fibra continua de vidrio impreso en una impresora Markforged. También se analiza el efecto del tratamiento térmico en los vacíos y porosidades del compuesto. Para estudiar la vida a la fatiga en flexión, se utiliza la flexión con 3 puntos de apoyo. Se define una geometría con relación de espesor- distancia de apoyos de 16:1. Primero, se realizan ensayos de flexión cuasi estática a una velocidad de 2 [mm/min], para determinar la carga máxima monotónica del material, con el fin de poder definir los límites de los niveles de carga. Para los ensayos de fatiga, se define una razón de amplitud R de 0.1. Se ensayan 5 especímenes por nivel de carga y la velocidad del cabezal es de 20 [mm/s]. El análisis de los datos para obtener la vida a la fatiga se realiza mediante la distribución Weibull de dos parámetros. Se analizan las porosidades de los especímenes de ambos grupos mediante micrografías, obteniéndose una reducción del 40,68% en los vacíos para el grupo con tratamiento térmico. Esta reducción en las porosidades va acompañada con un aumento del 70% en el esfuerzo máximo promedio y un 40% de la rigidez en el ensayo de flexión cuasi-estática. Esta mejora se relaciona directamente con la reducción de los vacíos, debido a que se genera una interfaz fibra-fibra y fibramatriz más fuerte, también la cristalización del nylon producto del aumento de la temperatura contribuye al mejoramiento de las propiedades mecánicas. Con respecto a la vida a la fatiga en flexión, se observa una reducción en todos los niveles de carga para el grupo con tratamiento térmico. Esta reducción se atribuye a la degradación sufrida por la matriz debido a las altas temperaturas. Evidenciándose en la ruptura de la matriz en todas las fallas durante los ensayos de fatiga.