Captulo 11

FabricacinMateriales Compuestos

Escuela Superior de Ingenieros UNIVERSIDAD DE NAVARRA

FabricacinObjetivo: calidad microestructural a coste razonablen n n

PMCs, tcnicas maduras MMCs, en desarrollo CMCs, en desarrollo

Materiales Compuestos

Fabricacin PMCs Introduccinn

Objetivos:

buen mojado fibras distribucin uniforme del refuerzo alineamiento correcto Impregnacin de resinas lquidasn n n

n

Rutas para resinas termoestables

Bobinado (filament winding) Pultrusin Moldeo por compresin

Consolidacin bajo presin de pre-pegs Consolidacin de resinas en molde Moldeo por inyeccin Moldeo por compresin en caliente

n

Rutas para resinas termoplsticas

Materiales Compuestos

Fabricacin PMCs IntroduccinPolmero termoplstico Fibras cortas Polmero termoestable Fibras largas

Material

Etapa intermedia

Moldeo

Impregnacin

Tejido, hilado, etc...

Produccin Componente

Moldeo por inyeccin

Moldeo por compresin

Pultrusin

Hilado de filamentos

Inyeccin de resina

Materiales Compuestos

Fabricacin PMCs Impregnacin. Wet lay-up y Spray lay-upn

Fibras impregnadas mediante laminacin o pulverizacin con resinas de baja viscosidad, previamente mezcladas con el endurecedor. El curado se realiza en general a temperatura ambiente. Se emplea un molde.

Wet lay-up (fibras largas) Palas aerogeneradores, barcos, moldes edificacin

Spray lay-up (fibras cortas) Cerramientos, paneles estructurales sometidos a cargas ligeras (caravanas, baeras,)Materiales Compuestos

Fabricacin PMCs Impregnacin. Wet lay-up y Spray lay-upn

Ventajas

n

Inconvenientes

Gran versatilidad, variedad de formas Bajo coste y rapidez en el depsito de matriz y fibras Bajo coste herramientas Operacin sencilla

Los laminados tienden a ser ricos en resina Para conseguir resinas con baja viscosidad es necesario emplear altos niveles de diluyentes (estireno) lo cual empeora las propiedades mecnicas y trmicas Problemas de seguridad laboral por la baja viscosidad de las resinas (legislacin sobre concentracin mxima de estireno en el aire) Vacuum bagging

n

Existe una variante en la cual el curado se hace bajo presin

Materiales Compuestos

Fabricacin PMCs Impregnacin. BobinadoGeometra del refuerzo controlada por el movimiento relativo entre mandril y carro

Mandril o husillo rotativoMov. Radial carro Basculacin Mov. Axial carro Mov. ojo Rotacin husillo

Rodillos Impregnacin Bao de resina

Carro Fibras

Fileta (creel)Materiales Compuestos

Fabricacin PMCs Impregnacin. Bobinado

Materiales Compuestos

Fabricacin PMCs Impregnacin. Bobinadon

Parmetros claveTensin en las fibras Ratio de impregnacin Geometra del bobinado

n

AplicacionesTanques y tuberas para productos qumicos Depsitos

Materiales Compuestos

Fabricacin PMCs Impregnacin. Bobinadon

Ventajas

n

Inconvenientes

Automatizable Rpido Contenido en resina controlable Se elimina elaboracin de preforma de fibras Buenas propiedades mecnicas

Limitado a formas convexas Problemas para controlar algunas geometras del refuerzo (axial, tendencia a seguir la lnea geodsica) Coste del mandril (s/ tamao) Cara externa pobre estticamente (no molde) Generalmente se necesitan resinas de baja viscosidad ? peores propiedades mecnicas y problemas seguridad laboral

Materiales Compuestos

Fabricacin PMCs Impregnacin. Pultrusin

Productos similares extrusin convencional (perfiles)Materiales Compuestos

Fabricacin PMCs Impregnacin. Pultrusinn

Ventajas

n

Inconvenientes

Muy rpido (proceso continuo) Control preciso cantidad de resina Se elimina elaboracin de preforma de fibras Productos de elevada resistencia Zona impregnacin cerrada, limitndose las emisiones de productos voltiles

Limitado a componentes de seccin transversal constante Los costes de calentamiento de las matrices pueden ser elevados

Materiales Compuestos

Fabricacin PMCs Impregnacin. Moldeo por compresin

Resin Transfer Moulding (RTM)n

Aplicaciones:

Componentes automviles Pequeos componentes de aviones Asientos trenes Raquetas tenisMateriales Compuestos

Fabricacin PMCs Impregnacin. Moldeo por compresinn

Ventajas

n

Inconvenientes

Elevadas fracciones volumtricas de fibras con muy baja porosidad Mtodo seguro (resina no expuesta al ambiente) Alta calidad esttica (moldes)

Costes elevados de los moldes y precisin encaje Generalmente limitado el tamao de las piezas fabricadas Pueden aparecer zonas con impregnacin defectuosa

Materiales Compuestos

Fabricacin PMCs Consolidacin bajo presin de pre-pregsn

n n

n

n

Se parte de placas o lminas de fibras pre-impregnadas con resina (curado parcial) La resina est en estado semislido (tipo adhesivo) Se apilan los pre-pregs con distintas orientaciones y se consolidan bajo presin Curado final por calentamiento bajo presin (i.e., autoclave, 1020 atm) Aplicaciones: alas de aviones, F1, esqus, raquetas,

Materiales Compuestos

Fabricacin PMCs Consolidacin bajo presin de pre-pregsn

Ventajas

n

Inconvenientes

Altas fracciones volumtricas de fibras Seguros para la salud Se puede optimizar la resina para mejorar comportamiento mecnico y trmico (incluso resinas viscosas) Potencialmente automatizable

Pre-pregs tejidos caros Generalmente los hornos autoclave son necesarios (caros, operacin lenta, tamao limitado) El utillaje debe resistir las altas temperaturas

Materiales Compuestos

Fabricacin PMCs Consolidacin de resinas en molden

n n n

Variacin tcnica pre-pregs: los productos intermedios son sheet moulding compound (SMC) y dough moulding compound (DMC), basados en resinas polimricas Refuerzos discontinuos Producto final por compresin en caliente Fraccin volumtrica de fibras limitada por viscosidad de la pasta (slurry)Materiales Compuestos

Fabricacin PMCs Consolidacin de resinas en molde. SMCs y DMCs

SMC

DMCMateriales Compuestos

Fabricacin PMCs Moldeo por inyeccin

n n

Para resinas termoplsticas reforzadas con fibras cortas Etapas del proceso:

Introduccin de los grnulos (con fibras 1-5 mm, Vf