http://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/50580 Maestría en Ciencia e Ingeniería de Materiales 2026-04-07T23:38:15Z http://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/66371 Title: Optimización de propiedades eléctricas y mecánicas en composites Epoxi-Grafito Expandido Authors: Santana Villamar, Jordy Anderson; Rigail Cedeño, Andrés Francisco, Director Description: Este trabajo aborda la optimización del proceso de síntesis y fabricación de compuestos epoxi-grafito expandido, con el objetivo de mejorar sus propiedades eléctricas y mecánicas para aplicaciones en dispositivos de almacenamiento y generación de energía, como las celdas de combustible de hidrógeno. Se plantea el desafío de equilibrar las propiedades eléctricas y mecánicas de los compuestos epoxi-grafito expandido, considerando la normativa del Departamento de Energía de los EE. UU., que establece una resistencia a la flexión > 25 MPa y una conductividad eléctrica > 100 S/cm. Se optimizó la preparación del grafito expandido a partir del grafito intercalado comercial 1395 de Asbury Carbon, tamizado en tres fracciones de tamaño: < 200 μm, > 200 μm y 200-300 μm. La morfología y composición elemental del grafito expandido fue evaluada mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) y espectroscopía de energía dispersiva (EDS), encontrándose que las partículas > 200 μm y 200-300 μm poseen un alto contenido de carbono y un bajo porcentaje de oxígeno residual, lo que las hace ideales como relleno conductivo. Se estudió el curado de la resina epóxica 635 thin de U.S. Composites a distintos tiempos de curado y postcurado (10, 20, 30 y 120 minutos). Se estableció una temperatura de curado de 80 °C y un postcurado a 100 °C. Las transiciones térmicas fueron evaluadas a través de la temperatura de transición vítrea (Tg) mediante calorimetría diferencial de barrido (DSC) y análisis termogravimétrico (TGA) para determinar la degradación en peso de las muestras. En la fabricación y caracterización de los compuestos epoxi-grafito expandido, se prepararon 12 probetas con diferentes proporciones de grafito expandido (40 %, 50 % y 60 %) mediante prensado en caliente a 80 °C durante 2 horas, seguido de un postcurado de 1 hora a 100 °C bajo una presión de 4500 psi. Se logró una resistencia a la flexión de 22 MPa para la composición con 60 wt% de grafito expandido, superando estudios previos. No obstante, la formación de una red percolativa con partículas de 200-300 μm presentó dificultades, resultando en conductividades eléctricas de 3 S/cm, por debajo del estándar requerido. Adicionalmente, se exploró la incorporación de un relleno secundario compuesto por fibras de carbono molidas, recubiertas con una solución de sizing epóxico al 1 wt%. La adición del 7% de este relleno mejoró la compatibilidad entre la resina y el grafito, permitiendo incrementar la resistencia a la flexión en un 36%. En general, los resultados demostraron que las partículas de grafito expandido en el rango de 200-300 μm no favorecieron la percolación dentro de la matriz epoxi, lo que limitó la conductividad del material. Por otro lado, el aumento del tiempo de curado permitió mejorar el entrecruzamiento de la matriz polimérica, lo que se reflejó en un incremento de la resistencia mecánica. 2025-06-13T00:00:00Z http://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/66369 Title: Síntesis, caracterización y predicción de propiedades mecánicas de materiales compuestos de alcohol polivinílico reforzados con microcelulosa Authors: Massay Aldaz, Carolina del Carmen; Baykara, Haci, Director Description: El presente trabajo investigativo se enfoca en la síntesis de materiales compuestos de alcohol de polivinilo reforzados con microcelulosa y en su caracterización usando las técnicas de difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido, microscopía óptica, espectrometría infrarroja por transformada de Fourier y análisis termogravimétrico integrado con calorimetría diferencial de barrido. Así como también se centra en la implementación de dos algoritmos de inteligencia artificial: aprendizaje automático de regresión y de redes neuronales convolucionales para predecir la resistencia a la tensión en materiales poliméricos compuesto empleando la plataforma online de Google Colab y el software de programación Python. Se desarrolló exitosamente microcelulosa a partir de fibras de coco y películas de material compuesto reforzado con la microcelulosa obtenida usando el método de evaporación del solvente asistido con sonicación. Una potencial aplicación para los materiales compuestos desarrollos puede estar relacionado con el embalaje biodegradable para reducir el impacto ambiental que se genera con la producción de plásticos convencionales y de un solo uso. Con los resultados del ensayo de tensión se concluyó que el material compuesto que posee la mayor resistencia a la tensión es el reforzado con 3% de microcelulosa con un valor de 18.74 MPa y una desviación estándar de 3.19. Sin embargo, la resistencia a la tensión de los materiales compuestos no sobrepasa la del alcohol de polivinilo puro, lo cual puede haber ocurrido debido a la dispersión no homogénea de la celulosa en la matriz. Se determinó que el modelo de árboles extremadamente aleatorizados optimizado mediante el método bayesiano con un coeficiente de determinación de 0.8492 para la etapa de entrenamiento y 0.7921 para la etapa de prueba, predice los resultados de resistencia a la tensión con más precisión en comparación con los modelos de árboles de decisión y aumento de gradiente extremo. También, se comprobó que las redes neuronales convolucionales predicen satisfactoriamente (Hit5 = 76.69 y Hit10 = 93.61) los resultados de resistencia a la tensión de materiales compuestos polimérica usando imágenes de microscopía óptica y microscopía electrónica de barrido. 2025-06-13T00:00:00Z