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MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA FUNDACIÓN PRO REBUS ACADEMIAE Los Martes.

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Presentación del tema: "MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA FUNDACIÓN PRO REBUS ACADEMIAE Los Martes."— Transcripción de la presentación:

1 MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA FUNDACIÓN PRO REBUS ACADEMIAE Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS 11-Nov JOSÉ GABRIEL CARRIÓN MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN José Gabriel Carrión Martín I.N.T.A. – ÁREA DE MATERIALES COMPUESTOS

2 MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Definición de material compuesto REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA FUNDACIÓN PRO REBUS ACADEMIAE Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS 11-Nov JOSÉ GABRIEL CARRIÓN METALES POLÍMEROS COMPUESTOS CERÁMICOS Material resultado de la mezcla de dos constituyentes insolubles entre sí, y cuyas propiedades son diferentes a las de sus constituyentes.

3 MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Características fundamentales REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA FUNDACIÓN PRO REBUS ACADEMIAE Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS 11-Nov JOSÉ GABRIEL CARRIÓN Heterogeneidad en su composición Uno de los materiales actúa como refuerzo, y el otro como ligante o matriz El refuerzo puede ser continuo o disperso; los compuestos de refuerzo continuo tienen un comportamiento marcadamente anisótropo

4 MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Clasificación REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA FUNDACIÓN PRO REBUS ACADEMIAE Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS 11-Nov JOSÉ GABRIEL CARRIÓN MATRIZ REFUERZO (FIBRAS) CarbonoVidrioPolímeroCerámico Polimérica Metálica Cerámica

5 MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Comparación entre tipos de materiales compuestos REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA FUNDACIÓN PRO REBUS ACADEMIAE Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS 11-Nov JOSÉ GABRIEL CARRIÓN

6 MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Nicho tecnológico de aplicación de los MC de matriz polimérica REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA FUNDACIÓN PRO REBUS ACADEMIAE Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS 11-Nov JOSÉ GABRIEL CARRIÓN

7 MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Propiedades de los MCMP debidas a sus constituyentes REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA FUNDACIÓN PRO REBUS ACADEMIAE Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS 11-Nov JOSÉ GABRIEL CARRIÓN propiedades mecánicas en la Las fibras aportan las propiedades mecánicas en la dirección de su eje propiedades mecánicas transversales, y la resistencia térmica y ambiental La matriz polimérica aporta las propiedades mecánicas transversales, y la resistencia térmica y ambiental

8 MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Fibras: comparación de propiedades con otros materiales REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA FUNDACIÓN PRO REBUS ACADEMIAE Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS 11-Nov JOSÉ GABRIEL CARRIÓN Material Densidad (g/cm 3 ) Resistencia a Tracción (MPa) Módulo Young (GPa) Deformación a rotura (%) Aluminio T6 2, Acero 43407, Nylon 6/61,14752,850 Sílice3,80,53800,1 Fibra vidrio E2, Fibra carbono IM7 1, ,8 Fibra Kevlar 291, ,4

9 MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Fibras: comparación entre los tipos fundamentales REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA FUNDACIÓN PRO REBUS ACADEMIAE Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS 11-Nov JOSÉ GABRIEL CARRIÓN CARBONO VIDRIO ARAMIDA (Kevlar ® )

10 MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Fibras de vidrio REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA FUNDACIÓN PRO REBUS ACADEMIAE Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS 11-Nov JOSÉ GABRIEL CARRIÓN Fibra Densidad (Kg/m 3 ) Resistencia a Tracción (MPa) Módulo Young (GPa) CTE (10 -6 /K) Deformación a rotura (%) Vidrio-E ,04,9 Vidrio-S ,65,7 Cuarzo ,55 Puede considerarse uno de los materiales más versátiles, dadas sus múltiples aplicaciones en numerosos sectores industriales.

11 MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Fibras de carbono REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA FUNDACIÓN PRO REBUS ACADEMIAE Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS 11-Nov JOSÉ GABRIEL CARRIÓN Fibra Resistencia a Tracción (GPa) Módulo de Young (GPa) CTE (10 -6 /K) Deformación a rotura (%) PAN-HM1,9 – 3, ,750,4 – 0,7 PAN-HS4,3 – 7,1240 – 300-0,41,7 – 2,4 La combinación de baja densidad y alta rigidez hacen que sea del máximo interés para la industria aeroespacial

12 MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Fibras de aramida REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA FUNDACIÓN PRO REBUS ACADEMIAE Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS 11-Nov JOSÉ GABRIEL CARRIÓN Fibra Densidad (Kg/m 3 ) Resistencia a Tracción (GPa) Módulo Young (GPa) Deformación a rotura (%) Kevlar 29 (alta tenacidad) 14403,0 – 3,6854,0 Kevlar 49 (alto módulo) 14403,6 – 4,11312,8 Por su naturaleza polimérica, rinde muy altas propiedades específicas y es muy tenaz, pero su comportamiento en compresión es deficiente, y su resistencia ambiental baja

13 MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Matrices poliméricas: termoestables y termoplásticas REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA FUNDACIÓN PRO REBUS ACADEMIAE Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS 11-Nov JOSÉ GABRIEL CARRIÓN Termoestables: Reticulación tridimensional irreversible Rigidez Resistencia química Procesabilidad sencilla Termoplásticas: Fusión y resolidificación reversible Tenacidad Resistencia química y térmica Procesabilidad difícil IMPLANTACIÓN MAYORITARIA EPOXI, POLIÉSTER, BMI, Poliimidas, Cianoésteres PEEK, PEI, PEKK, PPS

14 MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Formas comerciales de los materiales compuestos REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA FUNDACIÓN PRO REBUS ACADEMIAE Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS 11-Nov JOSÉ GABRIEL CARRIÓN Los constituyentes de los MCMP pueden suministrarse por separado o bien integrados en una forma procesable, dependiendo de la tecnología a aplicar para fabricar un determinado producto. Constituyentes integrados: preimpregnados y elaborados para moldeo por compresión Constituyentes por separado: -Matrices líquidos (termoestables); granza (termoplásticas) -Fibras bobinas (fibra unidireccional continua); tejidos y preformas

15 MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Clasificación de los procesos de fabricación REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA FUNDACIÓN PRO REBUS ACADEMIAE Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS 11-Nov JOSÉ GABRIEL CARRIÓN CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE FABRICACIÓN Y CONSOLIDACIÓN DE MCMP Procesos manuales o con baja automatización Procesos altamente automatizados Procesos con integración in situ de refuerzo y matriz suministrados por separado Laminación por vía húmeda Devanado de filamentos Pultrusión RTM y técnicas afines Procesos a partir de matriz y refuerzo integrados como producto comercial Laminación con preimpregnados ATL, FP Tecnología SMC Procesos exclusivos de compuestos de matriz termoplástica Conformado diafragma Compresión

16 MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Características generales de los procesos de fabricación REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA FUNDACIÓN PRO REBUS ACADEMIAE Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS 11-Nov JOSÉ GABRIEL CARRIÓN ProcesoProductosConstituyentes Vía húmeda Versátil. Bajas prestaciones mecánicas.Costes bajos Poliéster/vidrio (continuo; tejido) Laminación con preimpregnados Muy versátil. Altas prestaciones mecánicas. Altos costes Epoxi y otras/carbono (continuo; tejido y cinta UD) Devanado de filamentos Productos con geometría de revolución. Altas prestaciones mecánicas. Costes moderados Epoxi/vidrio-carbono (continuo; cinta UD) Pultrusión Perfiles. Altas prestaciones mecánicas. Costes bajos Epoxi/carbono-vidrio (continuo; cinta UD) Moldeo RTM Versátil. Altas prestaciones mecánicas. Costes moderados Epoxi/carbono (continuo; tejido) Moldeo SMC Versátil. Prestaciones mecánicas moderadas. Costes bajos Poliéster/vidrio-carbono (disperso)


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