Publicación: Desarrollo de un material compuesto mediante impresión 3D por impregnación in situ con matriz termoplástica y refuerzo continuo de fibra de mesocarpio de coco
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Resumen en español
El uso de fibras naturales provenientes de cultivos agroindustriales han demostrado ser un importante insumo para la generación de materiales compuestos, debido a que presenta propiedades mecánicas superiores a matrices poliméricas comunes. Este estudio desarrolló un material compuesto de matriz de ácido poliláctico (PLA) reforzado con fibra continua del mesocarpio de coco, fabricado mediante impresión 3D por filamento fundido (FFF) con impregnación in-situ. El objetivo fue investigar la influencia del porcentaje de adición de fibra y el tratamiento superficial en las propiedades mecánicas del compuesto. Se implementaron métodos de funcionalización para fabricar hilos continuos de mesocarpio de coco con diferentes fracciones volumétricas y se adaptó la técnica FFF para generar muestras. La metodología incluyó caracterización morfológica y térmica de las fibras, optimización de parámetros de impresión, y análisis de adhesión interfacial fibra-matriz. Se evaluaron propiedades mecánicas a tensión y flexión del compuesto y la matriz pura. Los resultados mostraron que el tratamiento superficial y la fracción volumétrica de las fibras influyen significativamente en las propiedades mecánicas del compuesto. Además, la optimización de los parámetros de impresión mejoró la calidad del material compuesto. Se concluyó que la técnica de FFF con impregnación in-situ es viable para producir materiales compuestos reforzados con fibras naturales, ofreciendo un enfoque prometedor para el desarrollo de materiales sostenibles con mejoras en sus propiedades mecánicas.
Resumen en inglés
The use of natural fibres from agro-industrial crops has proven to be an important input for the generation of composite materials, due to their superior mechanical properties compared to common polymeric matrices. This study developed a polylactic acid (PLA) matrix composite material reinforced with continuous coconut mesocarp fibre, manufactured by fused filament fused fibre (FFF) 3D printing with in-situ impregnation. The objective was to investigate the influence of fibre addition percentage and surface treatment on the mechanical properties of the composite. Functionalisation methods were implemented to manufacture continuous coconut mesocarp yarns with different volume fractions and the FFF technique was adapted to generate samples. The methodology included morphological and thermal characterisation of the fibres, optimisation of printing parameters, and fibre-matrix interfacial adhesion analysis. Tensile and flexural mechanical properties of the composite and the pure matrix were evaluated. The results showed that surface treatment and fibre volume fraction significantly influence the mechanical properties of the composite. Furthermore, optimisation of the printing parameters improved the quality of the composite material. It was concluded that the FFF technique with in-situ impregnation is feasible to produce natural fibre reinforced composites, offering a promising approach for the development of sustainable materials with improved mechanical properties.