Unfried, JimyÁvila Díaz, César Iván2024-08-212035-08-212024-08-212024-08-16https://repositorio.unicordoba.edu.co/handle/ucordoba/8587El 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.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.Lista de tablasLista de figurasResumenAbstractCapítulo 1. Descripción del trabajo de investigación1.1 Introducción1.2 Objetivos1.2.1 Objetivo General1.2.2 Objetivos específicos1.3 Revisión de literatura1.3.1 Materiales compuestos1.3.2 Fibras naturales como fase de refuerzo en la impresión 3D1.3.3 Método de Impresión 3D por el método de impregnación in situ (FFF)1.3.4 Compatibilidad Fibra/Matriz1.3.5 Técnicas de caracterización1.4 Estado del arteCapítulo 2. Diseño experimental2.1 Hipótesis2.2 Diseño experimental2.2.1 Universo2.2.2 Variables2.2.3 Recolección de datos2.2.4 Limitaciones y supuestosCapítulo 3. Materiales y métodos3.1 Materia prima y herramientas3.1.1 Obtención de la fibra de mesocarpio de Coco3.1.2 Filamento para generar la matriz termoplástica3.1.3 Recubrimiento de Resina epóxica flexible3.1.4 Análisis morfológico de las fibras, la matriz y el material compuesto3.1.5 Análisis Termogravimétrico y calorimetría diferencial de barrido3.1.6 Análisis por espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier3.2 Generación de hilo continuo de mesocarpio de coco3.2.1 Clasificación de fibras3.2.2 Pretratamiento de fibras3.2.3 Secado de Fibras3.2.4 Elaboración de hilo continuo3.2.5 Análisis de adhesión interfacial por pruebas Pull – Out3.2.6 Fabricación por trenzado de fibras de mesocarpio de coco3.2.7 Recubrimiento de fibras trenzadas3.2.8 Análisis de resistencia a tensión de fibras trenzadas3.2.9 Ensayo de mojabilidad por gota Sésil3.3 Adecuación de la técnica de fabricación de filamento fundido (FFF) y generación de material compuesto3.3.1 Impresora 3D de doble cabezal de extrusión3.3.2 Esquema de impresión y realización del Código-G para el control de la pieza de impresión3.3.3 Diseño de la ruta de impresión3.3.4 Optimización de parámetros de impresión3.3.5 Modificación de la secuencia de deposición3.3.6 Fabricación de material compuesto y configuración de parámetros3.3.7 Cálculo de la fracción volumétrica del refuerzo en el compuesto3.4 Caracterización del material compuesto3.4.1 Influencia de uso de pestañas en el ensayo de tensión de materiales compuestos3.4.2 Ensayos de tensión y flexión en materiales compuestosCapítulo 4. Resultados y discusión4.1 Desarrollo de hilo continuo de mesocarpio de coco4.1.1 Extracción de fibras4.1.2 Formación de hilo continuo de mesocarpio de coco4.1.3 Caracterización morfológica de las fibras4.1.4 Análisis del recubrimiento con resina epóxica flexible4.1.5 Análisis de adherencias por pruebas Pull – out4.1.6 Efecto de la velocidad de enrollado en las propiedades a tracción de fibras trenzadas y el Angulo de torsión4.1.7 Análisis de la mojabilidad por el método de gota sésil4.2 Adecuación de parámetros de impresión4.2.1 Análisis termogravimétrico (TGA)4.2.2 Efecto de parámetros del proceso de impresión en la generación de defectos microestructurales4.2.3 Análisis de defectos en el material compuesto4.2.4 Modificación de deposición de impresión4.3 Impresión de material compuesto4.3.1 Calidad de deposición de material termoplástico impregnado en las fibras de mesocarpio de coco4.3.2 Impresión de probetas de tensión y flexión4.3.3 Análisis del uso de aletas o TABS en las probetas de tensión4.3.4 Determinación del contenido de fibra en las probetas de material compuesto4.3.5 Análisis por espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR)4.4 Análisis de propiedades4.4.1 Análisis del ensayo tensión de los materiales compuestos4.4.2 Análisis de los ensayos de flexión en materiales compuestos4.4.3 Efecto del tratamiento químico y el contenido de fibra sobre la resistencia a tensión del material compuesto4.4.4 Efecto del tratamiento químico y el contenido de fibra sobre la resistencia a flexión del material compuestoCapítulo 5. Conclusiones6. Referencias bibliográficasapplication/pdfspaTrabajo de grado - MaestríaAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)info:eu-repo/semantics/embargoedAccessFabricación de filamento fundido (FFF) con impregnación in-situFibras de mesocarpio de cocoRefuerzo continuo de mesocarpio de cocoAdhesión interfacialPropiedades mecánicasFused filament fabrication (FFF) with in-situ impregnationCoconut mesocarp fibresContinuous coconut mesocarp reinforcementInterfacial adhesionMechanical propertiesUniversidad de CórdobaRepositorio Universidad de Córdobahttps://repositorio.unicordoba.edu.co/http://purl.org/coar/access_right/c_f1cf