Caracterización de la Interfase de Nanocompuestos de Polímero y Su Impacto en las Propiedades Mecánicas

Se investigó la estructura de la interfase, una región entre los rellenos de nanopartículas y la matriz de polímero a granel en un compuesto reforzado con partículas, utilizando dos enfoques diferentes. Los sistemas de nanocompuestos de polímero consisten en nanopartículas de alúmina (Al2O3) y magnetita (Fe3O4) incrustadas en matrices de polimetilmetacrilato (PMMA) y poliestireno (PS). El primer enfoque utilizó datos de análisis termogravimétrico (TGA) y microscopía electrónica de transmisión (TEM) para predecir la estructura y la densidad de la interfase para cuatro sistemas de nanocompuestos. En el segundo enfoque, se analizó la naturaleza del enlace entre el polímero y las superficies de las nanopartículas utilizando espectroscopía de infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR) para calcular la densidad de la interfase para dos sistemas de nanocompuestos basados en PMMA. Se correlacionaron las propiedades mecánicas de estos compuestos con la estructura de la interfaz, y los resultados de los dos enfoques se compararon con estudios previos. Además, al comparar los resultados de los dos enfoques de caracterización, también se proporciona un nuevo método para caracterizar el grado de floculación de nanopartículas en un compuesto. Los resultados indican que las nanopartículas de Al2O3 son más reactivas con la matriz de polímero que las nanopartículas de Fe3O4, pero ninguna tiene interacciones fuertes con la matriz, un hecho que conduce a una interfase de baja densidad y, en consecuencia, resulta en compuestos más dúctiles. Las pruebas de tracción, el análisis mecánico dinámico (DMA) y las pruebas de nanoindentación confirmaron que estos sistemas de nanocompuestos no tienen las mismas propiedades mecánicas que sus respectivos sistemas de polímero puro.