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

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

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

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 MATRIZ REFUERZO (FIBRAS) Carbono Vidrio Polímero Cerámico Polimérica   Metálica Cerámica 11-Nov.-2008 JOSÉ GABRIEL CARRIÓN Clasificación

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 11-Nov.-2008 JOSÉ GABRIEL CARRIÓN Comparación entre tipos de materiales compuestos

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 11-Nov.-2008 JOSÉ GABRIEL CARRIÓN “Nicho tecnológico” de aplicación de los MC de matriz polimérica

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 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

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 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

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

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 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

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 Fibra Resistencia a Tracción (GPa) Módulo de Young (GPa) CTE (10-6/K) Deformación a rotura (%) PAN-HM 1,9 – 3,7 350 - 550 -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

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 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

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

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 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

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 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

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 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