FUNDACIÓN “PRO REBUS ACADEMIAE”

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1 FUNDACIÓN “PRO REBUS ACADEMIAE”
REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN 11-Nov.-2008 JOSÉ GABRIEL CARRIÓN José Gabriel Carrión Martín I.N.T.A. – ÁREA DE MATERIALES COMPUESTOS

2 METALES COMPUESTOS POLÍMEROS CERÁMICOS REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA
FUNDACIÓN “PRO REBUS ACADEMIAE” REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Material resultado de la mezcla de dos constituyentes insolubles entre sí, y cuyas propiedades son diferentes a las de sus constituyentes. METALES 11-Nov.-2008 JOSÉ GABRIEL CARRIÓN COMPUESTOS POLÍMEROS CERÁMICOS Definición de material compuesto

3 Heterogeneidad en su composición
FUNDACIÓN “PRO REBUS ACADEMIAE” REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN 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 11-Nov.-2008 JOSÉ GABRIEL CARRIÓN Características fundamentales

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FUNDACIÓN “PRO REBUS ACADEMIAE” REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN MATRIZ REFUERZO (FIBRAS) Carbono Vidrio Polímero Cerámico Polimérica   Metálica Cerámica 11-Nov.-2008 JOSÉ GABRIEL CARRIÓN Clasificación

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FUNDACIÓN “PRO REBUS ACADEMIAE” REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN 11-Nov.-2008 JOSÉ GABRIEL CARRIÓN Comparación entre tipos de materiales compuestos

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FUNDACIÓN “PRO REBUS ACADEMIAE” REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN 11-Nov.-2008 JOSÉ GABRIEL CARRIÓN “Nicho tecnológico” de aplicación de los MC de matriz polimérica

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FUNDACIÓN “PRO REBUS ACADEMIAE” REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Las fibras aportan las propiedades mecánicas en la dirección de su eje 11-Nov.-2008 JOSÉ GABRIEL CARRIÓN La matriz polimérica aporta las propiedades mecánicas transversales, y la resistencia térmica y ambiental Propiedades de los MCMP debidas a sus constituyentes

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FUNDACIÓN “PRO REBUS ACADEMIAE” REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Material Densidad (g/cm3) Resistencia a Tracción (MPa) Módulo Young (GPa) Deformación a rotura (%) Aluminio 6061-T6 2,71 310 69 17 Acero 4340 7,83 1030 200 19 Nylon 6/6 1,14 75 2,8 50 Sílice 3,8 0,5 380 0,1 Fibra vidrio E 2,54 3450 72 4 Fibra carbono IM7 1,78 5200 276 1,8 Fibra Kevlar 29 1,44 3620 83 4,4 11-Nov.-2008 JOSÉ GABRIEL CARRIÓN Fibras: comparación de propiedades con otros materiales

9 CARBONO VIDRIO ARAMIDA (Kevlar®) REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA
FUNDACIÓN “PRO REBUS ACADEMIAE” REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN CARBONO VIDRIO ARAMIDA (Kevlar®) 11-Nov.-2008 JOSÉ GABRIEL CARRIÓN Fibras: comparación entre los tipos fundamentales

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FUNDACIÓN “PRO REBUS ACADEMIAE” REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Fibra Densidad (Kg/m3) Resistencia a Tracción (MPa) Módulo Young (GPa) CTE (10-6/K) Deformación a rotura (%) Vidrio-E 2620 3450 81 5,0 4,9 Vidrio-S 2500 4590 89 5,6 5,7 Cuarzo 2150 3400 69 0,5 5 11-Nov.-2008 JOSÉ GABRIEL CARRIÓN Puede considerarse uno de los materiales más versátiles, dadas sus múltiples aplicaciones en numerosos sectores industriales. Fibras de vidrio

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FUNDACIÓN “PRO REBUS ACADEMIAE” REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Fibra Resistencia a Tracción (GPa) Módulo de Young (GPa) CTE (10-6/K) Deformación a rotura (%) PAN-HM 1,9 – 3,7 -0,75 0,4 – 0,7 PAN-HS 4,3 – 7,1 240 – 300 -0,4 1,7 – 2,4 11-Nov.-2008 JOSÉ GABRIEL CARRIÓN La combinación de baja densidad y alta rigidez hacen que sea del máximo interés para la industria aeroespacial Fibras de carbono

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FUNDACIÓN “PRO REBUS ACADEMIAE” REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Fibra Densidad (Kg/m3) Resistencia a Tracción (GPa) Módulo Young (GPa) Deformación a rotura (%) Kevlar 29 (alta tenacidad) 1440 3,0 – 3,6 85 4,0 Kevlar 49 (alto módulo) 3,6 – 4,1 131 2,8 11-Nov.-2008 JOSÉ GABRIEL CARRIÓN 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 Fibras de aramida

13 IMPLANTACIÓN MAYORITARIA
FUNDACIÓN “PRO REBUS ACADEMIAE” REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Termoestables: EPOXI, POLIÉSTER, BMI, Poliimidas, Cianoésteres Reticulación tridimensional irreversible Rigidez Resistencia química Procesabilidad sencilla IMPLANTACIÓN MAYORITARIA 11-Nov.-2008 JOSÉ GABRIEL CARRIÓN Termoplásticas: Fusión y resolidificación reversible Tenacidad Resistencia química y térmica Procesabilidad difícil PEEK, PEI, PEKK, PPS Matrices poliméricas: termoestables y termoplásticas

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FUNDACIÓN “PRO REBUS ACADEMIAE” REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN 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 por separado: Matrices  líquidos (termoestables); granza (termoplásticas) Fibras  bobinas (fibra unidireccional continua); tejidos y preformas 11-Nov.-2008 JOSÉ GABRIEL CARRIÓN Constituyentes integrados: preimpregnados y elaborados para moldeo por compresión Formas comerciales de los materiales compuestos

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FUNDACIÓN “PRO REBUS ACADEMIAE” REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN 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 11-Nov.-2008 JOSÉ GABRIEL CARRIÓN Clasificación de los procesos de fabricación

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FUNDACIÓN “PRO REBUS ACADEMIAE” REAL ACADEMIA DE INGENIERÍA Los Martes de la RAI: MATERIALES COMPUESTOS MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: PROPIEDADES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Proceso Productos Constituyentes 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) 11-Nov.-2008 JOSÉ GABRIEL CARRIÓN Características generales de los procesos de fabricación