1 Escuela Politécnica Nacional Facultad de Ingeniería Mecánica Departamento de Materiales Materiales Compuestos Semestre 2021-A Profa. Patricia I. Pontón, Ph.D. e-mail: patricia.ponton@epn.edu.ec Contenido 1. Tipos de materiales de ingeniería 2. Definición y clasificación de materiales compuestos 3. Materiales compuestos reforzados con fibras y con partículas 4. Fibras y sus propiedades 5. Matrices y sus propiedades 6. Interacción fibra-matriz 7. Materiales compuestos laminares 8. Micromecánica (propiedades mecánicas y térmicas) 2 Contenido 9. Procesos de fabricación 10. Mecanismos de falla 11. Nanocompuestos 12. Métodos de caracterización 3 Evaluación 4 Evaluación 5 Bibliografía 6 • Callister, D.G. Rethwisch, MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING: AN INTRODUCTION, 9th edition, John Wiley & Sons, 2014. • Smith, William, F., Hashemi, J., “FUNDAMENTOS DE LA CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES”; McGraw Hill, 4th Edition; Barcelona; 2007 • Parameswaranpillai, J.; Hameed, N.; Kurian, T.; Yu, Y., Nanocomposite Materials: Synthesis, properties and Applications, Taylor & Francis Group, USA, 2017. • Gibson, R., Principles of Composite Material Mechanics, 4ta edición, Taylor & Francis Group, USA, 2015. • Friedrich, K.; Fakirov, S.; Zhang, Z., Polymer Composites from Nano to Macro- Scale, Springer, New York, 2005. Bienvenidos 7 8 Introducción: ¿Cómo estructurar un proyecto o trabajo de titulación? Parte 1 1. Partes de un trabajo de titulación • Resumen • Introducción • Objetivos 1. Marco teórico (revisión bibliográfica) 2. Metodología 3. Resultados y discusión 4. Conclusiones y recomendaciones 5. Bibliografía Anexos 9 2. Definición de objetivos • Planteamiento del problema: • Ejemplo-problema: La resina epóxica presenta un alto CET, lo cual constituye un problema cuando está en contacto con sustratos metálicos y cerámicos (aplicaciones en microelectrónica y recubrimientos). 10 2. Definición de objetivos • Planteamiento del problema • Ejemplo-solución Preparar compuestos con partículas que posean un bajo CET para reducir la expansión de la matriz epóxica sin degradar sus propiedades mecánicas. • Objetivo general Preparar compuestos de matriz epóxica reforzados con partículas de Al2W3O12 y caracterizarlos a través de ensayos térmicos y mecánicos. 11 2. Definición de objetivos • El objetivo general debe estar relacionado con el título del proyecto: Título: “Preparación de materiales compuestos de matriz epóxica reforzados con partículas de tungstato de aluminio y su caracterización térmica y mecánica” 12 2. Definición de objetivos 13 • Objetivos específicos: Indican los pasos que se deben seguir para alcanzar el objetivo general: • Objetivos específicos 1. Establecer las condiciones de procesamiento de la matriz epóxica y de los compuestos para la obtención de probetas libres de defectos. • Objetivo general Preparar compuestos de matriz epóxica reforzados con partículas de Al2W3O12 y caracterizarlos a través de ensayos térmicos y mecánicos. 2. Preparar probetas de matriz epóxica reforzadas con diferentes porcentajes en masa de Al2W3O12. 3. Caracterizar térmica y mecánicamente la matriz epóxica y los materiales compuestos para establecer el efecto de la adición de las partículas de Al2W3O12 en las propiedades de la resina epóxica. 4. Comparar los valores del coeficiente de expansión térmica (CET) de los materiales compuestos obtenidos experimentalmente con aquellos predichos por modelos micromecánicos. 2. Definición de objetivos 14 Título: “Preparación de materiales compuestos de matriz epóxica reforzados con partículas de tungstato de aluminio y su caracterización térmica y mecánica” • Objetivo general: Preparar compuestos de matriz epóxica reforzados con partículas de Al2W3O12 y caracterizarlos a través de ensayos térmicos y mecánicos. • Objetivos específicos: Establecer las condiciones de procesamiento de la matriz epóxica y de los compuestos para la obtención de probetas libres de defectos. Preparar probetas de matriz epóxica reforzadas con diferentes porcentajes en masa de Al2W3O12. Caracterizar térmica y mecánicamente la matriz epóxica y los materiales compuestos para establecer el efecto de la adición de las partículas de Al2W3O12 en las propiedades de la resina epóxica. Comparar los valores del coeficiente de expansión térmica (CET) de los materiales compuestos obtenidos experimentalmente con aquellos predichos por modelos micromecánicos. Partes de un trabajo de titulación • Resumen • Introducción* • Objetivos 1. Marco teórico (revisión bibliográfica) 2. Metodología 3. Resultados y discusión 4. Conclusiones y recomendaciones 5. Bibliografía Anexos 15 3. Introducción • Describe básicamente el planteamiento del problema, lo contextualiza, y presenta la solución. Importante: “El proyecto” surge para solucionar el problema. En la introducción se pueden colocar algunas citaciones. 16 Partes de un trabajo de titulación • Resumen • Introducción • Objetivos 1. Marco teórico (revisión bibliográfica) 2. Metodología * 3. Resultados y discusión 4. Conclusiones y recomendaciones 5. Bibliografía Anexos 17 4. Metodología 18 • Llamada también “Materiales y Métodos”. • Es la parte más sencilla de ser escrita, y se recomienda empezar por esta, y no por la escritura del Marco teórico. • En esta sección se describen los materiales, equipos, procedimientos de fabricación, condiciones de ensayos. 4. Metodología En general se divide en: • Materiales • Métodos (son los mismos que los objetivos específicos) Establecimiento de condiciones óptimas de procesamiento de la resina epóxica. Preparación de probetas de compuestos reforzadas con distintos porcentajes de carga. Caracterización térmica y mecánica de la matriz y los materiales compuestos Caracterización térmica Caracterización mecánica 19 Partes de un trabajo de titulación • Resumen • Introducción • Objetivos 1. Marco teórico (revisión bibliográfica) 2. Metodología 3. Resultados y discusión* 4. Conclusiones y recomendaciones 5. Bibliografía Anexos 20 5. Resultados y discusión 21 • En esta sección se presentan los resultados obtenidos a través de figuras o tablas. • Debe contener los mismos apartados que la parte de metodología (objetivos específicos). Establecimiento de condiciones óptimas de procesamiento de la resina epóxica. Preparación de probetas de compuestos reforzadas con distintos porcentajes de carga. Caracterización térmica y mecánica de la matriz y los materiales compuestos Caracterización térmica Caracterización mecánica Modelos de micromecánica 5. Resultados y discusión • Se recomienda que esta sección incluya tanto resultados como sus respectivas discusiones. • En la discusión no basta indicar si se logró un incremento o reducción de una determinada propiedad, también es importante comparar los resultados obtenidos en algún punto con los de otros trabajos realizados entorno al tema de estudio. • Para ello, es importante discutir los resultados con base en la construcción del “estado del arte”. 22 Partes de un trabajo de titulación • Resumen • Introducción • Objetivos 1. Marco teórico (revisión bibliográfica)* 2. Metodología 3. Resultados y discusión 4. Conclusiones y recomendaciones 5. Bibliografía Anexos 23 6. Marco teórico • El “estado del arte” debe estar en el marco teórico. Este muestra los trabajos que otros autores han realizado en el área de estudios. • El marco teórico debe proporcionar al lector el “background” que necesita para entender los resultados, además de describir el “estado del arte”. • El “estado del arte” puede presentarse como un estudio de casos al final del marco teórico. 24 Partes de un trabajo de titulación • Resumen • Introducción • Objetivos 1. Marco teórico (revisión bibliográfica) 2. Metodología 3. Resultados y discusión 4. Conclusiones y recomendaciones* 5. Bibliografía Anexos 25 7. Conclusiones y recomendaciones • Conclusiones: Son las respuestas a los objetivos específicos. • Recomendaciones: Son sugerencias para alguien que desee continuar con el trabajo. Generalmente consideran aspectos que por cuestión de tiempo o limitaciones de recursos, no pudieron ser abarcados a profundidad en el estudio. 26 Partes de un trabajo de titulación • Resumen* • Introducción • Objetivos 1. Marco teórico (revisión bibliográfica) 2. Metodología 3. Resultados y discusión 4. Conclusiones y recomendaciones 5. Bibliografía Anexos 27 8. Resumen • No debe superar las 300 palabras. • En el resumen se describe el objetivo del trabajo y su importancia, la metodología y los resultados más relevantes. No se incluyen las recomendaciones. • El resumen va acompañado de palabras clave (keywords). 28 Partes de un trabajo de titulación • Resumen • Introducción • Objetivos 1. Marco teórico (revisión bibliográfica) 2. Metodología 3. Resultados y discusión 4. Conclusiones y recomendaciones 5. Bibliografía* Anexos 29 9. Bibliografía • Llamada también “referencias bibliográficas”. • Se deben utilizar formatos específicos. • Normas APA (American Psychological Association). • Evitar usar referencias de páginas de internet (dudosa procedencia). 30 Partes de un trabajo de titulación • Resumen • Introducción • Objetivos 1. Marco teórico (revisión bibliográfica) 2. Metodología 3. Resultados y discusión 4. Conclusiones y recomendaciones 5. Bibliografía Anexos* 31 10. Anexos 32 • En esta sección se colocan documentos (hojas técnicas, planos, ecuaciones, figuras), que no son de gran relevancia como para ser presentados en las partes principales del trabajo. • Sin embargo, son importantes para proporcionar todos los datos y recursos que el lector necesitará para entender el trabajo. Errores típicos de escritura • No escribir en modo “impersonal”. • La metodología debe ser escrita en pasado. El ensayo se lo realizó…El ensayo fue realizado. • Repetir una palabra varias veces en el mismo párrafo. • Concordancia gramatical: Se realizó varios ensayos mecánicos. (correcto: realizaron) • La frase correcta es “con base en” y no “con base a”. 33 34 Introducción: ¿Cómo estructurar un proyecto o trabajo de titulación? Parte 2 35 Herramientas de ayuda: Citas y bibliografía 36 Mendeley Zotero “Gestores” de referencias bibliográficas EndNote Bibliotecas de archivos BitText 1. Introducción • Terminología: Citar: acción de colocar una referencia bibliográfica en un texto. La referencia aparece como un número, o con el nombre de uno o varios autores y el año, según su estilo). Citas 37 1. Introducción • Terminología Referencias bibliográficas (bibliografía): conjunto de documentos que fueron citados en un texto que contienen las siguientes informaciones: Nombre de los autores, año, título del trabajo, etc. 38 2. Tipos de documentos • Libros 39 2. Tipos de documentos • Libros El ISBN (International Standard Book Number en inglés, «Número Estándar Internacional de Libros» o «Número Internacional Normalizado del Libro» en español es un identificador único para libros, previsto para uso comercial. 40 2. Tipos de documentos • Normas ASTM ASTM: American Society for Testing and Materials, es una organización de normas internacionales que desarrolla y publica acuerdos voluntarios de normas técnicas para una amplia gama de materiales, productos, sistemas y servicios. 41 2. Tipos de documentos • Artículos científicos (papers) Doi: digital object identifier en inglés, identificador de objeto digital en español. Permite identificar artículos electrónicos de una revista o un capítulo de un libro electrónico, sin importar su URL. 42 2. Tipos de documentos • Proyectos de titulación (tesis) 43 2. Tipos de documentos • Páginas web 44 3. Mendeley • Es un gestor bibliográfico que combina una versión web con una versión de escritorio. • Incorpora funcionalidades que permiten compartir las referencias bibliográficas con contactos y navegar por los contenidos subidos por otros usuarios. • Mendeley dispone de una versión gratuita y otras versiones pagadas con mayores funcionalidades. 45 3. Mendeley 46 • ¿Cuál es la utilidad de Mendeley en mi carrera? Mendeley permite tener en una nube electrónica libros, artículos, normas internacionales, etc. Mendeley tiene un plugin en Microsoft Word, que permite citar una referencia bibliográfica de manera rápida, en el estilo de citación “citation style” necesario (Normas APA, IEEE, revistas científicas). Permite insertar referencias “bibliografía” de manera rápida y sencilla. 4. Acceso a Mendeley • Para poder usar Mendeley es necesario acceder a su página web y crear una cuenta. • La dirección de acceso es: http://www.mendeley.com 47 4. Acceso a Mendeley • El siguiente paso es crear una cuenta “create a new account” y llenar el formulario correspondiente. 48 4. Acceso a Mendeley • Datos necesarios para crear la cuenta: 49 4. Acceso a Mendeley • Una vez creada la cuenta es posible descargar la aplicación para instalarla en el computador. 50 4. Acceso a Mendeley • De esta forma, estará disponible la versión local (Mendeley desktop) y la versión web. Versión desktop 51 4. Acceso a Mendeley • De esta forma, estará disponible la versión local (Mendeley desktop) y la versión web. Versión online 52 5. Características de Mendeley 53 • Mendeley extrae automáticamente los datos y también las referencias de los artículos desde archivos PDF. • Permite realizar búsquedas de texto en la biblioteca de archivos PDF. • Dispone de un visor propio de documentos PDF, en el que es posible subrayar el documento y hacer anotaciones para compartir con colegas. • Tiene integración con editores de texto como Microsoft Word. 5. Características de Mendeley • Permite crear grupos para compartir documentos y etiquetas con colegas. • Posibilita ver estadísticas de los documentos, autores y publicaciones. • Permite crear un perfil profesional de investigador para compartir publicaciones. 54 6. Búsqueda de información científica • Plataformas de búsqueda de información científica Researchgate Google scholar Scopus Para descargar libros gratuitos: http://gen.lib.rus.ec/ Para descargar artículos gratuitos: https://sci-hub.st/ 55
