Caracterización de resina tipo epoxi en entornos radiactivos utilizada para la fabricación de CFRP (polímeros reforzados con fibra de carbono).

Abstract

Se investigó el efecto de la radiación en las propiedades químicas, térmicas y mecánicas, del diglicidil éter de bisfenol A (DGEBA) endurecido con polieteramina (D-230). Se realizó una serie de irradiaciones con rayos gamma a dosis de: 0.1 MGy, 1 MGy, 5 MGy, 10 MGy (primera plancha de resina), 0.5 MGy y 2 MGy (segunda plancha de resina), además de una irradiación con neutrones rápidos en probetas fabricadas con la segunda plancha a 0.1 MGy. El material se evaluó a través de espectroscopía por transformada de Fourier (FTIR), calorimetría diferencial por barrido (DSC), análisis termogravimétrico (TGA), ensayos de tracción y microscopía de barrido (SEM). En general, se observó que, con el aumento de la dosis absorbida, después de 0.1 MGy, hay aumento de la intensidad de los picos de carbonilos (1710- 1770 cm-1) y amidas (1650 cm- 1) en los espectros de FTIR; un desplazamiento de transición vítrea (Tg) hacia temperaturas más bajas; una disminución de la tensión y la deformación a rotura y un aumento del módulo de Young, observable también desde 0.1 MGy. En las muestras fabricadas con la primera plancha, después de 1 MGy, se observó un desplazamiento de la temperatura de degradación inicial (IDT) hacia temperaturas más bajas, aunque desde esta dosis, también se observó que hay procesos de degradación que empiezan antes de los 300° C. En particular, las probetas fabricadas con la segunda plancha muestran un comportamiento mecánico más plástico que las fabricadas con la primera plancha, con el desarrollo de un máximo de tensión que aumenta con el incremento de la dosis absorbida, lo que conduce a que los resultados de los ensayos mecánicos entre planchas, no sean complementarios, ni comparables. Esta diferencia de comportamiento mecánico entre planchas, también se observó en la morfología de fractura de las probetas, a través de la diferencia de proporción de zonas asociadas con diferente modo de propagación de fisuras, liso con rápido (rígido) y rugoso con lento (plástico), pero además se observan los cambios que induce la radiación en ésta, al cambiar la proporción de las zonas cuando este material es irradiado con gamma y con neutrones a una misma dosis (0.1 MGy), que inducen un modo de falla más rápido y más lento respectivamente. Los cambios observados se explican a través de una competencia entre la escisión y la reticulación de las cadenas, teniendo en cuenta que, a partir de estos procesos, otros efectos como la auto- anti-plastificación pueden tener lugar dentro de la resina, y que el predominio de la escisión puede ser tan severo, como se observó a partir de 5 MGy, donde, el material sufre una importante degradación de sus propiedades mecánicas que dificultan su aplicación a dosis mayores a éstas.

The effect of radiation on the chemical, thermal and mechanical properties of diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) hardened with polyetheramine (D-230) was investigated. A series of irradiations with gamma rays was carried out at doses of: 0.1 MGy, 1 MGy, 5 MGy, 10 MGy (first resin plate), 0.5 MGy and 2 MGy (second resin plate), in addition to irradiation with fast neutrons in specimens manufactured with the second plate at 0.1 MGy. The material was evaluated through Fourier transform spectroscopy (FTIR), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), tensile tests and scanning microscopy (SEM). In general, it was observed that, with the increase in the absorbed dose, after 0.1 MGy, there is an increase in the intensity of the peaks of carbonyls (1710-1770 cm-1) and amides (1650 cm-1) in the FTIR spectra; a glass transition (Tg) shift towards lower temperatures; a decrease in stress and strain at break and an increase in Young's modulus, also observable at 0.1 MGy. In the samples manufactured with the first plate, after 1 MGy, a displacement of the initial degradation temperature (IDT) towards lower temperatures was observed, although, from this dose, it was also observed that there are degradation processes that start before the 300° C. In particular, the specimens manufactured with the second plate show a more plastic mechanical behavior than those manufactured with the first plate, with the development of a maximum stress that increases with the increase in the absorbed dose, which leads to the results of the mechanical tests between plates are not complementary or comparable. This difference in mechanical behavior between plates was also observed in the fracture morphology of the specimens, through the difference in the proportion of zones associated with different crack propagation modes, smooth with fast (rigid) and rough with slow (plastic), but also the changes that radiation induces in it are observed, by changing the proportion of the zones when this material is irradiated with gamma and neutrons at the same dose (0.1 MGy), which induce a faster failure mode and slower respectively. The observed changes are explained through a competition between chain scission and cross-linking, taking into account that, from these processes, other effects such as self-anti-plasticization can take place within the resin, and that the predominance of scission can be so severe, as was observed from 5 MGy, where the material suffers a significant degradation of its mechanical properties that make it difficult to apply at doses higher than these.