Estudio del comportamiento mecánico de un material compuesto de matriz polimérica RPET (tereftalato de polietileno reciclado) modificado con refuerzo de grafeno

Spa: La contaminación por materiales plásticos es un problema que se ha venido trabajando de diferentes formas, implementando sistemas, cómo reducir, reutilizar y reciclar, pero aún no se ha establecido un mecanismo y/o proceso que permita incorporar los envases post-consumo de bebidas como mater...

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Main Author:	Rojas Moreno, Omar Franklin
Other Authors:	Pazos Zarama, Mery Carolina
Format:	Trabajo de grado - Maestría
Language:	spa
Published:	Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia 2021
Subjects:	Envases PET Ingeniería sostenible Medio ambiente Materiales compuestos termoplásticos Grafeno - Aplicaciones Industriales Compuestos aromáticos policíclicos Maestría en Metalurgia y Ciencia de los Materiales - Tesis y disertaciones académicas
Online Access:	http://repositorio.uptc.edu.co/handle/001/3700

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Una parte fundamental de este estudio se basa en el reciclado de botellas de agua mineral, fabricadas a partir de PET (Tereftalato de polietileno, por sus siglas en inglés), El PET está hecho de petróleo crudo, gas y aire. Un kilo de PET está compuesto por 64% de petróleo, 23% de derivados líquidos del gas natural y 13% de aire. Este polímetro al ser recuperado pierde propiedades mecánicas causadas por el proceso de termo-formado, razón por la cual no puede ser utilizado para fabricación de piezas que requieran ser sometidas a esfuerzos. Actualmente, alrededor del 75% del RPET (PET reciclado) es recuperado para ser utilizado como fibra de alfombras, ropa polar, cuerdas y algunos accesorios. En este proyecto se presenta como alternativa combinarlo con grafeno, cristal derivado del carbono que muestra altas propiedades mecánicas y que por tener los átomos dispuestos en un plano de forma hexagonal y alta porosidad, permite mezclarlo con el RPET de una forma más sencilla que otros materiales, que también puedan presentar buenas propiedades mecánicas. Para poder mezclarlo con el grafeno, los envases plásticos son sometidos a un proceso de reducción (pulverizado) hasta obtener tamaños de material incluso de 75 µm. Para termoformar el RPET y grafeno se construye una máquina extrusora mono husillo, que permite utilizar la cámara como herramienta de homogeneización del compuesto en porcentajes de 1%, 3% y 5% en peso de grafeno, proceso mecánico llevado en frío. A continuación se funden las probetas de los diferentes sistemas para realizarles los ensayos mecánicos. Al analizar los resultados obtenidos se constató un incremento en las propiedades mecánicas del compuesto; se observó que el refuerzo tiene un efecto significativo en la absorción de energía. Otro aspecto a resaltar fue la disminución de la resistencia a la tensión eléctrica, aduciendo una dispersión homogénea del grafeno dentro de la matriz de RPET. Maestría Magister en Metalurgia y Ciencia de los Materiales 2021-08-30T19:01:27Z 2021-08-30T19:01:27Z 2019 Trabajo de grado - Maestría http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc info:eu-repo/semantics/masterThesis info:eu-repo/semantics/publishedVersion Text https://purl.org/redcol/resource_type/TM http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85 Rojas Moreno, O. F. (2019). Estudio del comportamiento mecánico de un material compuesto de matriz polimérica RPET (tereftalato de polietileno reciclado) modificado con refuerzo de grafeno. (Tesis de maestría)- Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja. http://repositorio.uptc.edu.co/handle/001/3700 http://repositorio.uptc.edu.co/handle/001/3700 spa I. S. Duarte, A. A. Tavares, P. S. Lima, D. L. A. C. S. Andrade, L. H. Carvalho, E. L. Canedo, et al., "Chain extension of virgin and recycled poly(ethylene terephthalate): Effect of processing conditions and reprocessing," Polymer Degradation and Stability, vol. 124, pp. 26-34, 2016/02/01/ 2016 B. Brüster, F. Addiego, F. Hassouna, D. Ruch, J. M. Raquez, and P. Dubois, "Thermomechanical degradation of plasticized poly(lactide) after multiple reprocessing to simulate recycling: Multi-scale analysis and underlying mechanisms," Polymer Degradation and Stability, vol. 131, pp. 132-144, 2016/09/01/ 2016. T. Negoro, W. Thodsaratpreeyakul, Y. Takada, S. Thumsorn, H. Inoya, and H. Hamada, "Role of Crystallinity on Moisture Absorption and Mechanical Performance of Recycled PET Compounds," Energy Procedia, vol. 89, pp. 323-327, 2016/06/01/ 2016. H. Zhang, W. Guo, Y. Yu, B. Li, and C. Wu, "Structure and properties of compatibilized recycled poly(ethylene terephthalate)/linear low density polyethylene blends," European Polymer Journal, vol. 43, pp. 3662-3670, 2007/08/01/ 2007. R. Merijs Meri, J. Zicans, R. Maksimovs, T. Ivanova, M. Kalnins, R. Berzina, et al., "Elasticity and long-term behavior of recycled polyethylene terephthalate (rPET)/montmorillonite (MMT) composites," Composite Structures, vol. 111, pp. 453-458, 2014/05/01/ 2014. S. Mallakpour and V. Behranvand, "Recycled PET/MWCNT-ZnO quantum dot nanocomposites: Adsorption of Cd(II) ion, morphology, thermal and electrical conductivity properties," Chemical Engineering Journal, vol. 313, pp. 873-881, 2017/04/01/ 2017. X. Ji, Y. Xu, W. Zhang, L. Cui, and J. Liu, "Review of funD. Kawakami, B. S. Hsiao, S. Ran, C. Burger, B. Fu, I. Sics, et al., "Structural formation of amorphous poly(ethylene terephthalate) during uniaxial deformation above glass temperature," Polymer, vol. 45, pp. 905-918, 2004/02/01/ 2004.ctionalization, structure and properties of graphene/polymer composite fibers," Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, vol. 87, pp. 29-45, 8// 2016. D. Wang, Q. Liu, Y. Wang, M. Li, K. Liu, J. Chen, et al., "3 - Reinforcement of Polyethylene Terephthalate via Addition of Carbon-Based Materials A2 - Visakh, P.M," in Poly(Ethylene Terephthalate) Based Blends, Composites and Nanocomposites, M. Liang, Ed., ed Oxford: William Andrew Publishing, 2015, pp. 41-64. Y. Yang, M. Niu, J. Li, B. Xue, and J. Dai, "Preparation of carbon microspheres coated magnesium hydroxide and its application in polyethylene terephthalate as flame retardant," Polymer Degradation and Stability, vol. 134, pp. 1-9, 12// 2016. K. Ravindranath and R. A. Mashelkar, "Polyethylene terephthalate—I. Chemistry, thermodynamics and transport properties," Chemical Engineering Science, vol. 41, pp. 2197-2214, 1986/01/01/ 1986 G. M. Barrera, J. B. H. Zaragoza, T. L. Lara, and C. M. Campos, Materiales sustentables y reciclados en la construcción: OmniaScience, 2015. J. NEWELL, Ciencia de materiales - aplicaciones en ingeniería: Alfaomega Grupo Editor. [14] F. Awaja and D. Pavel, "Recycling of PET," European Polymer Journal, vol. 41, pp. 1453- 1477, 2005/07/01/ 2005 X. E. Castells and L. J. de Gracia, Los plásticos residuales y sus posibilidades de valoración: Reciclaje de residuos industriales: Editorial Díaz de Santos, S.A., 2012. J. C. Meyer, A. K. Geim, M. I. Katsnelson, K. S. Novoselov, T. J. Booth, and S. Roth, "The structure of suspended graphene sheets," Nature, vol. 446, p. 60, 03/01/online 2007. M. P. Groover, C. M. de la Peña Gómez, and M. Á. M. Sarmiento, Fundamentos de manufactura moderna: materiales, procesos y sistemas: Pearson Educación, 1997 F. P. Beer and E. R. Johnston, Mecánica de materiales: McGraw Hill/Interamericana Editores, 2013. J. F. Shackelford, A. G. Gordo, and N. M. Piris, Introducción a la ciencia de materiales para ingenieros: Pearson Educación, 2010 W. F. Smith and J. Hashemi, Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales: McGraw-Hill, 2006 Y. Wang, J. Gao, Y. Ma, and U. S. Agarwal, "Study on mechanical properties, thermal stability and crystallization behavior of PET/MMT nanocomposites," Composites Part B: Engineering, vol. 37, pp. 399-407, 2006/01/01/ 2006. D. R. Askeland and P. P. Phulé, Ciencia e ingeniería de los materiales: Thomson, 2004. L. M. C. FILIU and P. B. MILLA, Electricidad y automatismos eléctricos: Paraninfo, 2005. A. S. f. Testing and Materials, Standard Test Methods for Electrical Conductivity and Resistivity of Water: American Society for Testing and Materials, 2009. J. F. Shackelford, Introducción a la ciencia de materiales para ingenieros: Pearson Educación, 2005. D. J. Griffiths, Introduction to Electrodynamics: Cambridge University Press, 2017. D. Hull, T. W. Clyne, D. R. Clarke, I. M. Ward, and S. Suresh, An Introduction to Composite Materials: Cambridge University Press, 1996. L. C. Martínez, J. C. D. R. Romero, and J. R. Montes, Procesos industriales para materiales no metálicos: (2ª Edición): Vision Net, 2010. D. Hull, Materiales compuestos: Editorial Reverte, 1987. S. OO., "Estudio de la Fractura de mezclas de policarbonato con acrilonitrilo-butadienoestireno," Universidad Politecnica de Catalunya, 1997. G. H. Michler and J. U. Starke, "Investigations of Micromechanical and Failure Mechanisms of Toughened Thermoplastics by Electron Microscopy," in Toughened Plastics II. vol. 252, ed: American Chemical Society, 1996, pp. 251-277. P. D. y. B. JW, "Polymer Blends: Introductory Overview and Future Developments," Polymer Compatibility and Incompatibility, Principles and Practices, vol. 2, pp. 1-23, 1982. A. Zehe and A. Thomas, Tecnología epitaxial de silicio: Books on Demand, 2001 C. Müller-Karger, S. Wong, and A. L. Cruz, IV Latin American Congress on Biomedical Engineering 2007, Bioengineering Solutions for Latin America Health, September 24th28th, 2007, Margarita Island, Venezuela: IV Congreso Latinoamericano de Ingeniería Biomédica, CLAIB 2007 Soluciones de Bioingeniería para la salud en Latina, 24 al 28 Septiembre de 2007, Isla de Margarita, Venezuela: Springer Berlin Heidelberg, 2007. L. Cabedo, J. M. Lagarón, and C. S. d. I. Científicas, Nuevos Retos en Materiales Poliméricos: Publicacions de la Universitat Jaume I, 2008. M. Bhushan and M. B. Ketchen, Microelectronic Test Structures for CMOS Technology: Springer New York, 2011. e. A.S.f.T., "ASTM D-638 Standard test method for tensile properties of plastics," Materials.Phyladelphia, USA, 2002 2002. A. E. d. N. y. Certificación, UNE-EN ISO 868: plásticos y ebonita : determinación de la dureza de indentación por medio de un durómetro (dureza Shore) : (ISO 868:2003): AENOR, 2003 J. Brzeziński, "Blow molding handbook. Edited by Donald V. Rosato and Dominick V. Rosato, Carl Hanser Verlag, Munich, 1989. pp. i + 1010, price £l13.30. ISBN 3-446-15071- 4," Polymer International, vol. 24, pp. 60-60, 1991. D.-M. Fann, S. K. Huang, and J.-Y. Lee, "DSC studies on the crystallization characteristics of poly(ethylene terephthalate) for blow molding applications," Polymer Engineering & Science, vol. 38, pp. 265-273, 1998 A. E. d. N. y. Certificación, UNE-EN ISO 11357-1: plásticos : calorimetría diferencial de barrido (DSC). Parte 1, Principios generales : (ISO 11357-1:1997): AENOR, 1997 M. S. Dresselhaus, A. Jorio, M. Hofmann, G. Dresselhaus, and R. Saito, "Perspectives on Carbon Nanotubes and Graphene Raman Spectroscopy," Nano Letters, vol. 10, pp. 751- 758, 2010/03/10 2010. E. d. Corro García, V. García Baonza, M. Taravillo Corrado, and C. e-libro. (2011). Respuesta mecánica del grafito bajo condiciones extremas. M. J. Matthews, M. A. Pimenta, G. Dresselhaus, M. S. Dresselhaus, and M. Endo, "Origin of dispersive effects of the Raman D band in carbon materials," Physical Review B, vol. 59, pp. R6585-R6588, 03/01/ 1999 L. Malard, M. Pimenta, G. Dresselhaus, and M. Dresselhaus, "Raman spectroscopy in graphene," Physics reports, vol. 473, pp. 51-87, 2009 N. Everall, P. Tayler, J. Chalmers, D. MacKerron, R. Ferwerda, and J. Van der Maas, "Study of density and orientation in poly (ethylene terephthalate) using Fourier transform Raman spectroscopy and multivariate data analysis," Polymer, vol. 35, pp. 3184-3192, 1994. A. Melveger, "Laser‐raman study of crystallinity changes in poly (ethylene terephthalate)," Journal of Polymer Science Part A‐2: Polymer Physics, vol. 10, pp. 317-322, 1972. J. Štokr, B. Schneider, D. Doskočilová, J. Lövy, and P. Sedláček, "Conformational structure of poly (ethylene terephthalate). Infra-red, Raman and nmr spectra," Polymer, vol. 23, pp. 714-721, 1982. K. Zakharchenko, M. Katsnelson, and A. Fasolino, "Finite temperature lattice properties of graphene beyond the quasiharmonic approximation," Physical review letters, vol. 102, p. 046808, 2009. S. R. Ahmad, R. J. Young, and I. A. Kinloch, "Raman spectra and mechanical properties of graphene/polypropylene nanocomposites," International Journal of Chemical Engineering and Applications, vol. 6, p. 1, 2015. L. Bokobza, J.-L. Bruneel, and M. Couzi, "Raman spectra of carbon-based materials (from graphite to carbon black) and of some silicone composites," C, vol. 1, pp. 77-94, 2015. M. Puca Pacheco, E. Tacuri Calanchi, A. Pantoja Cadillo, M. G. Neira Velázquez, and G. Canché Escamilla, "Síntesis de nanocompuestos poliméricos con grafeno y su caracterización mecánica," Revista de la Sociedad Química del Perú, vol. 83, pp. 65-77, 2017 M. Aliofkhazraei, N. Ali, W. I. Milne, C. S. Ozkan, S. Mitura, and J. L. Gervasoni, Graphene Science Handbook: Applications and Industrialization: CRC Press, 2016. B. Zhou, X. Ji, Y. Sheng, L. Wang, and Z. Jiang, "Mechanical and thermal properties of polyether ether ketone reinforced with CaCO3," European Polymer Journal, vol. 40, pp. 2357- 2363, 2004/10/01/ 2004. A. L. F. de Moura Giraldi, R. C. de Jesus, and L. H. I. Mei, "The influence of extrusion variables on the interfacial adhesion and mechanical properties of recycled PET composites," Journal of Materials Processing Technology, vol. 162-163, pp. 90-95, 2005/05/15/ 2005. W. C. J. Zuiderduin, C. Westzaan, J. Huétink, and R. J. Gaymans, "Toughening of polypropylene with calcium carbonate particles," Polymer, vol. 44, pp. 261-275, 2003/01/01/ 2003. W. Hufenbach, F. M. Ibraim, A. Langkamp, R. Böhm, and A. Hornig, "Charpy impact tests on composite structures – An experimental and numerical investigation," Composites Science and Technology, vol. 68, pp. 2391-2400, 2008/09/01/ 2008. M. P. Manahan, R. B. Stonesifer, Y. Soong, and J. M. Burger, "Miniaturized Notch Test Specimen and Test Machine Design," T. A. Siewert and A. K. Schmieder, Eds., ed West Conshohocken, PA: ASTM International, 1995, pp. 39-69. S. S. Pesetskii, B. Jurkowski, and V. N. Koval, "Polycarbonate/polyalkylene terephthalate blends: Interphase interactions and impact strength," Journal of Applied Polymer Science, vol. 84, pp. 1277-1285, 2002. A. L. F. de M. Giraldi, J. R. Bartoli, J. I. Velasco, and L. H. I. Mei, "Glass fibre recycled poly(ethylene terephthalate) composites: mechanical and thermal properties," Polymer Testing, vol. 24, pp. 507-512, 2005/06/01/ 2005. Copyright (c) 2019 Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/ info:eu-repo/semantics/openAccess http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 1 recurso en línea ( 92 páginas) : ilustraciones, tablas, figuras. application/pdf application/pdf application/pdf Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Facultad Ingeniería Tunja Maestría en Metalurgia y Ciencias de los Materiales
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