M4 Mecanismos de Tenacificación (Toughening)

Tópico

Durante la propagación de una grieta a través de este compuesto fibroso, existen dos mecanismos de disipación de energía que son exclusivos de este tipo de material y que no existen en una matriz sin refuerzo: el arranque de fibra y el puenteo de fibra. Que ambos mecanismos dependan de la presencia de fibras dentro de la matriz hace que ninguno de los dos pueda ocurrir en un material que no esté reforzado con ellas. Desarrollamos primero el arranque de fibra.

El arranque de fibra ocurre cuando, a medida que la grieta avanza a través de la matriz, deja fibras que ya se separaron de ella pero que siguen embebidas en su propio hueco: a medida que las caras de la grieta se siguen separando, esas fibras se extraen de su hueco, y la fricción entre la superficie de la fibra y la matriz que la rodea, mientras se extrae, disipa energía. Que esta fricción disipe energía durante la extracción hace que ese arranque de fibra aporte, precisamente, la tenacidad por pull-out del compuesto.

El puenteo de fibra, en cambio, ocurre cuando una fibra queda atravesando la grieta, todavía unida a la matriz a ambos lados de esa grieta, en lugar de haberse separado ya de ella como en el arranque de fibra: mientras la grieta sigue abriéndose, esa fibra sigue sosteniendo carga a través de ella, resistiendo que las dos caras de la grieta se separen más. Que esa fibra siga sosteniendo carga mientras la grieta se abre hace que ese puenteo de fibra también disipe energía, y que aporte, en este caso, la tenacidad por bridging del compuesto.

Que el arranque de fibra y el puenteo de fibra disipen energía por mecanismos distintos, y de manera aproximadamente independiente el uno del otro, hace que la tenacidad por pull-out y la tenacidad por bridging se sumen, de forma aproximada, en la tenacidad total del compuesto. Que esta tenacidad total del compuesto sume las contribuciones de ambos mecanismos hace que exceda ampliamente a la tenacidad que tendría la matriz sola, sin ningún refuerzo fibroso que aportara ni arranque ni puenteo de fibra.

Por eso este modelo, con el arranque de fibra y el puenteo de fibra con los que se abrió, se verifica mediante otro modelo de este conjunto, el que describe el análisis fractográfico de la superficie de fractura. Que ese modelo identifique directamente, sobre esa misma superficie, el arranque de fibra que este modelo describe hace que también pueda reconocer, en las fibras que quedan atravesando la grieta antes de romperse o de terminar de extraerse, la evidencia del puenteo de fibra que este modelo describe.

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