Repositorio
Institucional

Onate, Angelo

Progressive stiffening in GFRP composites with low-concentration, non-functionalized SiC microparticles: An experimental-computational approach

SAGE PUBLICATIONS LTD

JOURNAL OF REINFORCED PLASTICS AND COMPOSITES

en

This study investigated the mechanical response of composite materials based on polyester resin and fiberglass, doped with large silicon carbide (SiC) particles (100-250 mu m). The research included bending tests (ASTM D7264), nanoindentation, and multiscale computational homogenization to describe the mechanical behavior across scales. SiC doping was applied at 1.5%, 3%, and 5% by weight, using two fiberglass configurations: continuous laminates and a mixed arrangement of continuous and discontinuous laminates, with 13 fiberglass layers per sample. Scanning electron microscopy (SEM) analyzed porosity and SiC distribution at the interface, while nanoindentation tests examined the matrix, fibers, SiC particles, and their interfaces. Long laminate stacking provided the best mechanical performance due to uniform reinforcement distribution at the fiber/matrix interface. Increasing the SiC content in long laminates improved flexural strength by 17.5% compared to undoped samples. In contrast, mixed laminates exhibited a 41% strength reduction due to SiC particle agglomeration and stress concentrations. Bending curves of SiC-doped samples showed three stiffness zones, attributed to hierarchical mechanical behavior with progressive reinforcement activation. The large SiC particle size and low fraction enhanced deformation capacity below 50 MPa while increasing flexural strength. This balance of strength and deformation represents a novel finding in composite performance.Este estudio investigó la respuesta mecánica de materiales compuestos a base de resina de poliéster y fibra de vidrio, dopados con partículas grandes de carburo de silicio (SiC) (100-250 μm). La investigación incluyó ensayos de flexión (ASTM D7264), nanoindentación y homogeneización computacional multiescala para describir el comportamiento mecánico en diferentes escalas. El dopaje con SiC se aplicó al 1,5 %, 3 % y 5 % en peso, utilizando dos configuraciones de fibra de vidrio: laminados continuos y una disposición mixta de laminados continuos y discontinuos, con 13 capas de fibra de vidrio por muestra. La microscopía electrónica de barrido (SEM) analizó la porosidad y la distribución de SiC en la interfaz, mientras que los ensayos de nanoindentación examinaron la matriz, las fibras, las partículas de SiC y sus interfaces. El apilamiento de laminados largos proporcionó el mejor rendimiento mecánico debido a la distribución uniforme del refuerzo en la interfaz fibra/matriz. El aumento del contenido de SiC en los laminados largos mejoró la resistencia a la flexión en un 17,5 % en comparación con las muestras sin dopar. En contraste, los laminados mixtos mostraron una reducción de resistencia del 41 % debido a la aglomeración de partículas de SiC y a la concentración de tensiones. Las curvas de flexión de las muestras dopadas con SiC presentaron tres zonas de rigidez, atribuidas a un comportamiento mecánico jerárquico con activación progresiva del refuerzo. El gran tamaño de las partículas de SiC y su baja fracción mejoraron la capacidad de deformación por debajo de 50 MPa, al tiempo que incrementaron la resistencia a la flexión. Este equilibrio entre resistencia y deformación representa un hallazgo novedoso en el rendimiento de los materiales compuestos.

artículo original

Composite

flexural test

multiscale homogenization

nanoindentation

SiC doping

10.1177/07316844251360968

pdf

REINFORCED POLYMER COMPOSITES

MECHANICAL-PROPERTIES

REINFORCED POLYMER COMPOSITES

MECHANICAL-PROPERTIES

Compuestos (Laminados, Plásticos Reforzados, Fibras Sintéticas y Naturales)

Ingeniería de los Materiales

Mecánica Aplicada

versión publicada

hibrida

verde

metadato

metadato

WOS:001530971200001

Progressive stiffening in GFRP composites with low-concentration, non-functionalized SiC microparticles: An experimental-computational approach

artículo original

SAGE PUBLICATIONS LTD

JOURNAL OF REINFORCED PLASTICS AND COMPOSITES

Materials Science, Composites

Polymer Science

en

0731-6844

pdf