Resumen de Optimización de respuestas múltiples (DOE/MSR) de propiedades mecánicas del material híbrido de matriz epoxi reforzada con fibras sintéticas y natural (CHAMBIRA)
La necesidad de reemplazar materiales comunes, como el acero, aluminio y otras aleaciones en diversas aplicaciones industriales, como la metalmecánica, aeronáutica y de la construcción, requiere el desarrollo de nuevos materiales de buen comportamiento físico y mecánico. Esta investigación propone la optimización del proceso de diseño, caracterización y desarrollo de un compuesto híbrido de matriz epoxi reforzada con fibra natural (chambira) y fibras sintéticas (carbono, kevlar, vidrio). La optimización parte de un diseño experimental (DOE) bajo metodología de superficie de respuesta (MSR), con diseño de Box Behnken (DBB). Por condiciones de moldeo y acabado superficial, el híbrido se constituyó por tres capas. La primera siempre será carbono, kevlar o vidrio. Los factores son la orientación de la primera capa de fibra de chambira (-45°, 0°, 45°), orientación de la segunda capa de fibra de chambira (-45°, 0°, 45°) y la temperatura de curado (60°C, 90°C, 120°C). La caracterización se realizó bajo ASTM D 3039 (tracción), ASTM D 7264 (flexión) y ASTM D 5628 (impacto). Los resultados de los ensayos se tabularon y analizaron en Minitab® Statistical Software (v.21.1). Estadísticamente se comprobaron los supuestos, transformando los datos mediante Box-Cox y verificando la significancia del modelo (ANOVA) para identificar la configuración óptima del compuesto: orientación de capa 1 a 19,55°, orientación de capa 2 a 3,18°, temperatura de curado a 120 °C, capa base fibra carbono y moldeo al vacío por infusión. Los resultados incluyen un esfuerzo máximo a tracción de 118 MPa, módulo de tracción de 22692 MPa, elongación de 2,15 %, esfuerzo máximo a flexión de 71 MPa, módulo de flexión de 12843 MPa, deflexión de 6,44 mm y energía de impacto 3,83 J. Se concluye que la caracterización bajo DOE/MSR permite eliminar la subjetividad del investigador, pues se establecen casos controlados, permitiendo efectuar un análisis potente de las siete propiedades. Además, mediante la función de deseabilidad se cuantificó la variabilidad de estas propiedades en un 91%. Los factores relevantes fueron, la orientación de la segunda capa con 51% (efecto cuadrático), el tipo de fibra sintética con 14%, el tipo de moldeo y el tipo de fibra sintética con 12% (efecto de interacción), la temperatura con 5% (efecto cuadrático) y el tipo de moldeo con 5% de la variabilidad de las propiedades mecánicas. Finalmente, futuras investigaciones podrían trabajar con esta metodología en aplicaciones para diferentes industrias.
