Design of fique based sandwich panels

Abstract

This research investigates the development and optimization of sustainable composite panels reinforced with fique fibers within a polymeric matrix, specifically targeting structural applications in airport baggage transport. Traditional materials like plywood and particle board commonly used in such applications are limited in durability and resistance, especially under high-load conditions and exposure to moisture. This study seeks to address these limitations by designing and testing fique fiber-reinforced polymer (FRP) composites with a polyester veil core. The optimization process involved applying Classical Lamination Theory to predict the mechanical behavior of these panels and conducting Finite Element Analysis (FEA) through Abaqus software to simulate their response under varying load conditions. Experimental testing was carried out to evaluate the flexural and impact performance of the composite panels, as well as their environmental resilience. Testing methodologies were developed according to ASTM standards to accurately gauge flexural strength, impact resistance, and long-term durability. The results demonstrated that the optimized fique-FRP composites exhibited superior flexural stiffness and impact resistance compared to traditional wood-based materials, suggesting a significant improvement in material performance. Additionally, a cost analysis was performed, highlighting the economic benefits of utilizing natural fibers, which reduces material costs and supports the transition to more sustainable production practices in the composite materials industry. This thesis contributes to advancing natural fiber composite technology by demonstrating that fique-based FRP panels are not only economically viable but also offer environmental benefits, making them a promising alternative for industrial applications. The study underscores the potential of natural fiber reinforcements in achieving durable, lightweight, and cost-effective solutions, particularly in the development of eco-friendly structural materials. (Tomado de la fuente)

Esta investigación aborda el desarrollo y la optimización de paneles compuestos sostenibles reforzados con fibras de fique dentro de una matriz polimérica, orientados específicamente a aplicaciones estructurales en el transporte de equipaje aeroportuario. Los materiales tradicionales, como la madera contrachapada y el aglomerado, comúnmente utilizados en estas aplicaciones, presentan limitaciones en durabilidad y resistencia, especialmente bajo condiciones de alta carga y exposición a la humedad. Este estudio busca superar dichas limitaciones mediante el diseño y ensayo de compuestos poliméricos reforzados con fibras de fique (FRP), con un núcleo de velo de poliéster.

El proceso de optimización incluyó la aplicación de la Teoría Clásica de Laminados para predecir el comportamiento mecánico de estos paneles y la realización de un Análisis por Elementos Finitos (FEA) en el software Abaqus para simular su respuesta bajo diferentes condiciones de carga.

Se llevaron a cabo ensayos experimentales para evaluar el desempeño a flexión e impacto de los paneles compuestos, así como su resistencia ambiental. Las metodologías de ensayo se desarrollaron conforme a normas ASTM para medir con precisión la resistencia a la flexión, la resistencia al impacto y la durabilidad a largo plazo. Los resultados demostraron que los compuestos optimizados de fique-FRP presentaron una rigidez a la flexión y una resistencia al impacto superiores en comparación con los materiales tradicionales a base de madera, lo que sugiere una mejora significativa en el rendimiento del material.

Adicionalmente, se realizó un análisis de costos que destacó los beneficios económicos de utilizar fibras naturales, ya que reduce los costos de materiales y respalda la transición hacia prácticas de producción más sostenibles en la industria de los materiales compuestos.

Esta tesis contribuye al avance de la tecnología de compuestos de fibras naturales al demostrar que los paneles de FRP a base de fique no solo son económicamente viables, sino que también ofrecen beneficios ambientales, posicionándolos como una alternativa prometedora para aplicaciones industriales. El estudio resalta el potencial de los refuerzos de fibras naturales para lograr soluciones duraderas, livianas y rentables, en particular en el desarrollo de materiales estructurales ecológicos.