Materiales Compuestos Ing. Elmar Mikkelson Dto. Aeronáutica Fac. Ingeniería - U.N.L.P.

Materiales Compuestos Presentación de los materiales compuestos Gelcoat / Pinturas Velo / Mat Telas o refuerzos Resinas Pegamentos Espumas o madera balsa Cálculo

Materiales Compuestos Empleo de materiales compuestos. Materiales Compuestos

Materiales Compuestos Protección exterior. Materiales Compuestos Gelcoat, distintas bases, poliester isoftálico, poliester ortoftálico, vinilester, epoxi. Poliuretánico. Pinturas, base epoxi o poliuretánicas. Resistencia a la radiación UV, abrasión, temperatura, color, terminación superficial, brillo u opacos, compatibilidad con el substrato, posibilidad de retrabajos, etc. Ejemplo: Gelcoat epoxi Gurit

Materiales Compuestos Velo / Mat Materiales Compuestos Capa exterior generalmente empleada para obtener una terminación superficial buena, dependiendo del uso o de la pieza a realizar pueden ser varias o de distinto tipo, generalmente siguen al gelcoat, se pueden emplear capas de mat como material de refuerzo en piezas no estructurales o de baja exigencia.

Materiales Compuestos Telas o refuerzos Materiales Compuestos Amplia gama de materiales para elegir: Carbono, alto o bajo módulo. Kevlar Vidrio E, varios sizings y marcas comerciales Vidrio S Diamante Elección de la fibra de acuerdo a la pieza a realizar, posibilidades de manufactura, económicas, técnicas, disponibilidad de material, etc.

Materiales Compuestos Telas o refuerzos Materiales Compuestos

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Materiales Compuestos Telas o refuerzos Materiales Compuestos Fibre Physical properties Unit Glas Aramid HM Carbon HT Steel Density g/cm3 2,6 1,45 1,7 7,89 Tension MPa 2200 3600 4800 370 E-Modul II GPa 73 120 235 0,2 E-Modul - 5,4 15 Breakage Tension % 3,5 2,8 1,5 25 Cross contraction index 0,18 - 0,25 Thermal expansion coefficient II 10-6/K 5 -3,5 -0,1 13 Thermal expansion coefficient - 17 10 Heat transferring properties W/m*K 1 0,04 50 Spec. electr. resistance Ω*cm 10+15 10-3 - 10-4 10-3 Humidity absorption 0,1

Materiales Compuestos Telas o refuerzos Materiales Compuestos Style Number Construction Roll length kg per roll Batch No. S14EB470- 00410-01300-487000 0°/90° 95m / 50 kg 9132 S14EB540- 00620-01300-487000 60m / 50 kg 9149 S14EB540- 00620-01300-487322 (225g CSM) 0°/90°/CSM 45m / 50 kg 9150 S14EB540- 00620-01300-487330 (300g CSM) 40m / 50 kg 9908 S14EB490- 00831-01300-474000 46m / 50 kg 9144 S14EB500- 00860-01300-487322 (225g CSM) 35m / 50 kg 9148 S14EB500- 00820-01300-487330 (300g CSM) 9909 S14EB500- 00860-01300-487350 (500g CSM) 30m / 50 kg 9910 S15EU910- 00580-01200-100000 0° * 70m / 50 kg 9153 S14EU910- 00950-01300-499000 40m / 47 kg 9592 S14EU960- 01210-01300-487000 32m / 50 kg 9152 S32EX010- 00430 -01270-264000 +45°/-45° 100m / 50 kg 9127 S32EX010- 00600 -01270-250000 65m / 50 kg 9128 S32EX010- 00811 -01270-264000 50m / 50 kg 9126 S32EX010- 00800-01270-065510 (100g CSM) +45°/-45° /CSM 9450 S32EX010- 00800-01270-065530 (300g CSM) 9449 S32EX010- 00960-01270-606000 (loop stitch) 9911 S32EX010- 00980-01270-283000 9912 S32EX010- 01210-01270-250000 9913

Materiales Compuestos Telas o refuerzos Materiales Compuestos S35EY360- 00600-01270-464000 0°/-45°/+45° 50m / 40 kg 9451 S35EY510- 00830-01270-464000 50m / 50 kg 9130 S32EY470- 00910-01270-464000 40m / 47 kg 9452 S32EY590- 01210-01270-464000 30m / 45 kg 9927 S32EY510- 01850-01270-079000 20m / 47 kg 9928 S32EK000- 01030-01270-264000 -45°/90°/+45° 35m / 46 kg 9453 S35EQ290- 00620-01270-464000 0°/-45°/90°/+45° 9454 S32EQ260- 00820-01270-450000 9455 S32EQ250- 00940-01270-464000 40m / 50 kg 10068 S35EQ240- 00970-01270-464000 9129 S32EQ260- 01230-01270-065000 30m / 47 kg 9456 A14EB540- 00620-01300-499719 0°/90°/Core/CSM 50m S37CX000-00300-T2540-264000 width 140 cm -45°/+45° 50m / 39 kg 10527 S32CX010-00410-01270-250000 50m / 26 kg S1287 S32CX010-00580-01270-250000 50m / 38 kg 10726 S32AX010-00450-01270-239000 50m / 30 kg 10704 notes * small portion of glass stabilities roving in 90° * fabric areal weight in grey * weight tolerance : + / - 5% Catálogo Saertex de telas de fibra de vidrio.

Materiales Compuestos Telas o refuerzos Materiales Compuestos Catálogo VectorPly de telas de fibra de carbono.

Materiales Compuestos Telas o refuerzos Materiales Compuestos

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Materiales Compuestos Telas o refuerzos Materiales Compuestos

Materiales Compuestos Telas o refuerzos Materiales Compuestos

Materiales Compuestos Telas o refuerzos Materiales Compuestos Tipos de telas Valores de ensayo

Materiales Compuestos Resinas Materiales Compuestos Es la matriz que une las fibras, y la encargada de transmitir los esfuerzos entre las fibras, también las protege del medio. La naturaleza de la resina puede ser muy variada, normalmente se emplean tres, epoxies, poliésteres o vinilésteres. Hay otros tipos, como por ejemplo las fenólicas, pero ya son de empleo más específico.

Materiales Compuestos Resinas Materiales Compuestos Tipos de resinas Valores de ensayo

Materiales Compuestos Resinas Materiales Compuestos Valores de ensayo Valores de las diferentes resinas (U$D/lb) Valores de ensayo, compresión a distintas temperaturas, laminados DD (0/+-45/0)8, seco y húmedo. Valores del módulo 0°, tracción a distintas temperaturas, laminados DD (0/+-45/0)8, seco y húmedo.

Materiales Compuestos Resinas Materiales Compuestos Diagrama de ensayo de probetas de subconjunto a clivaje Tabla con valores de ensayo de subconjuntos a clivaje Probetas ensayadas de subconjunto a clivaje Valores de ensayo de subconjuntos a clivaje

Materiales Compuestos Resinas Materiales Compuestos Influencia en la resistencia a fatiga de la relación resina vidrio en laminados de fibra de vidrio Efecto de la matriz en la resistencia a fatiga en tracción dirección 0° (R=0.1) y carga alternada (R=-1), laminados [0/+-45/0]s, Vf = 0.34 – 0.36 Extremos de resistencia a fatiga en tracción dirección 0° (R=0.1), laminados de fibra de vidrio

Materiales Compuestos Resinas Materiales Compuestos Diagrama de Goodman normalizado para material unidireccional ensayado en la dirección longitudinal Diagrama de Goodman no normalizado para material unidireccional ensayado en la dirección transversal

Materiales Compuestos Adhesivos Materiales Compuestos

Materiales Compuestos Adhesivos Materiales Compuestos

Materiales Compuestos Materiales de relleno Materiales Compuestos

Materiales Compuestos Materiales de relleno Materiales Compuestos Materiales de relleno de honeycomb de aluminio

Materiales Compuestos Materiales de relleno Materiales Compuestos Fotos de la microestructura de la madera de balsa y honeycomb de Nomex

Materiales Compuestos Cálculo Materiales Compuestos Teorías de falla Falla de fibra FF Modos de falla de inter fibra IFF

Materiales Compuestos Cálculo Materiales Compuestos Teorías de falla Los primerios criterios de falla para láminas unidireccionales fueron sobre fallas globales. Estos criterios no distinguen los modos de falla, y son formulados como una ecuación matemática simple (en aquel entonces se contaba con una baja capacidad computacional), los cuales se pueden adaptar fácilmente a los resultados experimentales. Tales criterios son los de : Hoffmann Tsai-Hill Tsai-Wu

Materiales Compuestos Cálculo Materiales Compuestos Teorías de falla Observaciones de la física llevaron al desarrollo de criterios diferenciativos, los cuales distinguen entre falla de fibra (FF) y falla entre fibras(IFF). Se emplean diferentes formulaciones matemáticas para los diferentes el fenómenos físicos. Debido a que los efectos de los dos modos de falla y los métodos para evitarlos son completamente diferentes, es vital para el diseñador saber que tipo de falla está ocurriendo. Como ejemplo de tales criterios de falla tenemos a: Puck simple, Puck modificado y Hashin. Basado en modelos físicos, Puck desarrolló uno de los métodos diferenciativos más modernos para integrar las numerosas observaciones experimentales en una teoría. El criterio de plano de acción de Puck no solo distingue entre FF e IFF, también distingue entre tres tipos de modo de falla IFF.

Materiales Compuestos Cálculo Materiales Compuestos Teorías de falla Especialmente el fenómeno de falla oblicua IFF con s2 < 0 (Figura IFF: modo C) motivó a Puck a identificar el plano de la capa con el máximo esfuerzo como “plano de acción” y a transformar los cálculos de fractura para materiales frágiles en ese plano. Mientras que los modos de falla IFF A y B son a veces tolerables, el modo C puede llevar a una fallla completa de la pieza realizada en materiales compuestos. Si el ángulo del plano de fractura excede los 30° la forma de cuña de la fisura puede dañar las capas adyacentes del laminado y llevar a una falla explosiva del laminado completo. En la página siguiente se muestra una tabla en la que se listan las ecuaciones matemáticas para los diferentes modos de falla. Estas ecuaciones en conjunto definen una superficie cerrada tridimensional, la envolvente de falla, en el espacio de tensiones (s1,s2,t12).

Materiales Compuestos Cálculo Materiales Compuestos Teorías de falla Tensiones máximas de tracción y compresión de la capa paralelas a la dirección de la fibra Tensiones máximas de tracción y compresión de la capa perpendiculares a la dirección de la fibra Tensiones máximas de corte de la capa perpendicular y paralela a la dirección de la fibra Parámetro de envolvente de falla

Materiales Compuestos Cálculo Materiales Compuestos Teorías de falla Envolvente de falla, en el espacio de tensiones (s1,s2,t12)

Materiales Compuestos Cálculo Materiales Compuestos Teorías de falla Ediferentes modos de falla IFF en un plano (s2,t12), del espacio de tensiones (s1,s2,t12)

Materiales Compuestos Cálculo Materiales Compuestos Teorías de falla El ángulo de fractura para el modo C se puede calcular con la ecuación que se muestra a continuación. El ángulo del plano de fractura para los modos A y B es 0°. con Otra característica importante del criterio de plano de acción de Puck es la interacción entre las tensiones en la dirección de las fibras (s1) y transversal a la dirección de la fibras (s2, t12). Si s1 se acerca al límite de FF, las primeras fisuras de los filamentos causarán daño en la matriz circundante. Estas microfisuras en la matriz reducen el límite IFF de la capa, esto se traduce en una reducción de la envolvente de falla hacia el límite de FF.

Materiales Compuestos ¿Preguntas? Muchas gracias por su atención.

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