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Proceso de formado de materiales con matriz polimerica

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Miguel Garcia

on 5 October 2012

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Transcript of Proceso de formado de materiales con matriz polimerica

Shaping Processes of Polymer Matrix Materials Procesos de formado de materiales con matriz polimérica Materias primas ¿Qué significa? Open Mold Processes Molde abierto Molde cerrado Bobinado de hilos Pultrusión Otros procesos Filament Winding Pultrusion Processes Starting Materials Un material compuesto es aquel que es constituido por uno o más componentes con el fin de obtener propiedades superiores a la de estos por separado. Compuesto = Refuerzo (P. Mecánicas)
+ Matriz (P. Térmicas) Las propiedades depende de:
Orientación de las fibras
Contenido de refuerzo
Método de producción Hand Lay-Up Aplicación manual Moldes que se abren y cierran durante cada ciclo del proceso Acabado superficial
Productividad
Control de tolerancias
Formas complejas Ventajas y Desventajas Elevado costo de moldes
Elevado costo de las herramientas Procesos Moldeo por compresión
Moldeo por transferencia
moldeo por inyección Moldeo por compresión Moldeo por transferencia Moldeo por inyección Compuestos Forma Naturaleza Tamaño Convencionales
Refuerzo en el orden de micras Nanocompuestos
Refuerzo en el orden del nanómetro Fibrosos
Refuerzo = Fibra Particulados
Refuerzo = partículas
equiaxiales Estructurales
Compuestos + Homogeneos Matriz polimérica Matriz metálica Matriz cerámica PMC = Refuerzo (P.Mecánicas) + Matriz (P. Térmicas)
Termoplásticos, termoestables y elastómeros son usados como matriz Matriz
La matriz termoestable es la más común, e.g: resina epoxi, poliéster, fenólicos, vinilester.
La termoplástica es más reciclable, e.g: polipropileno, policarbonato, polietilen tereftalato, altas prestaciones. Compresión en frío Refuerzo
Fibras (más usadas), partículas y hojuelas
Supone un 20-80% del volumen del compuesto
Fibra de vidrio GFRP (más usada), de carbono CFRP y polimérica AFRP
Híbridos Interfase
Especialmente importante:
Unión entre matriz y refuerzo
Transmisión de esfuerzos
4 tipos de unión:
Mecánica
Química
Electrostática
Interdifusión Propiedades mecánicas Compresión en caliente Reserva elástica El refuerzo y la matriz se colocan sobre el molde, se cierra el contra molde y se hace presión.
Dispone de un sistema de refrigeración En esta técnica el molde se calienta por medio de un fluido térmico o con resistencias Closed Mold Processes Spray-Up Aplicado por atomización Máquinas de aplicación automatizada Bag molding Moldeo por bolsa Curing Curado Se aplican manualmente capas sucesivas de resina y refuerzo en un molde abierto para construir la estructura del FRP laminado. La resina líquida y las fibras cortadas se rocían sobre un molde abierto para construir capas sucesivas. Los filamentos se cortan y se incorporan a la corriente de resina resina. Automated Tape-Laying Machines La máquina típica consiste en un puente transversal que se le acopla a un cabezal , con lo cual puede recorrer la superficie del molde en todas las direcciones. Las resinas no curadas son presionadas contra el molde a fin de compactar la laminación, reducir burbujas y expulsar las sustancias volátiles. Polymer Matriz composites
PMC Metalic Matriz composites
MMC Ceramic Matriz Composites
CMC Moldeo a vacío:
Con el contramolde recubierto de una membrana se produce el vacío y el contramolde poroso adapta la resina al molde. Longitud efectiva de la fibra Moldeo a presión:
El contramolde deformable se hincha con aire y presiona el molde principal, forzando la impregnación del refuerzo con la resina. Si L > 15Lc -> Fibras continuas Posibles orientaciones Se requiere curado para todas las resinas termofijas que usan compuestos laminares FRP. Aquí tiene lugar el encadenamiento transversal del polímero que pasa de una condición líquida o altamente plástica a una condición endurecida. Es un proceso en el cual se enrollan fibras continuas impregnadas con resina alrededor de un mandril giratorio, que tiene la forma interna del artículo de FRP que se requiere producir. Patrones básicos de enrollamiento Winding basic patterns Enrollamiento circunferencial

El refuerzo forma un ángulo de 90°ºrespecto del eje del mandril. Se obtiene buenas propiedades radiales pero deficientes propiedades axiales. Enrollamiento polar

El filamento se enrolla alrededor del eje mayor del mandril después de cada revolución longitudinal el mandril gira parcialmente en un ancho de banda. Enrollamiento helicoidal

La banda de filamentos se aplica en espiral alrededor del mandril con un angulo de hélice que puede variar en función de las propiedades deseadas en las direcciones longitudinales y radiales. Enrollamiento biaxial

Se puede combinar los 2 métodos anteriores de forma sucesiva para producir capas adyacentes con direcciones del filamento aproximadamente perpendiculares. Para el bobinado helicoidal la relación entre el ángulo de hélice y los parámetros de la máquina se expresan como Bobinado helicoidal Bobinado polar Métodos de impregnación de la resina con la fibra Methods of impregnation of the resin on fiber: Bobinado húmedo

El filamento pasa a través de la resina liquida solamente antes del embobinado. Bobinado prepreg

O bobinado en seco, en el cual los filamentos pre impregnados con resina parcialmente curada se enrollan alrededor de un mandril calentado. Postimpregnacion

En la cual los filamentos se enrollan en el mandril y luego se impregnan con resina por medio de brocha o alguna otra técnica. Filament winding machines Máquinas de bobinado de filamentos La maquina típica tiene un motor que acciona el mandril y un mecanismo mueve la corredera. El movimiento relativo entre el mandril y el carro se controlan para generar un patrón dado de bobinado. Control mecánico

Opera por engranaje directo entre la propulsión del mandril y del carro móvil, constituyendo el control más simple y menos costoso. Control numérico computarizado CNC

En el cual la rotación del mandril y la velocidad de la corredera se controlan independientemente para permitir mejor ajuste y mayor flexibilidad de los movimientos relativos. Como en la extrusión se utiliza para producir secciones contuinuas rectas de sección transversal constante. Pultrusión Pulformado Pulforming Material de trabajo en forma de sandwich Tanques de almacenamiento Lanchas Refuerzo de Kevlar Aplicaciones Roforzados de fibra de carbono Control de calidad Quality control Ensayos de acondicionamiento Conditioning test De envejecimiento: mide la perdida de caracteristicas en el tiempo. Natural o acelerado.
De corrosión: se somete el material a la acción de agentes corrosivos. Mechanical test Ensayos mecánicos A tracción
Flexión
Impacto
Torsión
Fatiga
Dureza Thermal test Ensayos térmicos Termogravimetría.
Calorimetría diferencial de barrido
Indice de fluidez.
Temperatura de reblandecimiento bajo carga. Ensayos no destructivos Nondestructive test Radiografía con rayos X.
Termografía IR
Liquidos penetrantes en superficie.
Control por ultrasonidos. A futuro En estos procesos sólo se usa una superficie de molde positivo o negativo para generar estructuras laminadas de FRP. Vehiculos Nanotubos de carbono como refuerzo en matriz termoplastica Moldeo en autoclave Autoclave molding En esta técnica se utiliza un autoclave, que es un recipiente que permite el calentamiento y la aplicación de presión y vacío. Sobre un molde se colocan capas de prepregs y se recubre con una membrana ligera y estanca. La resina se coloca en un depósito separada del molde final de la pieza pero unido por uno o varios canales Compression molding Termoplásticos se deben calentar y luego se inyectan
Termos estables se inyectan en un molde caliente para su curado Vaciado centrifugado Laminado de tubos Centrifugal Casting Tube Rolling fibras combinada con resina liquida son vaciados en un molde cilíndrico el cual gira a altas velocidades Los prepeg se envuelven alrededor de un mandril cilíndrico varias veces para obtener un tubo de espesor conformado por múltiples capas Cutting Methods Los polímeros fibro reforzados deben ser cortados cuando ya están curados o cuando aún no lo están Metodos de corte Gracias
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