Tratamientos superficiales de nanofibras de carbono para su incorporación en materiales compuestos avanzados

Resumen

Título: Tratamientos superficiales de nanofibras de carbono para su incorporación en materiales compuestos avanzados. Directores de Tesis: Dr. Fausto Rubio Alonso, Prof. José Luis Oteo Mazo En las últimas décadas se ha experimentado un interés creciente por los materiales con refuerzo nanométrico, ya que debido a las dimensiones del refuerzo, se puede reforzar un material con una cantidad de carga muy pequeña. Entre los refuerzos nanométricos más interesantes se encuentran los nanotubos y nanofibras de carbono (NTCs y NFCs respectivamente). Estos materiales (NTCs y NFCs), constituidos fundamentalmente por capas de grafeno, presentan extraordinarias propiedades, entre las que cabe destacar las mecánicas, eléctricas o térmicas. Además, dichos materiales presentan una densidad muy baja, de manera que algunas de sus propiedades específicas se encuentran a la cabeza entre todos los materiales conocidos. Así, el empleo de NTCs o NFCs como refuerzo de materiales compuestos de todo tipo de matrices es una aplicación realmente prometedora, como demuestra el enorme interés científico y tecnológico mostrado en los últimos años. En este sentido, aunque las propiedades de las NFCs son inferiores a las que presentan generalmente los NTCs, su precio es mucho más bajo, debido a que la producción de NFC se ha podido llevar a escala industrial. Este es el motivo de que la NFC represente una gran apuesta de futuro para el refuerzo de materiales compuestos con una elevada relación calidad/precio. No obstante, numerosos estudios llevados a cabo han demostrado que hay varios aspectos clave que deben ser tenidos en cuenta al reforzar un material con NFC o NTC. El objetivo se esta tesis es el estudio de dos tipos de tratamientos superficiales sobre NFC y analizar su influencia en las propiedades de los materiales compuestos correspondientes con ellos obtenidos. El primer tratamiento se basa en el proceso de organofilización llevado a cabo mediante agentes de acoplamiento de tipo silano. Estos agentes de acoplamiento presentan en su estructura un grupo no hidrolizable con una funcionalidad característica que permita el enlace covalente con una matriz polimérica. En esta tesis se estudia y analiza la incorporación sobre la superficie de NFC de dos agentes de acoplamiento de tipo silano (vinil-silano o metacriloxi-silano) adecuados para interaccionar con matrices de tipo poliéster insaturado o viniléster. El análisis se centra en conocer la cantidad de silano incorporado a las NFCs así como su orientación en la superficie de éstas para que pueda interaccionar con la matriz polimérica correspondiente. Finalmente, se preparan los materiales compuestos correspondientes y se estudia la dispersión de la NFC en la matriz y las propiedades mecánicas de los materiales compuestos nanorreforzados, analizando la influencia de cada silano en dichas propiedades. El segundo tipo de tratamiento superficial a llevar a cabo consiste en recubrir la superficie de la NFC con una capa de sílice que proteja la estructura grafítica (planos de grafeno) de la NFC frente a la oxidación a elevada temperatura. Este tipo de recubrimiento tiene el objetivo de permitir la incorporación de la NFC como refuerzo en matrices cerámicas o vítreas, las cuales requieren altas temperaturas de procesado. En este sentido, se estudiarán los parámetros clave en la obtención de este recubrimiento mediante el proceso sol-gel y se prepararán y evaluarán los materiales compuestos de matriz vítrea correspondientes en función de los recubrimientos realizados. Todos los estudios y análisis realizados se llevarán a cabo utilizando técnicas tales como espectroscopía Raman e FTIR-ATR, microscopía electrónica de transmisión y barrido, análisis térmico y análisis superficial, junto a las medidas de resistencia mecánica y térmica de los materiales compuestos desarrollados.