Relación de volumen de fibra
La relación de volumen de fibra es un elemento matemático importante en la ingeniería de compuestos . La relación de volumen de fibra , o fracción de volumen de fibra , es el porcentaje de volumen de fibra en el volumen total de un material compuesto reforzado con fibra . [1]Cuando se fabrican compuestos poliméricos, las fibras se impregnan con resina. La relación entre la cantidad de resina y la fibra se calcula mediante la organización geométrica de las fibras, lo que afecta la cantidad de resina que puede entrar en el compuesto. La impregnación alrededor de las fibras depende en gran medida de la orientación de las fibras y de la arquitectura de las fibras. El análisis geométrico del compuesto se puede ver en la sección transversal del compuesto. A menudo se forman vacíos en una estructura compuesta a lo largo del proceso de fabricación y deben calcularse en la fracción de volumen total de fibra del compuesto. La fracción de refuerzo de fibra es muy importante para determinar las propiedades mecánicas generales de un material compuesto. Una fracción de volumen de fibra más alta típicamente da como resultado mejores propiedades mecánicas del material compuesto. [2]
Calcular la proporción de volumen de fibra en un material compuesto es relativamente simple. La fracción volumétrica de fibras se puede calcular mediante una combinación de pesos, densidades, módulos elásticos, tensiones en las direcciones respectivas, proporciones de veneno y volúmenes de la matriz (sistema de resina), fibras y huecos.
Este procedimiento implica la digestión de la matriz polimérica utilizando un ácido que no ataca las fibras. Después de la digestión, las fibras restantes se lavan, se secan y se pesan. Conociendo el peso inicial del espécimen compuesto así como las densidades de la fibra y la resina, se puede determinar la fracción de volumen tanto de la fibra como de la matriz en el laminado original. Este método se utiliza generalmente para materiales compuestos compuestos por refuerzo de fibra de carbono. [4]
Las técnicas basadas en microscopía óptica implican el encapsulado de muestras seccionadas del laminado, pulidas mediante técnicas metalográficas estándar y la obtención de fotomicrografías transversales digitales mediante un microscopio óptico y aumentos entre 100 y 2500. [5] Las imágenes digitales se pueden registrar en varios lugares. a lo largo ya través del espesor del laminado. Los programas informáticos ayudan en el análisis de la proporción de fibras en la microfotografía de la muestra compuesta pulida. Este método se prefiere como un enfoque no destructivo para determinar la fracción de volumen de fibra. [4]
Este método consiste en calentar el material compuesto a una temperatura en la que la resina se derrita y las fibras permanezcan estables, quemar la resina y pesar las fibras. La fracción de volumen se puede calcular a partir del peso inicial del material compuesto y el peso de la fibra. [6] Este método se usa típicamente con fibras de vidrio. [7]