Fabricación y caracterización de laminados de material compuesto a partir de láminas ultradelgadas

Equa ion Chap e 1 Sec ion 1 T abajo Fin de G ado Ingenie ía Ae oespacial Fab icación y ca ac e ización de laminados de ma e ial compues o a pa i de láminas ul adelgadas Au o : Ál a o Salinas He nández Tu o es: Fede ico Pa ís Ca ballo Jesús Jus o Es eba anz Dep. de Elas icidad y Resis encia de Ma e iales Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía Uni e sidad de Se illa Se illa, 2016 T abajo Fin de G ado Ingenie ía Ae oespacial iii Fab icación y ca ac e ización de laminados de ma e ial compues o a pa i de láminas ul adelgadas Au o : Ál a o Salinas He nández Tu o : Fede ico Pa is Ca ballo Jesús Jus o Es eba anz Dep. de Elas icidad y Resis encia de Ma e iales Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía Uni e sidad de Se illa Se illa, 2016 T abajo Fin de G ado: Fab icación y ca ac e ización de laminados de ma e ial compues o a pa i de láminas ul adelgadas Au o : Ál a o Salinas He nández Tu o : Fede ico Pa ís Ca ballo Jesús Jus o Es eba anz El ibunal nomb ado pa a juzga el P oyec o a iba indicado, compues o po los siguien es miemb os: P esiden e: Vocales: Sec e a io: Acue dan o o ga le la cali icación de: Se illa, 2016 El Sec e a io del T ibunal ii A mi ejemplo es os años, Mi abuelo Pepe ix Ag adecimien os An es de nada que ía ag adece el apoyo ecibido es os años sin el que es o hab ía sido imposible. En p ime luga a mis pad es po habe me dado los medios y el amo necesa ios desde pequeño pa a pode llega hoy a es o, y a mi he mano po apoya me es os años. A Rocío, po habe es ado es os cua o años a mi lado cada ez que las ue zas laqueaban, pa a a ima el homb o y i a jun os hacia delan e, sin ella es o hab ía sido demasiado di ícil. Ag adece a Jesús Jus o habe me guiado y b indado su implicación desde el p incipio en es e p oyec o y a Fede ico Pa ís po despe a me el in e és en los ma e iales compues os y po odo el conocimien o ansmi ido. A odo el equipo del LERM, en especial a An onio, José Ramón, Isabel y Miguel, po habe me ayudado en odas las a eas desa olladas en el labo a o io. G acias a esos compañe os de ca e a que se con i ie on en amigos con los que es e camino ha sido mucho más lle ade o. Y en especial, a mi abuelo, la pe sona que despe ó en mí el in e és en la Ingenie ía y ue mi e e encia es os años de ca e a. Me hab ía encan ado que leye as es o, espe o que es és o gulloso de u nie o Al a i o. 5 Resul ados de los ensayos 49 5.1. Mediciones de las p obe as de ensayo 49 5.1.1 Medidas de las p obe as de acción 49 5.1.2 Medidas de las p obe as de comp esión 50 5.1.3 Medidas de las p obe as del ensayo a co adu a in alamina 50 5.2. Ensayos a acción 50 5.2.1 Resul ados 51 5.2.2 Tipos de o u a 56 5.2.3 Resumen de esul ados 58 5.3. Ensayos a comp esión 59 5.3.1 Resul ados 60 5.3.2 Tipos de o u a en las p obe as 64 5.3.3 Resumen de esul ados 66 5.4. Ensayo a co adu a in alamina 66 5.4.1 Resul ados 67 5.4.2 Tipos de o u a 71 5.4.3 Resumen de esul ados 72 6 Conclusiones y desa ollos u u os 75 6.1. Conclusiones del apa ado de ab icación 75 6.2. Conclusiones del apa ado de ensayos 77 6.3. Desa ollos u u os 79 Re e encias 81 x ii ÍNDICE DE TABLAS Tabla 2–1. P opiedades mecánicas pa a las ib as más comunes [2] 7 Tabla 2–2. P opiedades mecánicas pa a a ias esinas [2] 8 Tabla 3–1. Compa ación de espeso es en e TeX eam y AS4 8552 17 Tabla 3–2. Ciclos de cu ado pa a el ejido TeX eam [10] 25 Tabla 5–1. Espeso es de las p obe as del ensayo a acción 49 Tabla 5–2. Espeso es de las p obe as del ensayo a comp esión 50 Tabla 5–3. Espeso es de las p obe as del ensayo a co adu a in alamina 50 Tabla 5–4. Resumen de los ensayos de acción 59 Tabla 5–5. Resumen de los ensayos de comp esión 66 Tabla 5–6. Resul ados p obe a 1 co adu a 67 Tabla 5–7. Resul ados p obe a 2 co adu a 68 Tabla 5–8. Resul ados p obe a 3 co adu a 69 Tabla 5–9. Resul ados p obe a 4 co adu a 70 Tabla 5–10. Resul ados p obe a 5 co adu a 70 Tabla 5–11. Resumen de los ensayos de co adu a in alamina 73 Tabla 6–1. Recopilación de ca ac e ís icas de Rigidez y Resis encia del ejido TeX eam 77 Tabla 6–2. Recopilación de ca ac e ís icas de Rigidez y Resis encia el ma e ial AS4 [18] 78 Tabla 6–3. Recopilación de ca ac e ís icas de Rigidez y Resis encia de un ejido de ib a [19] 78 xix ÍNDICE DE FIGURAS Figu a 1-1. Diag ama de bloques de la es uc u a global del p oyec o. 3 Figu a 2-1. Clasi icación de los dis in os ma e iales compues os [2] 6 Figu a 2-2. Diag amas ensión de o mación pa a dis in as ib as [2] 7 Figu a 2-3. Diag amas ensión de o mación pa a esinas e moes ables [2] 8 Figu a 2-4. E olución en el uso de ma e iales compues os en la Ae onáu ica [6] 10 Figu a 2-5. Pa es de la es uc u a del a ión en las que se emplean composi es [7] 11 Figu a 2-6. Desglose de ma e iales en B787 11 Figu a 3-1. P oceso de disposición de la ib a de ca bono en cin as 13 Figu a 3-2. Compa ación en e las láminas TeX eme y las con encionales 14 Figu a 3-3. Compa ación en e el ejido ul adelgado y el con encional 14 Figu a 3-4. Relación en e el espeso de la lámina y su esis encia a o u a [1] 14 Figu a 3-5. A ión lige o ab icado con láminas ul adelgadas [1] 15 Figu a 3-6. Rollo del ejido ul adelgado 16 Figu a 3-7. Imagen del ejido 16 Figu a 3-8. Condiciones pa a la sala limpia en humedad y empe a u a [2] 17 Figu a 3-9. Co e pa a el ensayo de acción a 0º 19 Figu a 3-10. Co e pa a el ensayo de co adu a a 45º 19 Figu a 3-11. Co e pa a el ensayo de comp esión 20 Figu a 3-12. P oceso de co e del ma e ial 20 Figu a 3-13. Secuencia de co e co ec a 21 Figu a 3-14. Apilado del ma e ial 21 Figu a 3-15. Bolsa de acío pa a la compac ación de los laminados 22 Figu a 3-16. Laminados a 0º y 45º 22 Figu a 3-17. Laminado de comp esión 22 Figu a 3-18. Componen es de la bolsa de acío [9] 23 Figu a 3-19. Disposición del co cho sepa ado en e laminados 23 Figu a 3-20. Dis ibución de los laminados en la bolsa de acío 24 Figu a 3-21. Bolsa de acío 24 Figu a 3-22. Cáma a climá ica Challenge 600 26 Figu a 3-23. Ciclo de cu ado inicial 26 Figu a 3-24. Au ocla e en el LERM 27 Figu a 3-25. Ciclo de pos cu ado, con ol en empe a u a 27 Figu a 3-26. Ciclo de pos cu ado, con ol en acío 27 Figu a 3-27. P oceso de esana los bo des de un laminado 28 Figu a 3-28. P obe a de acción 29 Figu a 3-29. P obe a de comp esión 29 Figu a 3-30. Laminado de ib a de id io 29 Figu a 3-31. Lis ones de ib a de id io ya co ados 30 Figu a 3-32. P oceso de lijado de los acones de ib a de id io 30 Figu a 3-33. Di e encia en e un acón lijado y o o sin lija 31 Figu a 3-34. Lijado de acones de ib a de ca bono 31 Figu a 3-35. Di e encia en e zona a ada y sin a a 31 Figu a 3-36. Mezcla de adhesi o y ca alizado 32 Figu a 3-37. Tacón con adhesi o ae onáu ico 32 Figu a 3-38. Tacón colocado sob e la pieza 32 Figu a 3-39. Laminados limpios as el pegado de los acones 33 Figu a 3-40. Dis ibución de pesos sob e los acones 33 Figu a 3-41. Laminados con los acones en el ho no 33 Figu a 3-42. P obe a a 0º con igu ación I 34 Figu a 3-43. P obe a a 0º Con igu ación II 34 Figu a 3-44. P obe a de comp esión con igu ación I 34 Figu a 3-45. P obe a de comp esión Con igu ación II 34 Figu a 3-46. P obe as pa a el ensayo a comp esión 34 Figu a 3-47. P obe as pa a el ensayo a co adu a 35 Figu a 3-48. P obe as pa a el ensayo a acción 0º 35 Figu a 3-49. Lijado de la zona cen al de la p obe a 36 Figu a 3-50. Ma cado del cen o de la p obe a 36 Figu a 3-51. Cen ado de la banda ex ensomé ica median e con la ayuda de cin a adhesi a 37 Figu a 3-52. Banda con bo nes de es año 37 Figu a 3-53. Banda con bo nes de es año 38 Figu a 4-1. INSTRON 4482 41 Figu a 4-2. Mo daza pa a acción 42 Figu a 4-3. Ú iles pa a comp esión 42 Figu a 4-4. Posición de las bandas ex ensomé icas 42 Figu a 4-5. Disposi i o pa a las p obe as del ensayo a comp esión según P EN2850‐B [14] 44 Figu a 4-6. Modos de allo admisibles en las p obe as de comp esión [2] 45 Figu a 4-7. De o madas de la p obe a pa a el ensayo O -axis [2] 46 Figu a 4-8. De o madas de un laminado equiangula [2] 46 Figu a 5-1. Calib e 49 Figu a 5-2. Mic óme o de ca as planas 49 Figu a 5-3. P obe a de acción a ensayo 50 xxi Figu a 5-4. G á ico de acción p obe a 6 51 Figu a 5-5. G á ico de acción p obe a 1 52 Figu a 5-6. G á ico de acción p obe a 4 52 Figu a 5-7. De o mación ans e sal 53 Figu a 5-8. De o mación longi udinal p obe a 2 53 Figu a 5-9. De o mación ans e sal 53 Figu a 5-10. De o mación longi udinal p obe a 5 53 Figu a 5-11. De o mación ans e sal 54 Figu a 5-12. De o mación longi udinal p obe a 9 54 Figu a 5-13. De o mación ans e sal 54 Figu a 5-14. De o mación longi udinal p obe a 3 54 Figu a 5-15. De o mación ans e sal 55 Figu a 5-16. De o mación longi udinal p obe a 8 55 Figu a 5-17. De o mación ans e sal 55 Figu a 5-18. De o mación longi udinal p obe a 10 55 Figu a 5-19. Ro u a de las p obe as 1 a 5 56 Figu a 5-20. Ro u a de las p obe as 6, 8 9 y 10 57 Figu a 5-21. De ec os en la supe icie de las p obe as de acción as los ensayos 57 Figu a 5-22. Imagen de los acones de las p obe as 2, 8 y 10 58 Figu a 5-23. G á ica de los ensayos de acción con galgas 58 Figu a 5-24. Disposi i o pa a el ensayo de comp esión 59 Figu a 5-25. G á ico de comp esión p obe a 1 60 Figu a 5-26. G á ico de comp esión p obe a 2 60 Figu a 5-27. G á ico de comp esión p obe a 3 61 Figu a 5-28. G á ico de comp esión p obe a 4 61 Figu a 5-29. G á ico de comp esión p obe a 5 61 Figu a 5-30. G á ico de comp esión p obe a 6 62 Figu a 5-31. G á ico de comp esión p obe a 7 62 Figu a 5-32. G á ico de comp esión p obe a 8 62 Figu a 5-33. G á ico de comp esión p obe a 9 63 Figu a 5-34. G á ico de comp esión p obe a 10 63 Figu a 5-35. De ec o en los acones de las p obe as 1 y 2 de comp esión 64 Figu a 5-36. Ro u a de las p obe as 1 a 5 de comp esión 64 Figu a 5-37. Vis a on al de la o u a en las p obe as 4 y 5 65 Figu a 5-38. Ro u a de las p obe as 6 a 10 de comp esión 65 Figu a 5-39. Ensayo de p obe a a co adu a en INSTRON 4483 67 Figu a 5-40. De o mación ans e sal 68 Figu a 5-41. De o mación longi udinal p obe a 1 68 Figu a 5-42. De o mación ans e sal 68 Figu a 5-43. De o mación longi udinal p obe a 2 68 Figu a 5-44. De o mación ans e sal 69 Figu a 5-45. De o mación longi udinal p obe a 3 69 Figu a 5-46. De o mación ans e sal 70 Figu a 5-47. De o mación longi udinal p obe a 1 70 Figu a 5-48. De o mación ans e sal 71 Figu a 5-49. De o mación longi udinal p obe a 1 71 Figu a 5-50. Ro u a de las p obe as de co adu a as el ensayo 71 Figu a 5-51. De alle de la o u a en las p obe as de co adu a in alamina . 72 Figu a 5-52. G á ica de los ensayos de co adu a 72 Figu a 6-1. Lámina ul adelgada as cu ado 76 Figu a 6-2. Ampliación de la lámina 76 xxiii 1 1 INTRODUCCIÓN l obje i o de es e capí ulo es pone en con ex o los aspec os que han inducido la ealización de es e abajo in de g ado pa a pode en ende los obje i os de su ejecución e in oduci algunos concep os que se nomb a án a lo la go del mismo. Además, se explica án los obje i os p incipales del abajo que se án desa ollados en los capí ulos pos e io es y se expond á cuál a a se la es uc u a an o del documen o como del desa ollo del abajo en gene al. 1.1. An eceden es Los Ma e iales Compues os cons i uyen una ciencia en con inua e olución en una búsqueda de mejo a las p es aciones que o ecen en sus dis in as a ian es. Den o de esa e olución, se han enido p oduciendo mejo as en el p oceso de ab icación de las láminas de p eimp egnado, en conc e o se ha log ado educi el espeso de las láminas. Se ha expe imen ado que la educción del espeso de la lámina apo a mejo as en el compo amien o de los laminados, gene ándose una mayo esis encia con espec o a los ma e iales ab icados con las láminas adicionales. El espeso de las capas que se an apilando pa a con o ma el ma e ial inal ha enido limi ado his ó icamen e po las ecnologías empleadas en la ab icación de los p eimp egnados. Con el es udio y desa ollo de nue as ecnologías de ab icación se ha conseguido educi conside ablemen e su espeso pasando de unas 100 mic as de las con encionales a unas 40 mic as de las nue as. Dichas láminas son conocidas como láminas ul adelgadas 1 y se án el obje i o de es udio p incipal de es e abajo [1]. 1 En inglés, Ul a- hin plies E Nociones sob e ma e iales compues os 8 2.3. Ma ices Pa a con o ma la ma iz se emplean p incipalmen e las esinas epoxy y poliés e , a las cuales se les hacen a ia sus p opiedades mecánicas y químicas pa a que se adap en a las necesidades eque idas po el p oduc o inal. El obje i o que cumple la ma iz den o del ma e ial compues o es el de embebe las ib as y auna las ca ac e ís icas de ambos componen es. Las ib as po sí solas no ienen capacidad de esis i comp esión ni de p o ege se con a daños supe iciales. Es ahí donde su ge la necesidad de ecu i a una ma iz pa a pode ap o echa las p opiedades que ienen las ib as. Se ca ac e izan po se ma e iales dúc iles al y como se ap ecia en la igu a 2-3. Se puede e que en la acción se p oduce una o u a p ema u a debido a la in ensi icación de ensiones po culpa de los de ec os que de no exis i segui ían una e olución simila a la comp esión con una zona de de o mación plás ica p e ia a la o u a del ma e ial. Figu a 2-3. Diag amas ensión de o mación pa a esinas e moes ables [2] Y al igual que con las ib as, se mues a una abla con las p opiedades p incipales pa a las dos esinas, Epoxy y Poliés e . Tabla 2–2. P opiedades mecánicas pa a a ias esinas [2] P opiedades Epoxy Poliés e Módulo de Young (GPa) 3-6 2-4.5 Resis encia a acción (MPa) 35-100 40-90 Resis encia a comp esión (MPa) 100-200 90-250 Ala gamien o de o u a (%) 1-6 2 9 Fab icación y ca ac e ización de laminados de ma e ial compues o a pa i de láminas ul adelgadas 2.4. Mé odos de ab icación En la ab icación de ma e iales compues os de ib a se dis inguen dos g andes ases: la con igu ación del laminado y el cu ado. En la p ime a ase se ealizan aquellas acciones necesa ias pa a que el ma e ial enga la con igu ación inal que se es á buscando. Así, puede a a se de dispone cada lámina en una di ección de e minada siguiendo una secuencia p ees ablecida o i colocando las ib as y la esina sob e un molde de modo que as el cu ado se ob enga una pieza que adop a una o ma de e minada. La segunda ase, el cu ado, consis e en el p oceso de polime ización esponsable de gene a enlaces en e los monóme os de la esina y enlaces pe manen es en e la ma iz y las ib as de una misma lámina y en e láminas adyacen es. De [3] se ex aen los mé odos de ab icación más empleados y una b e e desc ipción de cada uno. El mé odo p incipal en la ab icación de ma e iales compues os es el cu ado en au ocla e. Consis e en in oduci el ma e ial en una cáma a ce ada he mé icamen e con unas condiciones de empe a u a y p esión de e minadas. El ma e ial es in oducido en una bolsa de acío de modo que se mejo a su compac ación. Dado que es uno de los mé odos que empleamos en es e p oyec o, se habla á en más de alle en el capí ulo co espondien e a la ab icación del ma e ial ul adelgado. O o sis ema de cu ado que se puede emplea es el cu ado en ho no, en el cual an solo se ealiza con ol de empe a u a. Es e es o o de los sis emas empleados po lo que se de alla á más adelan e. La p ensa de pla os calien es cons a de dos pis ones en en ados que son cale ac ables. Los pis ones eje cen p esión sob e el laminado pa a compac a lo mien as se ealiza el cu ado. Se ca ac e iza po un cos e bajo en e a la imposibilidad de ab ica piezas que no sean planas sin cambia dos pis ones. O o p ocedimien o empleado es el Quicks ep, el cual cons a de un disposi i o con dos cajones que son ce ados uno sob e el o o con dos memb anas, a a és de las cuales se ansmi e p esión y empe a u a. Es un p oceso con equipo más ca o que el au ocla e pe o con ma e iales auxilia es más ba a os. El mé odo más adicional es el Hand Lay-up que como su p opio nomb e indica consis e en i colocando las ib as sob e el molde pa a pos e io men e aplica la esina con un cepillo y un odillo. Se puede cu a a empe a u a ambien e o en la es u a en unción de la esina empleada. El acabado del ma e ial depende á de la habilidad del ope a io. Pa a ab ica piezas de e olución se suele emplea el mé odo ilamen winding que consis e en i en ollando las ib as en o no a un mand il gi a o io. La ib a ya inco po a la esina p e io paso po una cube a an es de se en ollado. Es ú il pa a la ab icación de los depósi os de los mo o es cohe es po ejemplo. Uno de los mé odos que es á ganando g an acep ación en la ac ualidad es el Liquid Resin In usion que consis e en in oduci en un molde las ib as sin esina, ealiza el acío sob e és as e imp egna las de esina que es in oducida en el molde. Es o pe mi e una g an a iedad de geome ías, aunque sólo es en able pa a un núme o de piezas ele ado. Es conocido po múl iples nomb es (como el conocido RTM) debido a que cada emp esa pa en a su mé odo pa icula de inyección de esina. Exis e un mé odo más mode no que consis e en el cu ado median e el impac o de elec ones, elec on-beam. Puede se de al a po encia de modo que cu a odo el laminado o de baja po encia cu ando lámina a lámina y siendo necesa io un sis ema que aya apilando cada lámina as su cu ado. Al a a se de un ipo de ma e ial en cons an e e olución y con nume osos a ances ecnológicos an su giendo nue os mé odos como la compac ación con ul asonidos pa a un pos e io cu ado con cañones de plasma y mic oondas. Nociones sob e ma e iales compues os 10 2.5. Los Ma e iales Compues os en la Ae onáu ica La his o ia de los ma e iales compues os, si se excluyen los na u ales y el ho migón, lejos del concep o de ma e ial compues o que es udiamos en es e p oyec o, se emon a al siglo XX. En un p ime momen o, en el 1907, se ob u o de o ma pione a una esina e moes able, la bakeli a. A pa i de és a, du an e las es p ime as décadas del siglo se ue on desa ollando los dis in os ipos de esinas que cons i ui ían los p ime os ma e iales compues os. Las ib as ya e an conocidas con an e io idad a la apa ición de los e moes ables, eniéndose conocimien o de las limi aciones del uso de ib as de o ma aislada. Es ahí donde su ge la idea de combina las nue as esinas con las ib as pa a compagina sus p opiedades a pa i de la e ce a década del siglo XX. Así, los p ime os ma e iales compues os es aban con o mados po ib as de id io embebidos en ma ices enólicas y poliés e es. E an ab icados a mano y usados pa a aplicaciones que no enían eque imien os muy ele ados. [4] Es con la in oducción de los composi es en la indus ia ae onáu ica cuando se busca la mejo a de las p es aciones de los mismos dadas las necesidades que se enían en las ae ona es con la apa ición de los u bo eac o es y el aumen o del núme o de apa a os emba cados en cabina que conlle a on un aumen o del peso del a ión. Pa a no pe judica la en ol en e de uelo de las ae ona es po el aumen o de peso se empeza on a busca al e na i as que eduje an el peso median e el empleo de ma e iales compues os con ib as a anzadas (ca bono, bo o o a amidas) en la a iación mili a . En conc e o, el g an sal o se da en el 1964 en la Royal Ai c a Es ablishmen en Reino Unido con la aplicación de composi es en la a iación mili a . [5] El p incipal escollo que enían e a la ince idumb e en o no a su iabilidad una ez ope a i os. Pese a ello, su c ecimien o desde en onces ha sido cons an e y ue e, acapa ando una cuo a muy impo an e den o del sec o consiguiendo una educción de peso en o no al 20% con espec o a las adicionales aleaciones de aluminio. En la igu a 2-4 se puede obse a cómo ha ido e olucionando el po cen aje empleado de ma e iales compues os en el global de oda la ae ona e, con ejemplos de ae ona es conocidas. Con menos del 10 % en los ex endidos A320 o B737 has a el sal o que se da en la ac ualidad con el A350 o el B787 D eamline po encima del 50% en el uso de composi es. Se puede obse a esa cla a endencia al alza en el empleo de los ma e iales compues os en los inno ado es diseños que an su giendo en la ac ualidad. Figu a 2-4. E olución en el uso de ma e iales compues os en la Ae onáu ica [6] 11 Fab icación y ca ac e ización de laminados de ma e ial compues o a pa i de láminas ul adelgadas Es in e esan e ambién obse a en la igu a 2-5 cómo con los años se an desa ollando nue as piezas de compues os, en es e caso en la compañía AIRBUS. Figu a 2-5. Pa es de la es uc u a del a ión en las que se emplean composi es [7] Se obse a como de pequeñas secciones con los a ances ecnológicos y en los es udios de los ma e iales compues os se an p oduciendo a iones con secciones mayo es hechas po comple o de ma e iales compues os, como g andes secciones del uselaje o de las alas en el A350. Pa a acaba en la igu a 2-6 se puede ap ecia según qué zonas se u iliza un ipo de ma e ial compues o u o o, en es e caso del B787. Se cons a a como la mayo pa e del ma e ial compues o empleado es laminado de ib a de ca bono, especialmen e en secciones la gas del uselaje y las alas. Po o o lado se e que aún quedan secciones en las Figu a 2-6. Desglose de ma e iales en B787 Nociones sob e ma e iales compues os 12 que los ma e iales compues os no pueden sus i ui a ma e iales con encionales como el aluminio en el bo de de a aque de las alas. En cuan o al ma e ial que se a a es udia , las láminas ul adelgadas an a pe mi i , si unciona como es espe ado, una mayo esis encia pa a el mismo espeso de laminado, o is o de o a o ma, pa a una solici ación conc e a se necesi a á menos ma e ial suponiendo una educción de peso con las en ajas que eso conlle a. 13 3 FABRICACIÓN DE PROBETAS CON LÁMINAS ULTRADELGADAS n el siguien e capí ulo se a a de alla odo el p oceso seguido pa a en p ime luga ab ica las placas de p eimp egnado de ib a de ca bono con láminas ul adelgadas pa a pos e io men e ob ene de dichas placas las p obe as eque idas siguiendo la no ma pe inen e pa a ealiza los ensayos de ca ac e ización obje o de es e P oyec o in de g ado. An es de empeza a desa olla odo el p oceso de ab icación y las p ecauciones omadas du an e el mismo, se a a explica cómo es el ma e ial es udiado y aspec os elacionados con su ab icación. 3.1. Sob e el ma e ial de es udio En un p ime luga se a esumi la in o mación dada po la emp esa que ab ica el ma e ial sob e su p oceso de elabo ación y sob e sus ca ac e ís icas, y en el segundo subapa ado se comen a án las ca ac e ís icas obse adas en el ma e ial as su desembalaje en la sala limpia del labo a o io y las p ime as manipulaciones con el mismo. 3.1.1 In o mación de la emp esa El ma e ial ul adelgado que se ha comp ado en el labo a o io pa a ealiza su es udio pe enece a la compañía sueca Oxeon undada en el 2003, denominándose el ma e ial en conc e o TeX eme. Se a a de láminas de ma e ial compues o empleando dis in os ma e iales, pe o p incipalmen e se a an de ib as de ca bono HS (high s eng h), IM (in e media e modulus) o HM (high modulus) [1]. La mane a en la que la emp esa consigue educi el espeso de las láminas con es e ma e ial eside en un p oceso de ex usión de la ib a de ca bono pa a dispone la en cin as. Figu a 3-1. P oceso de disposición de la ib a de ca bono en cin as Es e ma e ial esul an e se denomina “Sp ead Tow UD (Uni-di eccional) apes” y es en el p oceso desc i o denominado Sp ead Tow donde eside la cla e pa a la ob ención de láminas de ib a la ga de ca bono más inas que las con encionales, disponiendo en la misma á ea mayo olumen de ib as, lo cual puede con e i al ma e ial un mejo compo amien o mecánico. E Fab icación de p obe as con láminas ul adelgadas 14 En la igu a 3-2 se pueden compa a las di e encias comen adas en e las láminas con encionales y las TeX eme donde se puede e una educción eó ica del espeso a la mi ad y una disposición de las ib as más egula y compac a que en las láminas ab icadas po los mé odos con encionales. Según la emp esa, además de las en ajas mecánicas desa olladas, esul a más ácil de manipula y co a que las con encionales, después se comen a á la expe iencia pe sonal al espec o. La o a a ian e en la que se puede ob ene el p oduc o es en o ma de ejido, que es el ma e ial que se iene en el labo a o io y con el que se a a abaja . La iloso ía pa a ob ene las láminas unidi eccionales es la misma, a iando el p oceso de disposición de las cin as en o ma de ejido al y como se obse a en la igu a siguien e. Figu a 3-3. Compa ación en e el ejido ul adelgado y el con encional Es a disposición median e el mé odo Sp ead Tow pe mi e ob ene ejidos más delgados que los adicionales, una mejo disposición de las ib as con i iendo mayo esis encia al e i a el ondulamien o de las mismas y educi las zonas con exceso de esina po p oblemas de apilamien o del ma e ial du an e el p oceso. Es a educción del espeso mejo a la esis encia a la o u a del ma e ial, lo cual se puede e en el siguien e g á ico. Figu a 3-4. Relación en e el espeso de la lámina y su esis encia a o u a [1] Figu a 3-2. Compa ación en e las láminas TeX eme y las con encionales 15 Fab icación y ca ac e ización de laminados de ma e ial compues o a pa i de láminas ul adelgadas Pa a inaliza , enma cándolo en el sec o ae onáu ico que nos compe e, cabe eseña que ya se ha p oducido en Suecia un a ión lige o con alas y uselaje ab icados ín eg amen e con dicho ma e ial log ando una disminución en peso y mejo as en la esis encia de la ae ona e. Figu a 3-5. A ión lige o ab icado con láminas ul adelgadas [1] 3.1.2 Ca ac e ís icas del ma e ial ecibido La in o mación adjun a ace ca del ma e ial ecibido sob e su p oducción es la siguien e: Clien e: S ock Lo e: 6439/FL Rollo Nº: 1 Ma e ial: CPV4-TEXTREME1000-100G-42%RW Can idad: 22.3 𝑚2 Fecha de ab icación: 6 junio del 2016 El ma e ial se ecibe debidamen e embalado, e mosellado y congelado pa a su co ec a conse ación el mayo iempo posible. Según las especi icaciones dadas po el ab ican e adjun o al embalaje, es a ía en óp imas condiciones 12 meses conse ándose a -18º C o 21 días a una empe a u a de abajo de 20º C. En la igu a 3-6 se e el ollo del laminado ya desembalado de su plás ico. Se obse a cómo iene co ec amen e en ollado en un cilind o, ob eniéndose un ancho de la lámina de 1 m y una longi ud de 22.3 m. La lámina es á sepa ada doblemen e, en p ime luga un plás ico sepa ado de colo azul pa a p ese a la ca a delan e a y o a capa de colo ma ón que pe mi e que la ca a pos e io man enga su capacidad adhesi a y acili e el apilamien o de las láminas pa a con o ma el p oduc o inal. Fab icación de p obe as con láminas ul adelgadas 16 Figu a 3-6. Rollo del ejido ul adelgado Se ap ecia ambién que el ejido p opo ciona una cuad ícula de 2x2 cm y que la disposición a simple is a es no ablemen e homogénea y ec a, como se puede obse a en la siguien e ilus ación 3-7 donde ambién se ap ecia la doble o ien ación de las ib as. Figu a 3-7. Imagen del ejido En cuan o a su a o al co e, des aca que es co ec o y ácil de ejecu a , p opo cionando un co e sin i egula idades. A su ez, es ácil de despega del plás ico p o ec o y se adhie en sin p oblemas unas láminas con o as du an e el apilado. Pa a acaba con el análisis inicial del ma e ial se oman a ias medidas del espeso con el mic óme o de ca as planas y son compa adas con el ma e ial AS4 8552, que es el más empleado en los p oyec os académicos del labo a o io y que es á compues o de ib a de ca bono unidi eccional. 17 Fab icación y ca ac e ización de laminados de ma e ial compues o a pa i de láminas ul adelgadas Tabla 3–1. Compa ación de espeso es en e TeX eam y AS4 8552 Ma e ial Unidades Media AS4 8552 µm 205 206 202 204 204.25 TeX eam µm 123 129 130 125 126.75 Se obse a una disminución en o no al 40% con espec o al AS4 8552 aún siendo un ejido y po an o doble capa. En cambio, con espec o a o os ma e iales que andan en o no a las 100 mic as la educción es pa en e si nos a enemos p ecisamen e a que es un ejido y que, po an o, el espeso si ue a una cin a unidi eccional se ía de la mi ad, suponiendo una educción del 40% ambién. Un aspec o a des aca después de la compa ación con el AS4 8552 es una mayo dispe sión es las medidas, es deci , la dis ibución de espeso es a lo la go de la lámina ul adelgada es menos uni o me, a iando no ablemen e en e zonas anexas de la lámina. 3.2. Condiciones de abajo y elemen os necesa ios Hay una se ie de eque imien os que se deben segui con el obje i o de que odo el p oceso es é bajo la no ma co espondien e. La ab icación se a a ealiza en el labo a o io del depa amen o (LERM) el cual es á dispues o siguiendo la no ma I+D-P.233 [8]. En conc e o, en es a ase del p oyec o se a a hace uso del congelado núme o 3 pa a p ese a el ollo con el ma e ial ob enido y los laminados que se ayan apilando, de la sala limpia en la cual se a a ealiza el co e y apilado del ma e ial, el au ocla e y un ho no pa a ealiza el cu ado de la pieza y del alle de mecanizado donde se ealiza á la p epa ación de las p obe as. Du an e el co e y apilado de las láminas hay que e i ica que en la sala limpia se cumplen las siguien es condiciones:  La sob ep esión mínima debe se de 1 mm de 𝐻2𝑂.  Pa a pa ículas en suspensión de amaño supe io a 5 mic as la concen ación debe se in e io a 50 pa ículas po li o de ai e.  En odo el p oceso se debe igila que las condiciones de humedad y empe a u a no se salgan de la egión ma cada en la siguien e igu a. Figu a 3-8. Condiciones pa a la sala limpia en humedad y empe a u a [3] Fab icación de p obe as con láminas ul adelgadas 24 Se e i a uno de los papeles plas i icados de cada laminado y los pegamos sob e el e lón. Aho a se e i a el papel p o ec o supe io y se coloca con cuidado el desmoldean e es an e y se pega sob e los laminados. En la esquina dispues a pa a la colocación de las omas de acío se e ec úa un co e de modo que sólo quede el laminado desmoldean e in e io . En la igu a 3-20 se puede e la disposición inal de una de las placas. Figu a 3-20. Dis ibución de los laminados en la bolsa de acío A con inuación se co a con las ije as un ozo de Ai wea e® que aba que oda la placa, incluida la zona pa a las omas de acío. La inalidad del mismo es la de homogeneiza odo el acío a lo la go de la bolsa e i ando que queden zonas sin e ec ua se el acío. Sob e el ejido ai eado y en la zona ese ada a al e ec o se coloca la base de las omas de acío. Fal a po coloca la bolsa de acío. Pa a ello se co a á del ollo de la sala de laminación el aislan e con un amaño supe io al de la placa con el obje i o de ene ma gen de segu idad du an e la colocación del mismo pa a pos e io men e eco a la bolsa sob an e. Pa a coloca la bolsa se puede pedi ayuda a un compañe o o de o ma indi idual i pegando bo de a bo de sin eje ce p esión sob e el c oma o pa a e i a que quede pegado de o ma inde inida e impidiendo co ecciones. Una ez que es á colocado el plás ico aislan e con la espá ula se eje ce p esión sob e los bo des e i ando que queden huecos po los que pueda en a el ai e. Se debe ene especial cuidado con las esquinas donde el solapamien o de c oma o es con lic i o. Finalmen e se eco an los bo des sob an es y se colocan las omas de acío, una ez pa a ma ca los aguje os que son e i ados con el cú e y o a ez ya de o ma de ini i a. En la siguien e o og a ía se e la bolsa lis a pa a el cu ado. Figu a 3-21. Bolsa de acío 25 Fab icación y ca ac e ización de laminados de ma e ial compues o a pa i de láminas ul adelgadas Pa a inaliza sólo es a comp oba que el acío no iene pé didas. Pa a ello, en p ime a ins ancia, se conec a una de las omas de acío a la salida del comp eso que se iene en la sala limpia y se ealiza acío sob e la bolsa. Se escucha si hay alguna pé dida ap eciable en los bo des y se a egla con la espá ula. Aho a pa a una e i icación más p ecisa se uel e a ealiza acío po una oma y po la o a se conec a un medido de p esión que se i á pa a comp oba que no hay pé dida en la bolsa. Es o es impo an e pa a el cu ado en au ocla e, pe o especialmen e lo es pa a el cu ado en ho no, como es la p ime a e apa de cu ado del ma e ial, pues o que ahí no se es á comp obando en di ec o que no se pie de p esión du an e el cu ado. 3.3.4 P oceso de cu ado del ma e ial Los laminados de AS4 8552 ienen ciclos de cu ado en au ocla e de es a cua o ho as en los cuales se con ola empe a u a, p esión y acío en la bolsa. En cambio, pa a el ma e ial ul adelgado, según las especi icaciones ecibidas po pa e del ab ican e el ciclo de cu ado es dis in o. En p ime luga , no es un sólo ciclo de cu ado si se quie en ob ene las máximas p es aciones. En las especi icaciones igu a un p ime ciclo de 16 ho as de du ación a una empe a u a man enida de 65º C y con una ampa desde empe a u a ambien e de 2º C po minu o. Es e ciclo da como empe a u a de i i icación del p oduc o inal 65º C. Si se quie e ob ene una empe a u a de i i icación mayo , se debe ecu i a un ciclo de pos cu ado que, pa a ob ene una 𝑇𝑔 de 107º, se ía necesa io man ene lo du an e 1 ho a a 120º con una ampa máxima de 20º po ho a. En la siguien e abla se mues an los ciclos de cu ado al e na i os. Tabla 3–2. Ciclos de cu ado pa a el ejido TeX eam [10] Tempe a u a de cu ado (º C) Tiempo de cu ado (ho as) 𝑇𝑔 inal (º C) 652 16 65 80 5 75 100 2 100 120 1 107 En las especi icaciones no igu an condiciones de p esión du an e el cu ado, an sólo se debe de man ene acío en la bolsa du an e el p oceso, de ahí la impo ancia de que se man enga el acío cons an e en el iempo sin ninguna pé dida ap eciable. Teniendo en cuen a las posibilidades, se op a po la opción que da un ma e ial con mejo es p opiedades, el doble ciclo de cu ado con máxima empe a u a. La p incipal di icul ad en el p oceso de cu ado de es e ma e ial con es as especi icaciones, eside en el p ime ciclo de cu ado de du ación 16 ho as mas la ampa de ascenso y descenso. Si ese cu ado se ealiza en au ocla e implica ía ene du an e un día la máquina inope a i a pa a o as necesidades del labo a o io. Po ello, y dado que no hay que ealiza un con ol en p esión, se op a po hace uso de la cáma a climá ica Challenge 600 si uada en el alle , la cual ealiza con ol en empe a u a y humedad. En es e caso, sólo se some e a con ol en empe a u a. Es e ciclo pod ía habe se ealizado en un ho no, pe o el amaño educido del mismo implica ía ab ica en lo es, y dado que son más de 16 ho as se es imó opo uno emplea la Challenge en la cual se podían cu a los seis laminados a la ez y se le podía in oduci una ampa. 2 Es e ciclo es un ciclo de cu ado inicial, es deci , pa a ealiza cualquie a de los es siguien es es necesa io habe ealizado p e iamen e el ciclo de 16 ho as. Fab icación de p obe as con láminas ul adelgadas 26 Figu a 3-22. Cáma a climá ica Challenge 600 El único incon enien e de dicha máquina es que no se puede p og ama pa a empeza y inaliza el p oceso, siendo necesa io una pe sona p esen e pa a ealiza la ope ación. Es po ello que se empezó el ciclo a las 17.00 con el obje i o de pode es a a las 9.00 del día siguien e pa a inaliza el p oceso debidamen e. En base a odo ello, el ciclo de cu ado inicial seguido es el siguien e. Figu a 3-23. Ciclo de cu ado inicial Después de ealiza es e p ime ciclo se ex aen las piezas de la bolsa y se comp ueba po simple inspección isual y ác il que el cu ado ha sido sa is ac o io. Pues o que es así y los laminados se en que han cu ado de o ma co ec a, se uel en a c ea dos bolsas de acío siguiendo el mismo p oceso desc i o an e io men e. Aho a se a a de un ciclo de du ación 1 ho a a 120º C pa a ob ene una empe a u a de i i icación de 107º C. Es e ciclo sí es ac ible ealiza lo en el au ocla e, y po las acilidades que o ece se ealiza ahí el cu ado. Un au ocla e es un equipamien o que cons a de un ecipien e, gene almen e cilínd ico, al cual se le apo a un sis ema de empe a u a y p esión. Es empleado pa a uni , cu a y consolida ma e iales compues os de dos o más elemen os, como son los laminados. Su amaño depende del uso que se le a a da y es u ilizado 0 10 20 30 40 50 60 70 -1 1 3 5 7 9 11 13 15 17 Tempe a u a ºC Ho as 27 Fab icación y ca ac e ización de laminados de ma e ial compues o a pa i de láminas ul adelgadas especialmen e en el sec o que nos a añe, el ae onáu ico. Cons a de una cáma a p esu izada que sopo e las p esiones de cu ado, un equipo calen ado , un sis ema de acío, sis ema de con ol que moni o ice las condiciones de p esión y empe a u a y unos sopo es que si an de apoyo pa a las placas. Figu a 3-24. Au ocla e en el LERM An es de empeza con el ciclo de cu ado, se debe comp oba que no hay pé dida de acío en la bolsa. Pa a ello se conec an las omas de acío del au ocla e a las bolsas, se le aplica acío y se cie a la oma, comp obando que se man iene in a iable du an e un pe iodo de 30 segundos. Una ez comp obado ya se puede in oduci la placa e inicia el cu ado. En es e caso, el ciclo p og amado en el au ocla e es el siguien e. Figu a 3-25. Ciclo de pos cu ado, con ol en empe a u a Figu a 3-26. Ciclo de pos cu ado, con ol en acío 0 20 40 60 80 100 120 140 020 40 60 80 100 120 140 160 180 Tempe a u a ºC Minu os -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 020 40 60 80 100 120 140 160 180 P esión (ba ) Minu os Fab icación de p obe as con láminas ul adelgadas 28 Una ez que inaliza el p oceso se ab e el au ocla e y se e i an las placas, se ab e la bolsa y se e i ica que odo salió co ec amen e y que la compu ado a del au ocla e no ma có ningún allo. Pa a acaba con el p oceso de cu ado, es a limpia las placas de aluminio pa a que puedan se eu ilizadas. Es o se hace con ace ona y papel, p o egiéndose las manos con guan es de lá ex y ce ca de una en ana debido al olo in enso de la ace ona. 3.4. Fab icación y p epa ación de las p obe as Una ez que ya se ienen las placas del ma e ial a es udia ab icadas, se p ocede con la p epa ación de las p obe as. Lo p ime o que se debe ealiza es esana las placas ob enidas pa a elimina los bo des en los que la esina ha luido y no es ma e ial con las p opiedades deseadas. Pa a ello se acude al alle del depa amen o y se hace uso de la adial con disco de ilo de diaman e. Se a a de un elemen o de co e po icción, adecuado pa a el co e an o de compues os de ib a de ca bono como de id io. Es p eciso emplea ba a y guan es de goma como medidas de segu idad du an e el co e. Pa a ello es necesa io ac i a el sis ema ex ac o de pa ículas y ab i lige amen e la lla e del agua conec ada a la máquina pa a lub ica el co e y disipa el calo gene ado. La mesa de co e dispone de unos apoyos egulados po un calib e que pe mi i á hace co es p ecisos. Figu a 3-27. P oceso de esana los bo des de un laminado Aho a oda la placa es álida como ma e ial uni o me y homogéneo A con inuación se mide y se ma ca en la lámina el la go de las p obe as. En el caso de las p obe as a acción longi udinal y las de co adu a el la go a medi son 200 mm, Figu a 3-18. 29 Fab icación y ca ac e ización de laminados de ma e ial compues o a pa i de láminas ul adelgadas Figu a 3-28. P obe a de acción El caso de las p obe as des inadas a la comp esión, igu a 3-29, se a a segui un p oceso de medición dis in o. Se a a co a la placa p incipal a 90 mm y los acones a 42.5 mm de la go. El obje i o de es o es esana as el pegado de los acones a 80 mm. Es e mé odo da una mayo p ecisión en la ab icación de p obe as a comp esión, en las que el disposi i o en el que se in oducen las p obe as equie e mayo de alle. Figu a 3-29. P obe a de comp esión Con la misma máquina de co e desc i a an es se e ec úan los co es pe inen es en las placas. Se pod ía ya co a el ancho de las p obe as, pe o pa a pega los acones es conside ablemen e más p ác ico hace lo sob e la placa comple a. Po an o, se p ocede con la p epa ación de los acones que aún no se ienen dispues os, es deci los de las p obe as a acción. Se an a ab ica de ib a de id io. En el labo a o io ya se dispone de laminados de ib a de id io ab icados po lo que no es necesa io p oduci los, sino sólo co a y acondiciona pa a su pegado. Así pues se selecciona la siguien e placa de ib a de id io, igu a 3-30. Figu a 3-30. Laminado de ib a de id io Fab icación de p obe as con láminas ul adelgadas 30 Aho a se co an de ahí los acones pa a las placas. En o al son necesa ios 8 lis ones, 4 po placa. Se ha es ipulado que el ancho de cada acón se á de 45 mm. Algo que es impo an e eseña , es la di ección de co e de los lis ones. Es c ucial que la o ien ación de las ib as de id io y las de ca bono engan una o ien ación ela i a de 45º. Es po ello que los lis ones se co a án pa alelos al bo de del iángulo que es á a 45º. Pa a mayo acilidad con el lijado no se co an los lis ones de 200 mm de la go sino de unos 500 mm de modo que de cada uno se ex aen después dos acones. Figu a 3-31. Lis ones de ib a de id io ya co ados Como se ha comen ado, es necesa io acondiciona los pa a que se pegue co ec amen e a la p obe a. Es po ello que se debe lija . La he amien a empleada pa a ello es una alad ado a a la cual se le coloca una lija de 240 mm que es la que a a da el acabado supe icial eque ido. El lijado se ealiza suje ando median e pesos los lis ones a la mesa de abajo de modo que no se mue an al pasa la lija. La ib a de id io puede se pe judicial pa a la salud si no se oman las p ecauciones necesa ias, po lo que el p oceso se debe ealiza con masca illa, ga as de p o ección y guan es. Al inaliza el lijado, se debe limpia de pol o de id io cualquie pa e que queda a desp o egida. Figu a 3-32. P oceso de lijado de los acones de ib a de id io Sólo es necesa io lija una de las ca as de cada lis ón, la que a pegada al ma e ial. El obje i o es elimina las impu ezas, i egula idades y es os de esina que pudie an impedi que la adhesión sea óp ima. La mane a de comp oba que se ha e ec uado bien el lijado, no es sólo al ac o e i icando que desapa ecen las ugosidades sino ambién isual. La pá ina b illan e que ienen al p incipio los acones se debe elimina has a pasa a un acabado ma e. 31 Fab icación y ca ac e ización de laminados de ma e ial compues o a pa i de láminas ul adelgadas En la igu a 3-33 se puede ap ecia la di e encia en e un acón lijado y o o sin lija . Figu a 3-33. Di e encia en e un acón lijado y o o sin lija Una ez que se han acondicionado las piezas pa a los acones se co an con el amaño de las placas. El mismo p oceso de lijado seguido en la ib a de id io se debe ealiza en las zonas del ejido de ib a de ca bono donde i án adhe idos los acones. Es e p oceso en eo ía sólo es necesa io cuando se aplica un líquido desmoldeado en la placa mien as que aquí es una lámina la que ealiza dicha unción. Pe o po p ecaución se ealiza dicho p oceso sob e las placas y sob e una de las ca as de los acones pa a las p obe as de comp esión. Figu a 3-34. Lijado de acones de ib a de ca bono Figu a 3-35. Di e encia en e zona a ada y sin a a Finalizado odo el p oceso de lijado del ma e ial se limpia la supe icie de las placas y los acones con ace ona y papel pa a elimina los es os que pudie an habe quedado. Pa a acaba , de nue o en el labo a o io se p ocede a pega los acones a las placas. Con el ma e ial AS4 8552 se ecu e a un adhesi o Z-15429 que ac úa a 120º C, in oduciéndose po an o du an e una ho a en au ocla e o haciendo uso de la p ensa de pla os calien es. En el caso del ma e ial ul adelgado, la empe a u a máxima que se puede alcanza es de 107º C po lo que no se puede ecu i a es e ágil mé odo. El pegado se ha de ealiza con adhesi o ae onáu ico EA-9394, el cual puede se e ec i o en ío as una semana de exposición al ambien e o en 1 ho a y media si se in oduce en el ho no a 66º. Dado que el ma e ial admi e esa empe a u a, se acele a á el p oceso en el ho no. Fab icación de p obe as con láminas ul adelgadas 32 En p ime luga se necesi a un ozo de ca ón que quepa en el peso, sob e el cuál se a a añadi el adhesi o y el ca alizado en la p opo cion 100/17. Las mediciones se i án haciendo en el peso. Se ealiza la mezcla con una espá ula de aluminio y se a no ando cómo se uel e más luido el adhesi o con o me el ca alizado eje ce su e ec o. Cuando se enga una mezcla homogénea y ela i amen e luida se iene el adhesi o lis o. Pa a p o ege la mesa de abajo se cub e con un ilm p o ec o . A su ez, se debe abaja con guan es de lá ex y ba a. El adhesi o se espa ce sob e la ca a lijada del acón de al o ma que quede lo más uni o me posible sob e el mismo. Pos e io men e se coloca sob e el ma e ial y se eje ce p esión al mismo iempo que se desplaza el acón en cí culos pa a que el adhesi o sob an e salga. Finalmen e, u ilizando un elemen o plano se colocan a as acón y laminado. Figu a 3-37. Tacón con adhesi o ae onáu ico Figu a 3-38. Tacón colocado sob e la pieza Se ealiza es e p oceso con los acones es an es. A con inuación se deja en e 15 y 20 minu os en eposo mien as se ija le emen e el conjun o pe o sin que aún haya dejado de es a en es ado luido. Pasado ese iempo, con ace ona se limpia el adhesi o sob an e en la placa y se co ige la posición a as de los acones po si se desplaza on. Aho a es necesa io coloca placas me álicas y pesos pa a dis ibui p esión sob e los conjun os y se deja has a el Figu a 3-36. Mezcla de adhesi o y ca alizado 33 Fab icación y ca ac e ización de laminados de ma e ial compues o a pa i de láminas ul adelgadas día siguien e en dicha posición. Figu a 3-39. Laminados limpios as el pegado de los acones Figu a 3-40. Dis ibución de pesos sob e los acones Al día siguien e se in oducen las placas en el ho no a 66º C y se dejan en el mismo du an e ho a y media. Pasada ho a y media ya es án las placas lis as pa a co a las p obe as. Se co a án del amaño indicado en las igu as 3-28 y 3-29, pe o pa a las placas de 0º y de comp esión se ex ae án p obe as de dos con igu aciones dis in as. En un p incipio se pensó en con igu aciones en las que a ia a el núme o de cuad ados oscu os y cla os (o ien ación de la ib a dis in a) pe o se concluyó que ambas si uaciones se ían lo mismo, pues o que el cuad ado que es de un colo en una ca a de la p obe a lo es del con a io en el e e so. Po ello se op ó po una con igu ación (I) en la que en la p obe a sólo haya una línea de ejido y o a (II) en la que la p obe a se si úe en la mi ad de la línea di iso ia en e cuad ados. Véanse las igu as 3-42 a 3-45 pa a mayo cla idad. Figu a 3-41. Laminados con los acones en el ho no In oducción a los ensayos de ca ac e ización mecánica 40 Esas a iables de las que depende el p oblema son:  𝑬𝟏𝟏: Módulo elás ico en la di ección longi udinal.  𝑬𝟐𝟐: Módulo elás ico en la di ección ans e sal.  𝑮𝟏𝟐: Módulo de cizalladu a in alamina .  𝝂𝟏𝟐: Coe icien e de Poisson in alamina . Eso es en e e encia a la igidez del ma e ial. Además se debe ca ac e iza la esis encia del ma e ial median e las siguien es cons an es:  𝑿𝒕: Resis encia a la acción en la di ección longi udinal.  𝒀𝒕: Resis encia a la acción en la di ección ans e sal.  S: Resis encia a co adu a in alamina .  𝑿𝒄: Resis encia a la comp esión en la di ección ans e sal  𝒀𝒄: Resis encia a la comp esión en la di ección ans e sal. En el caso de es e ma e ial al a a se de un ejido, sólo es p eciso medi las p opiedades en la di ección longi udinal pues o que la ans e sal a oja á los mismos esul ados po el ca ác e o ó opo de las láminas [2]. 4.1. Condiciones de ensayo según la no ma En base a la no ma ASTM D3039 [11] las condiciones que deben e i ica se du an e la ealización de los ensayos son las siguien es:  Alineación de la ca ga: es impo an e que la ca ga que ac úa sob e las p obe as no o igine lexión sob e las mismas pues o que es o puede al e a los esul ados ex aídos. Con al obje o, se pueden coloca dos bandas ex ensomé icas en los bo des de la p obe a pa a comp oba el alineamien o de la ca ga.  En cuando a las condiciones s anda d la empe a u a debe se de 23 +/- 1 ºC y la humedad ela i a de 50 +/- 10 % . La elocidad de ca ga debe se in e io a 2 mm po minu o. Po o o lado, dicha no ma hace e e encia a la oma de da os. Se deben de ene al menos 5 p obe as de cada ipo pa a que el ensayo sea conside ado álido, y de cada se ie se deben ex ae las siguien es magni udes median e las exp esiones 4.3-4-5.  Valo medio 𝑋 = ∑𝑋𝑖 𝑛 𝑖=1 𝑛 (4.3) 41 Fab icación y ca ac e ización de laminados de ma e ial compues o a pa i de láminas ul adelgadas  Des iación ípica 𝑠=√∑𝑋𝑖2−𝑛𝑋 2 𝑛 𝑖=1 𝑛−1 (4.4)  Coe icien e de a iación 𝜂=100𝑠 𝑋  (4.5) donde n es el núme o de mues as y X el alo ob enido en el ensayo. 4.2. Ensayo de acción El obje i o del ensayo de acción sob e laminados iene el obje i o de ex ae las p opiedades de igidez y esis encia del laminado. Si el laminado ue a unidi eccional se ía necesa io ealiza el ensayo pa a la con igu ación 0º y 90º e i iéndose a la o ien ación de las ib as. Sin emba go, al a a se de un ejido an sólo se á necesa io analiza pa a las dos con igu aciones expues as en el capí ulo an e io . Pa a dicho ensayo se hace empleo de la máquina uni e sal de ensayos INSTRON 4482. Es una máquina elec omecánica que unciona median e un o nillo sin in, Fig. 4-1. Pa a la misma es necesa io selecciona unas mo dazas adecuadas a las p obe as que se an a ensaya . Po ello se ecu e a unas con el ma gen 0-6 mm de ape u a. El obje i o del ensayo de acción es ob ene 𝐸11 𝑦 𝜈12 además de la esis encia a acción. Figu a 4-1. INSTRON 4482 In oducción a los ensayos de ca ac e ización mecánica 42 Figu a 4-2. Mo daza pa a acción Figu a 4-3. Ú iles pa a comp esión 4.2.1 De e minación de 𝑬𝟏𝟏 𝒚 𝝂𝟏𝟐 Pa a de e mina dichas cons an es elacionadas con la igidez del ma e ial es necesa io coloca dos bandas ex ensomé icas en las p obe as. En conc e o se deben coloca en la zona cen al, una en la di ección del eje x y o a del eje y al y como se mues a en la igu a, 4-4. A pa i de es as bandas se medi án las de o maciones ans e sal y longi udinal (𝜀𝑦 𝑦 𝜀𝑥). Cuando la p obe a es some ida a una ca ga de acción F, el enso de ensiones solución del p oblema en la zona egula izada end á dado po la exp esión 4.6. 𝜎𝑥=𝐹 𝐴 (4.6) donde A es la sección ans e sal de la p obe a, de ahí la impo ancia de oma medidas con el calib e del ancho de cada p obe a y con el mic óme o de ca as planas del espeso de las mismas. En base a es o, se ob ienen los alo es del módulo de la elas icidad en la di ección x y el coe icien e de Poisson Figu a 4-4. Posición de las bandas ex ensomé icas X Y 43 Fab icación y ca ac e ización de laminados de ma e ial compues o a pa i de láminas ul adelgadas 𝐸11 =Δ𝐹 𝐴 Δ𝜀𝑥 (4.7) 𝜈12 =−Δ𝜀𝑦 Δ𝜀𝑥 (4.8) El módulo de la elas icidad longi udinal ep esen a la cons an e de p opo cionalidad en e una ensión no mal aplicada y la de o mación asociada a la misma, o dicho de o a o ma, ensión no mal que se ha de aplica pa a que la de o mación no mal alcance el alo unidad. En cuan o al coe icien e de Poisson, es la elación en e la con acción la e al uni a ia y el ala gamien o longi udinal uni a io al aplica una ensión longi udinal [2]. 4.2.2 De e minación de la esis encia Pa a inaliza con el ensayo de acción se ex ae el alo de la esis encia a la acción en la di ección longi udinal del ma e ial, pues o que es equi alen e en la ans e sal. La esis encia se calcula di idiendo el alo de la ca ga an es de la o u a en e el á ea de la sección ans e sal. 𝑋𝑡=𝑃𝑢𝑙𝑡 𝐴 (4.9) 4.2.3 Tipos de o u a La o u a puede eni o iginada po allos in e nos en el ma e ial como la o u a de ib as, la mic o isu ación de la ma iz, la sepa ación de la in e ase ib a-ma iz o la sepa ación en e láminas (delaminación). A pa i del 50% de la ca ga de o u a se empiezan a ompe las p ime as ib as, o iginando concen aciones de ensiones que pueden de i a en un despegue de la ib a. O a posibilidad es que g ie as en secciones ans e sales coalezcan dando luga a un despegue gene alizado de ib as y/o allo po co adu a de la ma iz. Así, se pueden ag upa los allos en:  Ro u a ágil en una sección: o iginado p incipalmen e po la o u a de ib as en dicha sección. Da luga a una supe icie de o u a limpia sin que se di e encien dos componen es dis in os.  Ro u a ágil en una sección i egula : en es e caso no se a a de una o u a limpia pues o que se ha p oducido un a anque y/o despegue de ib as. Apa ecen ex emos de ib a en la supe icie de o u a.  Ro u a ágil en dis in as secciones i egula es: se p oduce po despegue y o u a de ib as y/o allo po co adu a de la ma iz. 4.3. Ensayo de comp esión Es e ensayo es ealizado pa a ob ene las p opiedades a comp esión de laminados. La ca ga se puede aplica en la p obe a po co adu a, en los ex emos o po una combinación de és as, gene almen e po cizalladu a. Depende á de la no ma en la que se base el ensayo, la cual dic amina el ipo de p obe a y el ú il necesa io. In oducción a los ensayos de ca ac e ización mecánica 44 En el caso de es e p oyec o es a á basado en las no mas EN 2850 [12] y ASTM D695 [13]. Pa a ob ene los alo es de esis encia, como es es e caso, es necesa io emplea p obe as con acones siendo c ucial el pa alelismo y pe pendicula idad de las ca as. Se a a in oduci la ca ga de comp esión po los ex emos inco po ando un disposi i o a la máquina INSTRON 4482 al igual que pa a la acción con la di e encia del sen ido de la ca ga. El ú il según la no ma P EN2850‐B [12] es el mos ado en la igu a 4-5: La p obe a, que ha sido diseñada según la geome ía comen ada en apa ados an e io es, es in oduci á en e los dos sopo es an ipandeo los cuales son ap e ados en e sí y con el sopo e p incipal median e o nillos y palome as. Además hay o o elemen o que no igu a en el plano an e io que eje ce de nexo en e la p obe a y el b azo supe io de la máquina y que es colocado en el ex emo que sob esale de la p obe a. A su ez, es necesa io selecciona en ez de mo dazas un ú il plano sob e el que si ua el disposi i o comen ado. Se mues a en la igu a 4-3. 4.3.1 De e minación de la esis encia a comp esión La esis encia del ma e ial a la comp esión se calcula a pa i de la ca ga úl ima has a o u a de la p obe a y del á ea de la sección ans e sal de la p obe a, medida que ha de e ec ua se median e el mic óme o de ca as planas. 𝑋𝑐=𝑃𝑢𝑙𝑡 𝐴 (4.10) 4.3.2 Tipos de o u a La igu a 4-6 esume los dis in os ipos de o u a admisibles que se pueden obse a en las p obe as de comp esión. Figu a 4-5. Disposi i o pa a las p obe as del ensayo a comp esión según P EN2850‐B [14] 45 Fab icación y ca ac e ización de laminados de ma e ial compues o a pa i de láminas ul adelgadas 4.4. Ensayo de co adu a in alamina sob e laminados +/- 45º Finalmen e, al a po calcula la igidez a co adu a 𝐺12 la cual es más complicada de ob ene que las cons an es an e io es. Exis en pa a ello dis in os mé odos los cuales se pueden ag upa en dos bloques:  Mé odos indi ec os: se de e mina la cons an e a pa i de un ensayo a acción sob e un laminado con las ib as o ien adas en un cie o ángulo con espec o a la aplicación de las ca gas. Son los mé odos O - Axis y el ensayo sob e laminados equiangula es +/- 45º.  Mé odos di ec os: Se some e la p obe a a un es ado de de o mación angencial pu a y uni o me. Son los mé odos Rail Shea Tes , Iosipescu, Compac y el ensayo de o sión sob e ubos. En es e caso, se es udió la posibilidad de ealiza el ensayo O -Axis y el de la o ien ación a +/- 45º. El p ime mé odo iene la di icul ad que aca ea el acoplamien o en e ensiones no males y de o maciones angenciales, pues o que si la p obe a se some e a acción al no ac ua la ca ga en las di ecciones de o o opía se da luga a una de o mación angencial como se obse a en la p ime a imagen de la igu a 4-7. Pa a elimina dicha de o mación angencial se diseña un disposi i o de acción como el de la imagen segunda, pe o eso p o oca una de o mada que da luga a un complejo es ado ensional no uni o me de solución no conocida. La solución analí ica ob enía po Pagano y Halpin pa a el p oblema simpli icado de la igu a e ce a, pe mi e es ablece un sis ema de co ecciones de los esul ados pa a elimina las di icul ades comen adas. Figu a 4-6. Modos de allo admisibles en las p obe as de comp esión [2] In oducción a los ensayos de ca ac e ización mecánica 46 Po odas es as di icul ades se op a po el mé odo de los ensayos sob e laminados equiangula es a +/- 45º, que pa a el caso del ejido en es udio conduce a coloca las láminas en una o ien ación de 45º, que según la no ma se debe ejecu a con un ma gen de +/- 2.5º. Es a disposición p o oca que los e ec os de i ados de la de o mación angula se cancelen en e sí. Pa a la ealización del ensayo se ecu e nue amen e a la máquina de acción INSTRON 4482 y las p obe as se án acondicionadas como en el ensayo a acción longi udinal con bandas ex ensomé icas en las dos di ecciones. 4.4.1 De e minación de 𝑮𝟏𝟐 Pa a ob ene el módulo a co adu a in alamina se some en a acción las p obe as con las bandas ex ensomé icas que an a medi las de o maciones en la di ección de la ca ga y en la di ección ans e sal a la ca ga. A pa i de es as dos medidas se puede halla la de o mación angula . 𝛾12 =𝜀1−𝜀2 (4.11) Figu a 4-7. De o madas de la p obe a pa a el ensayo O -axis [2] Figu a 4-8. De o madas de un laminado equiangula [2] 47 Fab icación y ca ac e ización de laminados de ma e ial compues o a pa i de láminas ul adelgadas Po o o lado el paso del enso o iginado po la acción a un enso en el sis ema de o o opía pe mi e ob ene el alo de 𝜎12. 𝜎12 =𝐹 2𝐴 (4.12) Siendo A el á ea de la sección ans e sal. Finalmen e 𝐺12 puede se de e minado median e la siguien e exp esión. 𝐺12 =𝜎12 𝛾12 (4.13) Po no ma gene al la ley 𝜎12−𝛾12 no es lineal, de modo que en unción de la zona de la cu a que se elija pa a halla el módulo de co adu a esul a á una cons an e u o a. Las no mas I+D-E 293 [15], EN 6031 [16] y AITM 1.002 es ablecen el pun o en la zona de de o mación longi udinal, la AITM y la EN en e 500 y 2500 µε y la ISO en e 1000 y 5000 µε. En cambio la ASTM 3518 [17] y la UNE-EN ISO es án e e idas a una zona de de o mación angula , la ASTM es ablece un pun o en e 1500 y 2500 µε y o o 4000 µε po encima del pun o p ime o y la ISO lo es ablece en e 1000 y 5000 µε. 4.4.2 De e minación de la esis encia a co adu a Finalmen e, la esis encia a co adu a in alamina iene dada a pa i de la ca ga de o u a de la p obe a al some e la a acción. Se de e mina median e la exp esión 4.14. 𝑆12 =𝑃𝑢𝑙𝑡 2𝐴 (4.14) In oducción a los ensayos de ca ac e ización mecánica 48 49 5 RESULTADOS DE LOS ENSAYOS l obje o de es e capí ulo es ecoge los esul ados que se ex aen de los ensayos de ca ac e ización mecánica expues os en el apa ado an e io . Se mues an an o los esul ados numé icos como los g á icos ensión-de o mación cuando co espondan. Así mismo, se mos a á una imagen con el ipo de o u a gene ada. 5.1. Mediciones de las p obe as de ensayo Es p eciso oma no a de los espeso es en las p obe as p e iamen e a la ealización de sus ensayos pe inen es. Las medidas de la anchu a de las p obe as se oma án con un calib e o pie de ey, Fig. 5-1, con una p ecisión de 0.01 mm. Las co espondien es a espeso es se medi án con el mic óme o de ca as planas, Fig 5-2. Figu a 5-1. Calib e Figu a 5-2. Mic óme o de ca as planas Se oma án es medidas de cada ipo en zona in e io , supe io y cen al y se ealiza á una media de las mismas. 5.1.1 Medidas de las p obe as de acción Tabla 5–1. Espeso es de las p obe as del ensayo a acción Con igu ación I II P obe as 2 5 6 7 9 1 3 4 8 10 Ancho (mm) 19.3 19.6 19.67 19.68 19.64 19.23 19.46 19.74 19.72 19.73 Espeso (µm) 527 526 561 530 502 527 540 531 535 505 E Resul ados de los ensayos 56 En los g á icos 5-15 y 5-17 se obse a cómo la banda que mide la de o mación ans e sal ha allado. En el p ime caso, se p oduce el de ec o a mediados del ensayo, mien as que en el segundo al p incipio se desconec ó un cable del puen e log ándose ecupe a la medida más adelan e. En el g á ico 5.17 se ha ajus ado la g á ica a la zona álida pa a los cálculos. 5.2.2 Tipos de o u a En las igu as 5-19 y 5-20 se obse an las o u as en las dis in as p obe as. Es posible cons a a la o ma de la o u a. Se iene en un ex emo una o u a que da luga a una supe icie lisa y o a en la que se p oduce a anque de ib as o iginando una sección i egula . Du an e los ensayos se pudo comp oba el mo i o de esa doble o u a. P ime o se ompe la p obe a po una sección p oduciendo un co e liso, y en segundo luga el e ec o ebo e p oducido po la o u a p ime a gene a una segunda o u a que en la mayo ía de los casos es de ipo i egula . Figu a 5-19. Ro u a de las p obe as 1 a 5 57 Fab icación y ca ac e ización de laminados de ma e ial compues o a pa i de láminas ul adelgadas Además se obse an en las supe icies de las p obe as o as o u as que no han de i ado en sepa ación de la sección comple a. Se puede con empla en la igu a 5-21. Cabe des aca que las zonas de o u a se p oducen en la mayo ía de los casos en las líneas de sepa ación en e las o ien aciones de 0º y 90º del ejido. En lo que espec a a la ep esen a i idad de las o u as se obse a en la igu a 5-22 cómo han o o las p obe as 2, 8 y 10 po los acones, de modo que esos esul ados no pueden se empleados pa a el cálculo de la esis encia a acción. Figu a 5-20. Ro u a de las p obe as 6, 8 9 y 10 Figu a 5-21. De ec os en la supe icie de las p obe as de acción as los ensayos Resul ados de los ensayos 58 5.2.3 Resumen de esul ados En la igu a 5-23 se mues a un g á ico con los esul ados de las de o maciones a ojadas po las galgas dispues as en seis de las p obe as. Además se g a ica la media esul an e ob enida de dichos ensayos. Pa a dicho g á ico se han modi icado aquellas cu as que con enían e o es de lec u a de las galgas de modo que sólo apa ece la sección de la cu a empleada en el cálculo de la media. Se puede cons a a una mayo dispe sión en los esul ados de la galga que mide las de o maciones ans e sales en e a la que mide las longi udinales. En la abla 5-4 es án ecogidos los da os ob enidos de cada p obe a y las medias esul an es en las p opiedades calculadas. Obse ando los esul ados de las p obe as, se cons a a la independencia en los mismos con el ipo de con igu ación, po lo que se ag upan en la abla. También igu an los alo es de la des iación ípica (s) y coe icien e de a iación (𝜂) pa a cada una de las cons an es halladas. Figu a 5-22. Imagen de los acones de las p obe as 2, 8 y 10 Figu a 5-23. G á ica de los ensayos de acción con galgas 59 Fab icación y ca ac e ización de laminados de ma e ial compues o a pa i de láminas ul adelgadas Tabla 5–4. Resumen de los ensayos de acción P obe as ¿Ro u a álida? 𝑿𝒕 (𝑴𝑷𝒂) 𝑬𝟏𝟏 (𝑮𝑷𝒂) 𝝂𝟏𝟐 Media 1 Si 665.97 - - 𝑿𝒕    721.08 MPa 𝑬𝟏𝟏      51.72 GPa 𝝂𝟏𝟐      0.0498 2 No 837.37 58.43 0.043 3 Si 719.8 47.70 0.076 4 Si 717.27 - - 5 Si 776.9 54.5 0.12 𝐬 22.89 𝐬 1.68 𝐬 0.018 6 Si 664.44 - - 7 - - - - 8 No 635.36 49.91 0.029 9 Sí 782.08 50.32 0.014 𝛈 0.53 % 𝛈 3.44 % 𝛈 36.8 % 10 Sí 728.54 49.48 0.017 Las p obe as 2 y 8 no han sido enidas en cuen a pa a los cálculos. A su ez, las casillas ma cadas con un guion son debido a que son sin banda. De los esul ados, el coe icien e de Poisson des aca po su bajo alo , pues en un ejido con encional es de 0.1. De la abla des aca el bajo coe icien e de a iación en las medidas de la esis encia y del módulo de elas icidad, lo cual es un buen indica i o. En cambio, el coe icien e de Poisson es conside ablemen e al o, algo ípico en es e ipo de es udios. 5.3. Ensayos a comp esión Una ez ma cadas y medidas las p obe as, se in oducen en el ú il de comp esión y son si uadas sob e los pla os colocados en los b azos de la máquina de ensayos al y como se mues a en la igu a 5-24. La elocidad del ensayo es de 1 mm/min. Figu a 5-24. Disposi i o pa a el ensayo de comp esión Resul ados de los ensayos 60 5.3.1 Resul ados Se ecopilan los esul ados de las p obe as 1 a 10 y se calcula la esis encia a comp esión ex aída de los ensayos. A su ez se adjun a un g á ico que mues a la ensión de la p obe a en e la dis ancia de la c uce a. Con espec o a los da os o iginales, se han pasado a alo es posi i os los desplazamien os de c uce a. Es impo an e obse a cómo hay una zona inicial en la que se p oduce el ajus e en e la p obe a y el disposi i o has a que empieza a aplica se ca ga ú il. Dicha zona se pod ía habe eliminado pues no es ca ac e ís ica del ensayo pe o se conse a pa a obse a los ajus es. Después se obse a un amo ap oximadamen e lineal, aunque al igual que en el caso an e io no es álido pa a ealiza cálculos pues no iene la p ecisión de una banda ex ensomé ica. P obe a 1 Ancho: 12.3 mm Espeso : 0.53 mm Á ea: 6.519 𝒎𝒎𝟐 Tipo de con igu ación: I Ca ga úl ima: 2601.612 N Resis encia a comp esión: 399.08 MPa P obe a 2 Ancho: 12.28 mm Espeso : 0.52 mm Á ea: 6.776 𝒎𝒎𝟐 Tipo de con igu ación: II Ca ga úl ima: 2370.016 N Resis encia a comp esión: 349.778 MPa Figu a 5-25. G á ico de comp esión p obe a 1 Figu a 5-26. G á ico de comp esión p obe a 2 0 100 200 300 400 500 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Tensión (MPa) Dis ancia a la c uce a (mm) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Tensión (MPa) Dis ancia a la c uce a (mm) 61 Fab icación y ca ac e ización de laminados de ma e ial compues o a pa i de láminas ul adelgadas P obe a 3 Ancho: 12.28 mm Espeso : 0.53 mm Á ea: 6.5084 𝒎𝒎𝟐 Tipo de con igu ación: I Ca ga úl ima: 1999.278 N Resis encia a comp esión: 307.18 MPa P obe a 4 Ancho: 12.32 mm Espeso : 0.5 mm Á ea: 6.16 𝒎𝒎𝟐 Tipo de con igu ación: II Ca ga úl ima: 1680.453 N Resis encia a comp esión: 272.8 MPa P obe a 5 Ancho: 12.36 mm Espeso : 0.50 mm Á ea: 6.18 𝒎𝒎𝟐 Tipo de con igu ación: I Ca ga úl ima: 1643.175 N Resis encia a comp esión: 265.89 MPa Figu a 5-27. G á ico de comp esión p obe a 3 Figu a 5-28. G á ico de comp esión p obe a 4 Figu a 5-29. G á ico de comp esión p obe a 5 0 50 100 150 200 250 300 350 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Tensión (MPa) Dis ancia a la c uce a (mm) 0 50 100 150 200 250 300 0 0,1 0,2 0,3 0,4 Tensión (MPa) Dis ancia a la c uce a (mm) 0 50 100 150 200 250 300 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Tensión (MPa) Dis ancia a la c uce a (mm) Resul ados de los ensayos 62 P obe a 6 Ancho: 12.32 mm Espeso : 0.5 mm Á ea: 6.16 𝒎𝒎𝟐 Tipo de con igu ación: I Ca ga úl ima: 1706.94N Resis encia a comp esión: 277.1 MPa P obe a 7 Ancho: 12.27 mm Espeso : 0.48 mm Á ea: 5.88 𝒎𝒎𝟐 Tipo de con igu ación: II Ca ga úl ima: 1693.21 N Resis encia a comp esión: 287.96 MPa P obe a 8 Ancho: 12.25 mm Espeso : 0.48 mm Á ea: 5.88 𝒎𝒎𝟐 Tipo de con igu ación: II Ca ga úl ima: 1722.636 N Resis encia a comp esión: 292.97 MPa Figu a 5-30. G á ico de comp esión p obe a 6 Figu a 5-31. G á ico de comp esión p obe a 7 Figu a 5-32. G á ico de comp esión p obe a 8 0 50 100 150 200 250 300 0 0,1 0,2 0,3 0,4 Tensión (MPa) Dis ancia a la c uce a (mm) 0 50 100 150 200 250 300 350 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Tensión (MPa) Dis ancia a la c uce a (mm) 0 50 100 150 200 250 300 350 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Tensión (MPa) Dis ancia a la c uce a (mm) 63 Fab icación y ca ac e ización de laminados de ma e ial compues o a pa i de láminas ul adelgadas P obe a 9 Ancho: 12.05 mm Espeso : 0.47 mm Á ea: 5.66 𝒎𝒎𝟐 Tipo de con igu ación: I Ca ga úl ima: 1699.096 N Resis encia a comp esión: 300 MPa P obe a 10 Ancho: 12.22 mm Espeso : 0.44 mm Á ea: 5.37 𝒎𝒎𝟐 Tipo de con igu ación: II Ca ga úl ima: 1433.24 N Resis encia a comp esión: 266.56 MPa Las di e encias en la dis ancia a la c uce a ienen dadas p incipalmen e en el inicio, que hay una zonas en la cual la ca ga no se es á aplicando sob e la p obe a debido a que no es á si uada a as con el disposi i o y necesi a acopla se. En cuan o a las di e encias en e las p obe as 1 y 2 con el es o, obse ando las p obe as se e que uno de los acos se me e den o de la zona de ensayo, mo i o po el que da mayo esis encia que en el es o de las p obe as. En la igu a 5-35 se obse an los de ec os comen ados. Figu a 5-33. G á ico de comp esión p obe a 9 Figu a 5-34. G á ico de comp esión p obe a 10 0 50 100 150 200 250 300 350 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Tensión (MPa) Dis ancia a la c uce a (mm) 0 50 100 150 200 250 300 0 0,1 0,2 0,3 0,4 Tensión (MPa) Dis ancia a la c uce a (mm) Resul ados de los ensayos 64 5.3.2 Tipos de o u a en las p obe as En las igu as 5-36 a 5-38 se mues an o og a ías de la o u a en las p obe as. Figu a 5-35. De ec o en los acones de las p obe as 1 y 2 de comp esión Figu a 5-36. Ro u a de las p obe as 1 a 5 de comp esión 65 Fab icación y ca ac e ización de laminados de ma e ial compues o a pa i de láminas ul adelgadas Todas las p obe as u ie on una o u a acep able, pues o que és a se p odujo ue a de los acones. En las p obe as 1, 6, 7, 8 y 10 hubo o u a po cizallamien o a a és del espeso . En las p obe as 2, 3 y 4 se iene una o u a po sepa ación. En las p obe as 5 y 9 se ha p oducido o u a po delaminación. Figu a 5-37. Vis a on al de la o u a en las p obe as 4 y 5 Figu a 5-38. Ro u a de las p obe as 6 a 10 de comp esión Resul ados de los ensayos 72 Además, se e cómo la p obe a 3 ha o o de o ma indebida pues la o u a se p oduce en el in e io del acón. En la igu a 5.41 se puede obse a con más de alle el ipo de o u a p oducido. 5.4.3 Resumen de esul ados Se puede obse a en la igu a 5-42 en el azo de línea con inua las de o maciones dadas po las galgas de las p obe as, mien as que en las líneas discon inuas se mues a la de o mación angula que ha sido empleada pa a el cálculo del módulo de co adu a. Se obse a una g an dispe sión a pa i de las 10.000 µε que es cuando las cu as expe imen an un cambio de pendien e, p e isiblemen e po el cambio en la o ien ación de las ib as du an e el ensayo, aspec o que p o oca una mayo dispe sión en la medida de las galgas. Sin emba go, los cálculos se e ec úan po debajo de dicho cambio po lo que la dispe sión no a ec a al cálculo de 𝐺12. En la abla 5-11 se ecogen los esul ados ob enidos y las medias pa a la esis encia y el módulo a co adu a, jun o a la des iación ípica y el coe icien e de a iación. Del cálculo de la esis encia a co adu a se excluye la p obe a 3 po habe o o po uno de los acones de ib a de id io. Figu a 5-51. De alle de la o u a en las p obe as de co adu a in alamina . Figu a 5-52. G á ica de los ensayos de co adu a 73 Fab icación y ca ac e ización de laminados de ma e ial compues o a pa i de láminas ul adelgadas Tabla 5–11. Resumen de los ensayos de co adu a in alamina P obe as ¿Ro u a álida? 𝑺𝒄 (𝑴𝑷𝒂) 𝑮𝟏𝟐 (𝑮𝑷𝒂) 1 Si 99.54 4.2 𝑺𝒄    94.96 MPa 𝑮𝟏𝟐      3.59 GPa 2 Si 99.42 3.42 3 No 99.8 3.77 s 3.3 s 0.21 4 Si 90.68 3.13 5 Si 88.7 3.43 𝛈 3.49% 𝛈 5.7 % La p obe a 3 no se iene en cuen a pa a los cálculos po su allo en la o u a. Nue amen e, se obse a un coe icien e de a iación ela i amen e bajo, po lo que se conside a una buena dispe sión de los esul ados ob enidos. 74 75 6 CONCLUSIONES Y DESARROLLOS FUTUROS a a inaliza se ecopilan los esul ados ob enidos y aquellos aspec os des acados que han sido ex aídos de es a p ime a expe iencia con láminas ul adelgadas. A modo de ecapi ulación, se ecue dan los p ocesos p incipales seguidos a lo la go del p oyec o. En p ime luga se han ab icado unos laminados de 4 capas de las láminas del ejido ul adelgado TeX eam. Dichos laminados se han ab icado con las dimensiones adecuadas pa a ob ene las p obe as de los ensayos de ca ac e ización, segundo obje i o del P oyec o. Con las p obe as debidamen e ab icadas según la no ma pe inen e, se ealizan los ensayos. En conc e o, se ealizan es: ensayo a acción en la di ección 0º, ensayo de comp esión y ensayo de co adu a in alamina . A pa i de dichos ensayos se ex aen las p opiedades de igidez y esis encia del ma e ial de es udio. 6.1. Conclusiones del apa ado de ab icación Se esumen desde el p incipio los aspec os que di e encian la ab icación con es e ma e ial y con las láminas con encionales. En p ime luga , pa a ab i la bolsa e mosellada se equie e más iempo en a empe a se el ma e ial po comple o. Desde que es ex aída del congelado y deposi ada en la sala limpia, la bolsa condensa en e 3 y 4 ho as, en e a la ho a y media del AS4 8552. Es o se debe al o ma o en el que ienen en ollados uno y o o ma e ial. En lo que espec a al co e y al apilado, des aca que se co an las láminas a la p ime a con ela i a acilidad y al despega se del papel plas i icado el ejido man iene bien su es uc u a de diseño. En cuan o al apilado, las láminas se adhie en unas a o as sin p oblemas. Una peculia idad que hubo que ene en cuen a pa a los ensayos de ca ac e ización es que el ejido no es pe ec amen e ec o, po lo cual hay que a ina el co e en la o ma comen ada en el apa ado 3 pa a que coincidan unos cuad ados sob e o os. Pa a un p oduc o que no equie a de es a necesidad, no plan ea ningún p oblema. Pe o el aspec o más di e enciado del p oceso de ab icación es el cu ado. Po un lado, el iempo de ciclo de cu ado es muy supe io al del AS4 8552. El ejido TeX eam necesi a 16 ho as en un cu ado inicial, en e a las 3-4 ho as que implica el cu ado del con encional. Es o en el caso del LERM obliga a busca al e na i as al au ocla e pa a e i a pa aliza odo el p oceso de ab icación du an e un día. Además, es e ciclo inicial da una empe a u a de i i icación de an solo 65 °C, siendo necesa io un ciclo de pos cu ado pa a ob ene una 𝑇𝑔 como máximo de 107 °C, conside ablemen e in e io al AS4 8552. La o a ca ac e ís ica des acada en elación al cu ado del laminado es que se ealiza sin p esión de cu ado, siendo an sólo empleado acío sob e la bolsa de cu ado. Es e aspec o da o igen a que la ca a del ma e ial que no es á en con ac o con la placa sea conside ablemen e i egula . Pa a cons a a es e hecho se ha cu ado una única lámina pa a obse a el esul ado, Fig. 6-1. P Conclusiones y desa ollos u u os 76 En la igu a 6-2 se obse a lo comen ado, impo an e i egula idad supe icial o iginada po esina que no ha sido debidamen e compac ada du an e el cu ado. Es o o igina no sólo que el espeso sea i egula a lo la go de oda la lámina sino un aumen o conside able en el espeso de la lámina. Si en el capí ulo 3 se medía un espeso de la lámina sin cu a de 126.25 mic as, una ez cu ada la lámina el espeso asciende a 179 mic as lo cual supone un aumen o no able del 42%, pe diéndose en g an medida la en aja del espeso ul a-delgado. Aun así, sigue siendo in e io al AS4 8552. Es e e ec o se e educido en los laminados de a ias capas, siendo la úl ima lámina la única que apo a un espeso añadido al de áb ica, como se obse a en el ma e ial de 4 capas ob enido. Figu a 6-1. Lámina ul adelgada as cu ado Figu a 6-2. Ampliación de la lámina 77 Fab icación y ca ac e ización de laminados de ma e ial compues o a pa i de láminas ul adelgadas O o aspec o que se debe ene en cuen a es la imposibilidad de pega los acones con adhesi o que ac úa a 120 °C pues o que la empe a u a máxima sopo ada po el ma e ial son 107 °C en el caso del doble ciclo de cu ado. Es po ello que hay que ecu i al pegado en ío, un p oceso más labo ioso como ya se comen ó en el apa ado de p epa ación de las p obe as. 6.2. Conclusiones del apa ado de ensayos Sob e odo el p oceso de ensayo no hay ninguna a ea ni p ecaución adicional con espec o a los ensayos de ca ac e ización con ma e iales adicionales. Sob e las dos con igu aciones de p obe as ex aídas no se dis inguen di e encias en los esul ados, sal o la dispe sión p e isible en e p obe as, pe o sin una ma cada di e encia en e una ipología y o a. Es o induce a la conclusión de que pa a un laminado conc e o el esul ado inal es independien e de la zona de donde se co en las láminas. Las ca ac e ís icas inales del ma e ial ejido TeX eam son las de la abla 6-1. Tabla 6–1. Recopilación de ca ac e ís icas de Rigidez y Resis encia del ejido TeX eam Módulo de Elas icidad longi udinal 𝐸11 51.72 GPa Módulo de Elas icidad ans e sal 𝐸225 51.72 GPa Coe icien e de Poisson 𝜈12 0.0498 Módulo de co adu a in alamina 𝐺12 3.59 GPa Resis encia a acción longi udinal 𝑋𝑡 721.08 MPa Resis encia a acción ans e sal 𝑌𝑡 721.08 MPa Resis encia a comp esión longi udinal 𝑋𝑐 283.84 MPa Resis encia a comp esión ans e sal 𝑌𝑐 283.84 MPa Resis encia a co adu a S 94.96 MPa 5 Al a a se de un ejido de un solo ma e ial, los módulos longi udinal y ans e sal coinciden. Conclusiones y desa ollos u u os 78 Pa a compa a lo con o os ma e iales se adjun an dos ablas con los da os pa a el ma e ial AS4 y pa a un ejido. Tabla 6–2. Recopilación de ca ac e ís icas de Rigidez y Resis encia el ma e ial AS4 [18] Módulo de Elas icidad longi udinal 𝐸11 131.53 GPa Módulo de Elas icidad ans e sal 𝐸22 9.2326 GPa Coe icien e de Poisson 𝜈12 0.302 Módulo de co adu a in alamina 𝐺12 4.823 GPa Resis encia a acción longi udinal 𝑋𝑡 2061.63 MPa Resis encia a acción ans e sal 𝑌𝑡 63.87 MPa Resis encia a comp esión longi udinal 𝑋𝑐 1483.35 MPa Resis encia a comp esión ans e sal 𝑌𝑐 267.68 MPa Resis encia a co adu a S 55.12 MPa En la abla 6-3 se mues an las p opiedades de un ejido de ib a de ca bono de módulo es ánda . Tabla 6–3. Recopilación de ca ac e ís icas de Rigidez y Resis encia de un ejido de ib a [19] Módulo de Elas icidad longi udinal 𝐸11 70 GPa Módulo de Elas icidad ans e sal 𝐸22 70 GPa Coe icien e de Poisson 𝜈12 0.1 Módulo de co adu a in alamina 𝐺12 5 GPa Resis encia a acción longi udinal 𝑋𝑡 600 MPa Resis encia a acción ans e sal 𝑌𝑡 600 MPa Resis encia a comp esión longi udinal 𝑋𝑐 570 MPa Resis encia a comp esión ans e sal 𝑌𝑐 570 MPa Resis encia a co adu a S 90 MPa Si compa amos los dos ejidos se obse a una mejo a impo an e en la esis encia a acción en el ejido TeX eam, con un aumen o de más de 100 MPa. También mejo a le emen e la esis encia a co adu a, unos 5 MPa. Po con a la esis encia a comp esión disminuye de o ma muy impo an e, en o no a 300 MPa. Si se compa a con el ma e ial AS4, en de ini i a se p oduce una disminución sus ancial de las esis encias en la di ección longi udinal, como e a de espe a al se un ejido. Pe o p ecisamen e al se un ejido, mejo an las p opiedades en la di ección ans e sal. 79 Fab icación y ca ac e ización de laminados de ma e ial compues o a pa i de láminas ul adelgadas 6.3. Desa ollos u u os Una ez que se disponen de las p opiedades de esis encia y igidez, se comen an posibles líneas de con inuación de la in es igación sob e el ma e ial ul adelgado. Se pueden ab ica piezas de ipo ae onáu ico con el in de compa a el compo amien o eal con espec o a las mismas piezas ab icadas con las láminas adicionales. Así, se puede comp oba si pa a esis i una de e minada solici ación se p oduce una disminución en peso. Po o o lado, se puede implemen a el ejido en un modelo numé ico y comp oba si las mejo as en esis encia son las que debe ían se según la eo ía. Un aspec o que se pod ía es udia , es cambia los ciclos de cu ado in oduciéndole dis in as p esiones al p oceso y comp oba si mejo a la esis encia con espec o al cu ado sin p esión que se ha ealizado en es e p oyec o. A su ez se es udia ía si se p oducen mejo as en el acabado supe icial, dando luga a un ma e ial con menos espeso . Cabe des aca nue amen e la so p enden e di e encia en e la esis encia a acción y comp esión, po lo cual se ía con enien e analiza en un u u o cuál es el mo i o de dicha di e encia. 80 81 REFERENCIAS [1] Oxeon, «Página o icial de TeX eam, "www. ex eme.com",» Consul ado el 16/07/2016. [2] F. Pa ís, J. Cañas, J. C. Ma ín y A. Ba oso, In oducción al análisis y diseño con ma e iales compues os. [3] J. Jus o, J. C. Ma ín y J. Cañas, P ác icas de ma e iales compues os, 2014. [4] A. Mi a e e y L. Cas ejón, «Ma e iales Compues os,» Desc ip i a de ma e iales. Ma e iales en el p oceso de diseño, 2002. [5] C. Sou is, «Fib e ein o ced composi es in ai c a cons uc ion,» P og ess in Ae ospace Sciences, ol. 41, 2005. [6] C. Red, «Composi es Fo ecas s and Consul ing, "composi es o ecas s.com",» Consul ado el 17/07/2016. [7] T. 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