Modelització de la contribució del formigó traccionat entre fissures en estructures reforçades amb armadures de materials compostos amb matriu polimèrica (FRP).

El present treball s’emmarca dins el camp de les estructures de formigó, i mésconcretament, a les que es troben reforçades amb armadures de materials compostos amb matriu polimèrica, és a dir FRP “Fiber Reinforced Polymer”

Caracterització de la fibra Henequén per ser utilitzada com a reforç en materials compostos

La generació massiva de residus plàstics constitueix actualment un gravíssim problemamediambiental. Una de les estratègies desenvolupades per pal•liar-lo consisteix en el reciclatge delsresidus plàstics i la seva posterior utilització en diferents aplicacions en sectors com la construcció.La incorporació de reforços en el material reciclat millora les seves propietats mecàniques. Unpossible reforç són les fibres d'origen vegetal o biofibres, que, a més de millorar tècnicament elproducte, presenten avantatges econòmics i ambientals. Les biofibres són un bon competidor contrales fibres reforçants tradicionals com la fibra de vidre ja que presenten un baix cost, baixa densitat i,per tant, bones propietats específiques, menys equip de processament, alta suavitat,biodegradabilitat i són ecològicament sostenibles, ja que es produeixen a partir de recursos naturals.En aquest treball es fan servir fibres provinents de la pinya de Henequén. Aquestes fibres són unsubproducte del procés per a l’obtenció del licor de Henequén i es volen fer servir com a reforç enmaterials compostos.Ja s’han fet estudis sobre la fibra de Henequén que creix a Mèxic. Aquest projecte s’emmarca dinsuna col•laboració entre la Universitat de Girona i la Universitat Cubana de Holguin, per tal d’estudiarla fibra de Henequén que creix a Cuba

L'ús de materials compostos en el reforç intern d'estructures de formigó

L’ús de materials compostos de matriu polimèrica (FRP, Fibre Reinforced Polymer) en el reforç intern d'estructures de formigó

Thermoplastic Starch-based Composites Reinforced with Rape Fibers: Water Uptake and Thermomechanical Properties

Fully biodegradable composite materials were obtained through reinforcement of a commercially available thermoplastic starch (TPS) matrix with rapeseed fibers (RSF). The influence of reinforcement content on the water sorption capacity, as well as thermal and thermo-mechanical properties of composites were evaluated. Even though the hydrophilic character of natural fibers tends to favor the absorption of water, results demonstrated that the incorporation of RSF did not have a significant effect on the water uptake of the composites. DSC experiments showed that fibers restricted the mobility of the starch macromolecules from the TPS matrix, hence reducing their capacity to crystallize. The viscoelastic behaviour of TPS was also affected, and reinforced materials presented lower viscous deformation and recovery capacity. In addition, the elasticity of materials was considerably diminished when increasing fiber content, as evidenced in the TMA and DMTA measurements

High-Performance-Tensile-Strength Alpha-Grass Reinforced Starch-Based Fully Biodegradable Composites

Though there has been a great deal of work concerning the development of natural fibers in reinforced starch-based composites, there is still more to be done. In general, cellulose fibers have lower strength than glass fibers; however, their specific strength is not far from that of fiberglass. In this work, alpha-fibers were obtained from alpha-grass through a mild cooking process. The fibers were used to reinforce a starch-based biopolymer. Composites including 5 to 35% (w/w) alpha-grass fibers in their formulation were prepared, tested, and subsequently compared with those of wood- and fiberglass-reinforced polypropylene (PP). The term “high-performance” refers to the tensile strength of the studied composites and is mainly due to a good interphase, a good dispersion of the fibers inside the matrix, and a good aspect ratio. The tensile strength of the composites showed a linear evolution for fiber contents up to 35% (w/w). The strain at break of the composites decreased with the fiber content and showed the stiffening effects of the reinforcement. The prepared composites showed high mechanical properties, even approaching those of glass fiber reinforced composites

Parametric analysis of different compact tension specimens for fracture toughness characterisation in woven composite materials

Estudi elaborat a partir d’una estada a l’ Imperial College London, entre juliol i novembre de 2006. En aquest treball s’ha investigat la geometria més apropiada per a la caracterització de la tenacitat a fractura intralaminar de materials compòsits laminats amb teixit. L’objectiu és assegurar la propagació de l’esquerda sense que la proveta falli abans per cap altre mecanisme de dany per tal de permetre la caracterització experimental de la tenacitat a fractura intralaminar de materials compòsits laminats amb teixit. Amb aquesta fi, s’ha dut a terme l’anàlisi paramètrica de diferents tipus de provetes mitjançant el mètode dels elements finits (FE) combinat amb la virtual crack closure technique (VCCT). Les geometries de les provetes analitzades corresponen a la proveta de l’assaig compact tension (CT) i diferents variacions com la extended compact tension (ECT), la proveta widened compact tension (WCT), tapered compact tension (TCT) i doubly-tapered compact tension (2TCT). Com a resultat d’aquestes anàlisis s’han derivat diferents conclusions per obtenir la geometria de proveta més apropiada per a la caracterització de la tenacitat a fractura intralaminar de materials compòsits laminats amb teixit. A més, també s’han dut a terme una sèrie d’assaigs experimentals per tal de validar els resultats de les anàlisis paramètriques. La concordança trobada entre els resultats numèrics i experimentals és bona tot i la presència d’efectes no previstos durant els assaigs experimentals.

Autoclau pel processament de materials compòsits

Disseny d’un autoclau pel processat de materials compòsits, seguint les especificacions de disseny següents: Diàmetre interior útil: 1500mm, Longitud interior útil 3500mm, Pressió de treball: 12 bars, Temperatura de treball: 250º. A més a més, el sistema ha de disposar en el seu interior de connexions per fer el buit i s’ha d’assegurar l’homogeneïtat tèrmica recirculant l’aire durant el procés

An Interface Damage Model for the Simulation of Delamination Under Variable-Mode Ratio in Composite Materials

A thermodynamically consistent damage model for the simulation of progressive delamination under variable mode ratio is presented. The model is formulated in the context of the Damage Mechanics. The constitutive equation that results from the definition of the free energy as a function of a damage variable is used to model the initiation and propagation of delamination. A new delamination initiation criterion is developed to assure that the formulation can account for changes in the loading mode in a thermodynamically consistent way. The formulation proposed accounts for crack closure effets avoiding interfacial penetration of two adjacent layers aftercomplete decohesion. The model is implemented in a finite element formulation. The numerical predictions given by the model are compared with experimental results

Desarrollo de materiales sólidos para captura de CO2 a bajas temperaturas

Una vez comprobado el problema medioambiental existente en nuestro planeta en cuanto a emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) y con el objetivo de reducir dichas emisiones, se están desarrollando nuevos métodos y materiales sintéticos para la captura de CO2, entre otros. Este proyecto pretende estudiar una tecnología de captura de CO2, centrándose en el estudio postcombustión basado en materiales sólidos compuestos por sílice impregnados del grupo amino. El método experimental utilizado ha consistido en realizar las síntesis por duplicado de tres materiales diferentes basados en un soporte de sílices impregnadas con aminas diferentes: 3‐aminopropiltrimetoxisilano (APTMS), N‐3‐(trimetoxisil)propil)etano‐1,2‐ diamina) (AEAPTMS) y Polietilenimina (PEI). Estos materiales han sido caracterizados mediante las técnicas experimentales: Análisis de área superficial BET, pH, Análisis Termogravimétrico, Análisis Elemental y Microscopia Electrónica de Barrido (MEB). El estudio para evaluar la captura de CO2, se ha realizado mediante la Balanza de Suspensión Magnética en condiciones de presión atmosférica y bajas temperaturas (45‐105ºC). Con un 10 vol. % CO2 en N2 a 45ºC para la absorción CO2 y a 105ºC para la desorción. La capacidad de captura de CO2 para los materiales estudiados se sitúa entorno a un 3%, que difiere considerablemente de los estudios publicados en la bibliografía. En contrapartida el comportamiento de los materiales sometidos al proceso de captura de CO2 es constante, ya que perdura a lo largo de los ciclos, y reversible debido a la práctica totalidad de absorción y desorción de masa en este proceso.

Anàlisi paramètrica de l'assaig a compressió d'un panell de material compost rigiditzat amb tres nervis

L’objectiu d’aquest treball és desenvolupar una metodologia per realitzar l’anàlisiparamètrica de l’assaig de compressió d’un panell de material compost rigiditzat ambtres nervis. En primer lloc és necessari desenvolupar un sistema automatitzat per generar i avaluar el conjunt de parametritzacions. A continuació, s’estudiaran quines variables d’estat són les més adequades per representar el vinclament local, la flexió global, la càrrega crítica de desestabilització i l’índex de fallada en l’anàlisi paramètrica. La modelització amb el mètode dels elements finits serveix per simular l’assaig a compressió del panell. La simulació es realitza mitjançant un càlcul no lineal, per estudiar la desestabilització i els fenòmens no lineals que pateix el panell. L’estudi es complementa amb una anàlisi modal i una anàlisi lineal

Instrumentació i anàlisi de dades d'assaigs de bigues de formigó armades amb barres de FRP

Estudi experimental del comportament de bigues de formigó armades amb barres de materials compostos de matriu polimèrica (FRP)

Management of corn stalk waste as reinforcement for polypropylene injection moulded composites

The main objective of this study was the management of corn stalk waste as reinforcement for polypropylene (PP) injection moulded composites as an alternative to wood flour and fibers. In the first step, corn stalk waste was subjected to various treatments, and four different corn stalk derivatives (flour and fibers) able to be used as reinforcement of composite materials were prepared and characterized. These derivatives are corn stalk flour, thermo-mechanical, semi-chemical, and chemical fibers. They were characterized in terms of their yield, lignin content, Kappa number, fiber length/diameter ratio, fines, coarseness, viscosity, and the length at the break of a standard sheet of paper. Results showed that the corn stalk derivatives have different physico-chemical properties. In the second step, the prepared flour and fibers were explored as a reinforcing element for PP composites. Coupled and non-coupled PP composites were prepared and tested for tensile properties. For overall trend, with the addition of a coupling agent, tensile properties of composites significantly improved, as compared with non-coupled samples. In addition, a morphological study revealed the positive effect of the coupling agent on the interfacial bonding. The composites prepared with semichemical fiber gave better results in comparison with the rest of the corn stalk derivatives due to its chemical characteristics

Mean intrinsic tensile properties of stone groundwood fibers from softwood

Stone groundwood (SGW) is a fibrous matter commonly prepared in a high yield process, and mainly used for papermaking applications. In this work, the use of SGW fibers is explored as reinforcing element of polypropylene (PP) composites. Due to its chemical and superficial features, the use of coupling agents is needed for a good adhesion and stress transfer across the fiber-matrix interface. The intrinsic strength of the reinforcement is a key parameter to predict the mechanical properties of the composite and to perform an interface analysis. The main objective of the present work was the determination of the intrinsic tensile strength of stone groundwood fibers. Coupled and non-coupled PP composites from stone groundwood fibers were prepared. The influence of the surface morphology and the quality at interface on the final properties of the composite was analyzed and compared to that of fiberglass PP composites. The intrinsic tensile properties of stone groundwood fibers, as well as the fiber orientation factor and the interfacial shear strength of the current composites were determined

Stone-ground wood pulp-reinforced polypropylene composites: water uptake and thermal properties

Two of the drawbacks of using natural-based composites in industrial applications are thermal instability and water uptake capacity. In this work, mechanical wood pulp was used to reinforce polypropylene at a level of 20 to 50 wt. %. Composites were mixed by means of a Brabender internal mixer for both non-coupled and coupled formulations. Differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA) were used to determine the thermal properties of the composites. The water uptake behavior was evaluated by immersion of the composites in water until an equilibrium state was reached. Results of water absorption tests revealed that the amount of water absorption was clearly dependent upon the fiber content. The coupled composites showed lower water absorption compared to the uncoupled composites. The incorporation of mechanical wood pulp into the polypropylene matrix produced a clear nucleating effect by increasing the crystallinity degree of the polymer and also increasing the temperature of polymer degradation. The maximum degradation temperature for stone ground wood pulp–reinforced composites was in the range of 330 to 345 ºC