Adherente material compuesto

El otro adherente utilizado es un material compuesto reforzado con fibra de carbono y matriz epoxi. Los materiales compuestos, también denominados composites, están formados por la combinación de distintos componentes a través de la unión no química de los mismos. De esta manera se pueden conseguir unos materiales con unas propiedades o características específicas mejores que las que poseían los elementos individualmente.

La estructura de un composite permite reconocer dos partes fundamentales: una fase discontinua, que se denomina refuerzo y una fase continua, llamada matriz. Entre matriz y refuerzo existe un tercer componente, la interfase, que es la responsable de la interacción entre ambos y de ahí su importancia.

Las principales funciones de la matriz en un material compuesto son:

 Proporcionar la unión entre las fibras así como transferirles la carga, de este modo se aporta rigidez y forma a la estructura.

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 Ayuda a reducir la propagación de la grieta dado que aísla las fibras para que puedan actuar por separado.

 Aporta un buen acabado superficial, por lo que elimina operaciones posteriores de mecanizado reduciendo el tiempo de ciclo así como el coste final.

 Protege a las fibras del desgaste, tanto del daño mecánico como del ataque químico.  En función del material que constituya la matriz, influirá en las características finales del

compuesto así como lo hará el grado de compatibilidad de ésta con la fibra. Del mismo modo, las principales funciones de las fibras son las siguientes:

 Soportar las cargas, se estima que en un material compuesto estructural, estas soportan en torno a un 70% y 90% de la misma.

 Aportar propiedades estructurales a los materiales compuestos, por ejemplo rigidez, resistencia, estabilidad térmica, etc.

 Dependiendo del tipo de fibra usada, ésta puede aportar conductividad térmica, asilamiento o propiedades muy variadas.

La interfase también desarrolla un papel importante, ya que es la región de contacto entre estos dos componentes anteriores. En el caso de que la interfase fuera débil, no habría una correcta transferencia de carga de la matriz a la fibra, lo que conduciría a un fallo por no poder soportar la carga. Ahora bien, no es tan fácil lograr una buena adherencia entre fibras y matriz puesto que generalmente son de familias diferentes.

El material compuesto utilizado tiene como matriz una resina epoxi y como fibra, un tejido de fibra de carbono (Figura 2.24). Con este tejido se consigue una resistencia óptima en todas las direcciones.

Figura 2.24. Tejido de fibra de carbono

El tejido utilizado ha sido un textil reforzado de altas prestaciones para material compuesto HexForce 46301/1000/50% (6K HR) y resina epoxi RESOLTECH 1050/1056 (la densidad y viscosidad para los componentes 1050 y 1056 es, respectivamente, 1,17 g/cm3 y 0,98 g/cm3 y 1043 mPa·s y 59 mPa·s).

Capítulo 2

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Para la fabricación del material compuesto se ha utilizado la técnica de moldeo por contacto, que es un método muy adecuado en producciones de series industriales cortas o de piezas de gran superficie, por su relativa sencillez y porque no requiere mano de obra excesivamente especializada ni inversiones elevadas.

El moldeo por contacto manual consta de tres fases fundamentales:

 Impregnación del refuerzo por la resina, que corresponde a la construcción de un material compuesto exento de inclusiones de aire.

 Adaptación de dicho material compuesto a las formas y dimensiones deseadas, con la ayuda de un molde.

 Endurecimiento del material y desmoldeo de la pieza final.

Este proceso se inicia partiendo del estado líquido de la resina epoxi y, mediante aditivos químicos (endurecedor), pasando siempre por estados intermedios de gelificación, se llega a la estructura final completamente entrecruzada en estado sólido. Esta transformación química es irreversible y se produce a temperatura ambiente aunque la aportación de calor en la fase final del proceso permitiría reducir los tiempos de polimerización, y por tanto, de desmoldeo. Este proceso requiere bajas o nulas presiones y fue la primera técnica que se empleó en el laminado de los plásticos reforzados con fibra de vidrio, siendo todavía uno de los procesos más utilizados.

Esta técnica presenta como inconvenientes un ambiente de trabajo molesto, producción lenta, mayor necesidad de mano de obra, acabado fino solo para una de las caras y calidad final sometida a la especialización y sensibilidad del operario. Por otro lado, las características mecánicas y físicas alcanzadas son inferiores a las obtenidas mediante otros procesos, debido sobre todo, a la limitación del porcentaje de fibra de los laminados.

El proceso llevado a cabo es el siguiente:

 Preparación de la resina epoxi y del refuerzo.

 Aplicación de cera desmoldante a las dos placas metálicas del molde y al rodillo.

 Aplicación, con ayuda de una brocha, de resina epoxi a la placa inferior del molde y colocación del peel ply.

 Aplicación de una segunda capa de resina y colocación de una capa de tejido de fibra de carbono. Laminado con el rodillo.

 Repetición del paso anterior hasta alcanzar las capas de tejido para conseguir el espesor de material compuesto.

 Colocación de una última capa de peel ply.

 Cierre del molde y colocación sobre el mismo de una carga uniformemente distribuida.  Curado del material a temperatura ambiente durante 24 horas.

 Desmoldeo de la pieza final.  Retirada del peel ply.

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En la Figura 2.25 se muestra el proceso de fabricación de material compuesto mediante la técnica explicada.

Para conseguir el espesor requerido de 2,30 mm se necesitan 6 capas de tejido.

El peel ply que se aplica sobre las capas extremas del laminado y se desprende una vez seco, permite obtener unas superficies rugosas, uniformes y sin exceso de resina. Es un tejido de nylon de 80g/m2 y 0,12 mm de espesor.

Figura 2.25. Fabricación del material compuesto mediante moldeo por contacto

Una vez preparadas las planchas de material compuesto se cortan mediante sierra de disco, produciendo probetas de dimensiones 100x12x2,3 mm3_.