Infusión con vacío e infusión con autoclave para la fabricación de elementos en material compuesto. Análisis y ensayos comparativos

Equation Chapter 1 Section 1 Proyecto Fin de Grado Ingeniería en Tecnologías Industriales Infusión con vacío e infusión con autoclave para la fabricación de elementos en material compuesto. Análisis y ensayos comparativos. Autor: Ángel Martín Muñoz Tutor: Jesús Justo Estebaranz Dpto. de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Universidad de Sevilla Sevilla, 2021 Proyecto Fin de Carrera Ingeniería en Tecnologías Industriales Infusión con vacío e infusión con autoclave para la fabricación de elementos en material compuesto. Análisis y ensayos comparativos. Autor: Ángel Martín Muñoz Tutor: Jesús Justo Estebaranz Profesor titular: Jesús Justo Estebaranz Dpto. de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2021 Proyecto Fin de Carrera: Infusión con vacío e infusión con autoclave para la fabricación de elementos en material compuesto. Análisis y ensayos comparativos. Autor: Ángel Martín Muñoz Tutor: Jesús Justo Estebaranz El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2021 El Secretario del Tribunal A mi familia A mis maestros Agradecimiento Gracias a todas las personas que han estado presente en el transcurso de este duro, largo y bonito camino. Gracias a mi familia por haberme apoyado en los duros momentos y exigido en los buenos. En especial, quiero agradecer a mis padres, a mis hermanos y a mis abuelos toda la ayuda que me han brindado para que llegase este momento. Gracias a MG Composites por haberme permitido hacer uso de sus instalaciones para realizar la parte de fabricación del proyecto. En especial, agradecer a Ángel, Fernando y José Manuel toda la ayuda que me dieron durante mi estancia allí. Gracias a Don Jesús Justo por haberme ayudado y orientado en la realización del proyecto. Gracias al equipo de laboratorio del Departamento de Elasticidad y Resistencia de Materiales por haberme permitido hacer uso de las instalaciones para realizar los ensayos y haberme guiado y ayudado en la realización de estos. Gracias a mis amigos por haber estado a mi lado en los momentos difíciles de esta etapa. Por último, pero no menos importante, gracias a todos los compañeros y profesores que he tenido durante estos años. ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2-1 Esquema de infusión al vacío. 3 Figura 2-2 Esquema de los instrumentos para una infusión 3 Figura 2-3 Pala de un aerogenerador fabricada por infusión. 4 Figura 3-1 Obtención de la fibra de carbono. 5 Figura 3-2 Composición de la estructura Airbus A350. 6 Figura 3-3 Alerón fabricado con fibra de carbono. 7 Figura 3-4 Chasis del BMW i3. 7 Figura 3-5 Embarcación de fibra de carbono fabricada por infusión. 8 Figura 3-6 Violín de fibra de carbono. 8 Figura 4-1 Aplicación de desmoldeante en la placa base. 10 Figura 4-2 Fibra de carbono y resina a utilizar. 11 Figura 4-3 Corte de telas. 11 Figura 4-4 Estructura del laminado para las probetas de tracción y cizalladura. 12 Figura 4-5 Estructura del laminado para las probetas de compresión. 12 Figura 4-6 Empilado sobre el útil 13 Figura 4-7 Tubo espiral y toma de infusión sobre el compoflex. 14 Figura 4-8 Bolsa de vacío sobre el útil. 14 Figura 4-9 Colocación toma de vacío. 15 Figura 4-10 Comprobación de vacío 15 Figura 4-11 Recipiente de la base y catalizador a utilizar. 16 Figura 4-12 Cubo de aspiración. 17 Figura 4-13 Momento inicial de la infusión. 17 Figura 4-14 Momento intermedio de la infusión. 18 Figura 4-15 Momento final de la infusión. 18 Figura 4-16 Ciclo de curado en la estufa. 19 Figura 4-17 Desmoldeo del útil. 19 Figura 4-18 Probetas de tracción, compresión y cizalladura respectivamente. 20 Figura 4-19 Disco de corte. 20 Figura 4-20 Probetas finales de tracción. 21 Figura 4-21 Probetas finales de compresión. 21 Figura 4-22 Probetas finales de cizalladura. 22 Figura 4-23 Aplicación de desmoldeante sobre la placa base. 23 Figura 4-24 Empilado sobre el útil. 24 Figura 4-25 Ejemplo de colocación de un termopar. 24 Figura 4-26 Útil preparado antes de cerrar la bolsa. 25 Figura 4-27 Resultado final del útil antes de cerrar la bolsa. 26 Figura 4-28 Comprobación de vacío. 26 Figura 4-29 Colocación de plástico sobre bolsa de vacío ya cerrada. 27 Figura 4-30 Placa plana sobre la capa de plástico. 27 Figura 4-31 Doble capa de airwave. 28 Figura 4-32 Cubo de aspiración con tubos de entrada y salida conectado a la autoclave. 29 Figura 4-33 Ciclo de presión para láminas de dos bares. 30 Figura 4-34 Ciclo de temperatura para láminas de dos y cuatro bares. 30 Figura 4-35 Sicoteva en rampa de estabilizado. 31 Figura 4-36 Ciclo de presión para láminas de cuatro bares. 31 Figura 4-37 Láminas de dos bares antes de ser desmoldeadas. 32 Figura 4-38 Láminas de cuatro bares ya desmoldeadas. 32 Figura 4-39 Probetas de tracción, compresión y cizalladura de dos bares. 33 Figura 4-40 Probetas de tracción, compresión y cizalladura de cuatro bares. 33 Figura 4-41 Calibre utilizado. 35 Figura 5-1 Marcador de centro. 36 Figura 5-2 Catalizador y adhesivo utilizado. 37 Figura 5-3 Probetas de tracción con las bolas de estaño. 38 Figura 5-4 Mampara de protección. 39 Figura 5-5 Agarre de la máquina dinámica. 40 Figura 5-6 Útil empleado para el ensayo de compresión. 40 Figura 5-7 Disco de corte del laboratorio. 41 Figura 5-8 Ensayo de compresión. 42 Figura 6-1 Resultado del ensayo de tracción para PT01-AMB. 44 Figura 6-2 Resultado del ensayo de tracción para PT01-2B. 44 Figura 6-3 Resultado del ensayo de tracción para PT01-4B. 45 Figura 6-4 Resultado del ensayo de cizalladura para PCZ01-AMB. 47 Figura 6-5 Resultado del ensayo de cizalladura para PCZ01-2B. 48 Figura 6-6 Resultado del ensayo de cizalladura para PCZ01-4B. 48 1 1 INTRODUCCIÓN 1.1 Motivación El principal motivo para la realización de este trabajo es la investigación de nuevas vías de fabricación de materiales compuestos. Por este motivo, se van a fabricar tres tipos de probetas diferentes para así poder comparar las propiedades mecánicas resultantes de cada una de ellas. Actualmente, el uso de estos materiales se ha incrementado en sectores como el de la automoción, la construcción o incluso la medicina y todo indica a que este crecimiento será mayor aún en un futuro no muy lejano. Por ello, este proyecto tratará de investigar si nuevos procesos de fabricación consiguen una mejora en las propiedades mecánicas de las piezas de fibra de carbono. 1.2 Objetivo y alcance del proyecto Por los motivos expuestos en el apartado anterior, el objetivo de este proyecto se basa en la comparación de tres sistemas de fabricación de materiales compuestos. Para la comparación se analizarán las propiedades mecánicas después del proceso de curado. Para ello, se van a comparar probetas fabricadas de distinta manera con los mismos materiales. Para la fabricación de las probetas se utilizará como refuerzo una fibra de carbono en seco plain y como matriz una resina epoxy. Son tres el número de probetas distintas que se van a fabricar mediante el método de infusión. Sin embargo, las diferencias entre estas residen a la hora de curarlas. El primer tipo de probetas curarán en una estufa mientras que los otros dos tipos curarán en autoclave a presiones diferentes de la atmosférica. Para ser exactos, un tipo de probeta curará a dos bares de presión mientras que el otro tipo lo hará a cuatro bares. Una vez fabricadas las probetas, se ensayarán y se obtendrán las propiedades mecánicas. Ya con los resultados, se valorará si el proceso de curado en el interior de la autoclave mejora o empeora las propiedades mecánicas de las probetas fabricadas mediante la infusión al vacío. 1.3 Estructura del documento El contenido de este proyecto se distribuye en los siguientes capítulos: • Capitulo 1: Introducción En este primer capítulo se describe el propósito del presente Trabajo de Fin de Grado, así como su interés de estudio, sus objetivos, alcance y metodología aplicada. • Capítulo 2: Infusión En este capítulo se explica la metodología a seguir en la fabricación de piezas con esta técnica explicándose el funcionamiento y la importancia de los objetos necesarios para su realización. Además, se hace mención del interés industrial que tiene este método de fabricación, así como su aplicabilidad. • Capítulo 3: Fibra de carbono En este tercer capítulo se hace una breve introducción sobre la fibra de carbono, mencionando desde sus distintos tipos hasta el desarrollo histórico que ha tenido. Asimismo, se comentan las propiedades mecánicas que posee y se comparan con las de los materiales convencionales. 2 • Capítulo 4: Fabricación de probetas Este capítulo se puede dividir en dos partes. La primera detalla y justifica el porque se han elegido tales probetas y se especifican las dimensiones de estas mientras que la segunda parte del capítulo, la más extensa, relata los pasos seguidos para la fabricación de las diferentes probetas. • Capítulo 5: Ensayos Este capítulo, en primer lugar, explica el proceso de colocación de las bandas extensométricas. En segundo lugar, se comentan los desarrollos de los diferentes ensayos que se han realizado. • Capítulo 6: Análisis de resultados Este capítulo recoge los resultados obtenidos en el desarrollo del presente Trabajo de Fin de Grado, para un posterior análisis de estos. • Capítulo 7: Conclusiones y desarrollos futuros En el comienzo de este capítulo se realiza un resumen sobre las distintas fases que se han llevado a cabo a lo largo del trabajo. Posteriormente se tomarán unas conclusiones finales para terminar con una serie de ideas para seguir este trabajo. • Capítulo 8: Referencias y Anexos Finalmente, en el capítulo ocho se encuentran las referencias bibliográficas empleadas para la realización del trabajo, así como una recopilación de documentos necesarios para su elaboración y buen entendimiento. 3 2 INFUSIÓN Tal y como se ha explicado en el Apartado 1, las probetas se van a fabricar por el método de infusión. Este proceso es una técnica de molde cerrado que utiliza una película de plástico como contramolde [1]. Para la fabricación con el citado método, la resina se introduce en el molde una vez se haya hecho vacío. Una vez la resina se encuentra dentro del molde, el laminado ya está compactado por el efecto del vacío, por lo tanto, no hay espacio para el exceso de resina, la cual sale por el lado opuesto tal y como se muestra en la Figura 2-1. Figura 2-1. Esquema de infusión al vacío. La infusión al vacío es adecuada para obtener estructuras de gran tamaño, de peso reducido y que vayan a proporcionar un gran rendimiento [2]. Sin embargo, la inversión a acometer es mínima. Solo se necesita una bomba de vacío. Además, este proceso utiliza el mismo tipo de moldes de bajo coste que los procesos de molde abierto. Figura 2-2. Esquema de los instrumentos para una infusión. Aparte de la fibra y la resina, son necesarios otros instrumentos para poder realizar la infusión. Sobre la resina, esta será el resultado de una combinación de base más catalizador. Las resinas más comunes a utizar son las de poliéster, éster de vinilo o las resinas epoxi. En el caso de las fibras, todas son aptas para la fabricación por infusión. También se pueden introducir núcleos para mejorar la rigidez final de la pieza a fabricar. Estos núcleos suelen ser de madera o espuma [4]. Además de la fibra y resina, se necesitan una serie de instrumentos para poder llevar a cabo las infusiones. En la Figura 2-2 se pueden observar la mayoría de los instrumentos necesarios. Uno de ellos es el cubo de aspiración o trampa de resina. La tarea del cubo de aspiración consiste en recoger el exceso de resina que haya entrado en la pieza. Al mismo tiempo, protege a la bomba de vacío de la resina sobrante, que en caso de que entrasen en contacto provocaría grandes perjuicios a los mecanismos de la bomba. El cubo de aspiración suele llevar incorporados reguladores de presión y grifos, que ayudan a controlar la infusión. Otro de los materiales necesarios para la infusión son los tubos. Se pueden distinguir dos tipos de tubos, los de alimentación y los de vacío. Los tubos de alimentación se encargan tanto de conectar el recipiente de la resina con la toma de alimentación de entrada como hacer de nexo entre la toma de 4 alimentación de salida y el cubo de aspiración. Por ellos circulará la resina tanto para entrar en la bolsa como para salir de esta. Mientras que los tubos de alimentación se encuentran en el exterior de la bolsa, los tubos de vacío están dentro. La función de los tubos de vacío es ayudar a la extracción del aire de la bolsa. Para facilitar esto, se suelen utilizar tubos en espiral. No obstante, los tubos de vacío también ayudan a la circulación y distribución de la resina una vez esta se encuentra en el interior de la bolsa. Aparte de los tubos y el cubo de aspiración, cabe destacar la malla de distribución y el peel-ply. La malla de distribución se encarga de repartir la resina por la bolsa una vez sale de los tubos de vacío. Esta tiene como unos pequeños raíles que permiten circular a la resina. El peel-ply es un material cuyo objetivo es conseguir una superficie limpia una vez que la pieza esté curada. Sin embargo, en este proyecto se va a utilizar compoflex, un material que hace las funciones del peel-ply y de la malla de distribución al mismo tiempo [3]. Este proceso de fabricación tiene una serie de ventajas e inconvenientes que se van a exponer a continuación. Además de la baja inversión necesaria para comenzar, las propiedades mecánicas consiguen mejoras significativas. Permite la posibilidad de incluir núcleos en las piezas de una forma breve y limpia. Por el contrario, existe cierta limitación a la hora de elegir resinas debido a que solo se pueden utilizar aquellas que tengan baja viscosidad y el acabado superficiel no suele ser tan bueno como por ejemplo se da en los moldes abiertos. El desarrollo de la infusión ha favorecido la inclusión de esta técnica en muchas industrias. Dentro de la industrial marina se realizan desde cascos, cubiertas o mástiles hasta radares o antenas. En la automoción se fabrican capos, alerones o piezas más técnicas. En la industria aerospacial la fabricación por infusión se utiliza para la realización de paneles interiores, conos de nariz de avión o asientos. También se fabrican palas de turbinas, como se muestra en la Figura 2-3, o conos de hélices en la industria de la energía eólica. Además de las múltiples aplicaciones en las diferentes industrias mencionadas, hay una gran variedad de utilidades como la fabricación de platos de ducha, contenedores o sanitarios [3]. Figura 2-3. Pala de un aerogenerador fabricada por infusión 5 3 FIBRA DE CARBONO 3.1 Descripción de la fibra de carbono Aunque los inventores Joseph Wilson Swan, Thomas Alva Edison y Lewis Howard Latimer casi desarrollaron durante la segunda mitad del siglo XIX la fibra de carbono, no fue hasta 1958 cuando Roger Bacon consiguió desarrollar un material similar al que conocemos hoy en día. Aunque el método de producción que utilizó era muy poco productivo, puso los pilares para que acabase convertiendose en una de las fibras más utilizadas de los materiales compuestos hoy en día. La fibra que consiguió desarrollar Roger Bacon en 1958 apenas tenía un 20% de carbono. Además, tanto la resistencia como la rigidez eran muy inferiores a las que posee el material hoy en día. En la década de los 60, el científico japonés Akio Shindo logró producir fibras con un 55% de carbono hasta que el trabajo de los científicos Richard Millington, W. Watt o W. Jonhson fue crucial para conseguir fibra con un 99% de carbono. El secreto consistía en utilizar un precursor, y el elegido fue el poliacrilonitrilo (PAN). Un precursor es una sustancia necesaria para producir otra diferente gracias a su participación en una reacción química. En la Figura 3-1 se muestra una reacción que utiliza el PAN como precursor [5]. Figura 3-1. Obtención de la fibra de carbono Sin embargo, con la investigación se han descubierto nuevos precursores y no es el único que se utiliza. Dependiendo del precursor que se utilice, la fibra de carbono se puede clasificar en turbofrática o grafítica. Las fibras turbofráticas se apilan de forma irregular y al azar. Las fibras que derivan del poliacrilonitrilo son turbostráticas mientras que las fibras derivadas de la brea de mesofase son grafíticas. La brea mesofase tiene características de un cristal líquido. Posee una estructura similar a la del grafito, aunque el apilamiento de los planos grafíticos es muy diferente. Estas se consiguen con un tratamiento térmico con temperaturas de hasta 2200ºC [6]. Las turbostrásticas suelen tener alta resistencia a la tracción mientras que las derivadas de la brea mesofase presentan alta elasticidad y conductividad térmica, siempre y cuando se les trate térmicamente durante el proceso. Aparte de la brea mesofase, existen otra serie de breas como la de petróleo, carbón o resinas fenólicas. Las fibras que se obtienen de estos materiales mencionados presentan propiedades mecánicas inferiores, pero aun así se utilizan para fines industriales [7]. Existe una gran variedad de fibras, desde las las fibras de carbono de ultra alto módulo que alcanzan un módulo de Young de 500 GPa hasta las fibras de alta fuerza que tienen 3 GPa de módulo de Young. Sin embargo, lo que tienen en común estas fibras es su baja densidad, una gran rigidez y una alta resistencia a la compresión y a la fractura. Además, apenas se ve alterada por las variaciones de temperatura, lo que le permite mantener su forma original en un rango de temperaturas muy amplio. En la Tabla 3-1 se puede apreciar una comparativa de las propiedades de dos tipos de fibra de carbono respecto a los materiales convencionales. 6 Material Propiedades Acero Aluminio aleado Vidrio Carbono Base PAN Tipo I Carbono Base PAN Tipo II Densidad (kg/m3) 7,8 2,7 2,5 1,95 1,75 Módulo de Young (GPa) 210 70 70 390 250 Resistencia a tracción (GPa) 0,34-2,1 0.14-0.62 0,7-2,1 2,2 2,7 Tabla 3-1. Comparación de las propiedades mecánicas en distintos materiales La Tabla 3-1 pone de manifiesto la superioridad, en términos de propiedades mecánicas, de la fibra de carbono sobre los materiales convencionales [10]. Cualquiera de las dos fibras mencionadas mejora todas las propiedades mecánicas de los materiales convencionales. Esto provoca que cada vez la fibra de carbono este presente en cada vez aplicaciones. 3.2. Principales usos en la actualidad Inicialmente, debido a su elevado precio, comenzó utilizándose en la industria aerospacial, en especial en la aviación civil. Esto se debe a que el peso de las aeronaves está relacionado directamente con el consumo de combustible, que es uno de los mayores costos de operación de los aviones. Hoy en día, la variedad de piezas o componentes que se fabrican con fibra de carbono es muy amplia, siempre hablando de piezas que pertenecen a la estructura del avión o que tienen requerimientos mecánicos muy elevados, como pueden ser el borde de ataque de las alas, los capos de los motores o las costillas de refuerzo entre otras. Hasta tal punto se ha llegado, que más del 50% de la estructura del Airbus 350 es de fibra de carbono tal y como se puede observar en la Figura 3-2. Figura 3-2. Composición de la estructura Airbus A350 En la industria automovilística también se puede encontrar la presencia de la fibra de carbono. Mayoritariamente se utiliza en los automóviles de alta competición, sin embargo, cada vez su uso está más extendido en los coches comerciales, sobre todo en las compañías de alta gama. En los monoplazas de Fórmula 1 la mayoría del chasis y de la estructura se fabrica con fibra de carbono. Además de otras muchas piezas como pueden ser los alerones, el morro, el volante o el propio casco de los pilotos, aunque estos van reforzados con fibra de kevlar para mejorar la resistencia al impacto. En la Figura 3-3 se puede apreciar un ejemplo de un alerón fabricado con fibra de carbono. 7 Figura 3-3. Alerón fabricado con fibra de carbono. Una de las compañías que más fuerte ha apostado por la fibra de carbono en sus coches es BMW y en especial con su modelo eléctrico BMW i3, cuyo chasis al completo está fabricado con fibra de carbono, como se aprecia en la Figura 3-4. La serie M de BMW, es concreto sus coches M3 y M5, tienen el capó fabricado de fibra de carbono. Sin embargo, BMW no es la única marca. Como no podía ser de otra manera, Tesla utiliza en sus coches muchas piezas fabricadas con fibra de carbono debido a las ventajas que proporciona este material. Figura 3-4. Chasis del BMW i3 Otra aplicación dónde el uso de la fibra de carbono cada vez es mayor es la naútica. La naútica aprovecha la máxima reducción de peso posible. En especial, las embarcaciones deportivas de primer nivel son las que más lo aprovechan. Se suelen fabricar con fibra de carbono tanto los monocascos como los mástiles de las velas. Cuando las piezas a fabricar tienen un tamaño considerable, se suelen realizar por infusión al vacío. En la Figura 3-5 se puede apreciar la fabricación de una embarcación de fibra de carbono realizada por infusión al vacío. Aparte de las tres aplicaciones mencionadas, la fibra de carbono cada vez está presente en ámbitos más cotidianos de nuestro día a día. En medicina, se fabrican prótesis o muletas de fibra de carbono. Al mismo tiempo, instrumentos musicales, como el violín o la guitarra, o las fundas que los protegen están siendo fabricadas con fibra de carbono. En la Figura 3-6 se puede apreciar un violín fabricado con fibra de carbono. 14 Figura 4-7. Tubo espiral y toma de infusión sobre el compoflex. Una vez finalizado este paso, se puede cerrar la bolsa. Es muy importante saber dónde se van a colocar las tomas de vacío antes de cerrar la bolsa para colocar air-wave entre la base de la toma y el útil. De esta manera, se facilitará el proceso del vacío. Figura 4-8. Bolsa de vacío sobre el útil. 15 Figura 4-9. Colocación de la toma de vacío. Como se puede apreciar en la Figura 4-8, la bolsa de vacío ha tenido que ser cerrada con pinzas. Esto es debido a la gran altura que tienen las tomas de infusión. Antes de realizar la infusión, hay que comprobar que el nivel de vacío de la bolsa es el adecuado. Para que el nivel de vacío sea el correcto: - se comprobará la estanqueidad de la bolsa con un vacio ≤ -0.86 bares, verificando que la pérdida de la bolsa es inferior a 6,6 kpa (50 mm de hg) en 2 minutos. - la bolsa ya comprobada y conforme, deberá permanecer cerrada manteniendo un vacío mínimo de -0.86 bares de hg hasta el inicio del ciclo de curado. La estanqueidad de la bolsa se muestra en la Figura 4-10. Figura 4-10. Comprobación de vacío. 16 4.4.1.6 Infusión Finalizado el cierre de la bolsa y comprobada la estanqueidad de esta, base realiza la infusión. Antes de todo hay que realizar la mezcla. La mezcla contará de una base y un catalizador. En la Figura 4-11 se pueden apreciar los dos productos que se van a utilizar. La proporción de esta será 100-27 gramos, es decir, por cada 100 gramos de base se añadirán 27 gramos de catalizador. La mezcla que se realizará será de 600 gramos de base y 162 gramos de catalizador. Figura 4-11. Recipientes de la base y el catalizador a utilizar. Una vez realizada la mezcla, es conveniente calentar la mezcla para que así fluya mejor sobre el útil. Tras un breve calentamiento tanto del útil como de la mezcla, se procede a realizar la infusión. Para realizarla es necesario tener un cubo de aspiración y dos tubos, uno de entrada y otro de salida. La función del cubo de aspiración consiste en recoger la resina sobrante. Por este motivo, es importante echarle una capa de desmoldeante. El tubo de entrada hace de nexo entre el depósito de la mezcla y la toma de infusión de entrada. Para terminar, el tubo de salida se utiliza para evacuar la resina restante y que desemboque en el cubo de aspiración. Para evitar posibles fugas en los tubos de entrada y salida es recomendable adherir cromato entre la bolsa de vacío y los tubos, tal y como se puede apreciar en la Figura 4-13. Cabe destacar que al cubo de aspiración hay que hacerle vacío, para que así pueda fluir la resina hasta allí. Por ello, hay que asegurarse que las diversas entradas del cubo estén bien cerradas y comprobar la estanqueidad del cubo. El cubo que se va a utilizar, el mostrado en la Figura 4-12, tiene un manómetro que refleja la presión del interioir en todo momento. 17 Figura 4-12. Cubo de aspiración. Una vez se tiene todo preparado, se puede comenzar la infusión. En las Figuras 4-13,4-14 y 4-15 se puede observar el avance de la infusión. Figura 4-13. Momento inicial de la infusión. 18 Figura 4-14. Momento intermedio de la infusión. Figura 4-15. Momento final de la infusión. 4.4.1.7 Curado en la estufa Una vez finalizada la infusión, se puede realizar el ciclo de curado. En este caso, el ciclo se va a realizar en la estufa. El ciclo a realizar es el siguiente: 19 Figura 4-16. Ciclo de curado en la estufa. En la Figura 4-16 podemos apreciar una rampa de calentamiento durante 60 min hasta llegar a los 88 ± 5 grados. Una vez obtenida esta temperatura, habrá un período de estabilización de 150 min. Una vez trasncurrido este intervalo de tiempo, comenzará el enfriamiento. Cabe destacar el inicio a 30 grados del ciclo. Esto es debido a que la infusión se realizó a tal temperatura para así calentar el útil y que la resina fluyese mejor por este. 4.4.1.8 Desmoldeo y limpieza del útil En la Figura 4-17 se puede apreciar el resultado de las láminas. En este momento ya se puede desmoldear la pieza e inspeccionar si hay defectos. Si la aplicación del desmoldeante fue correcta, las piezas se desmoldearán sin problemas. Figura 4-17. Desmoldeo del útil. Una vez se han recogido las piezas finales del útil, hay que limpiarlo de los restos de resina que hayan podido quedar. Para ello, primero se retira el cromato de los laterales. Una vez retirado, se procede a limpiar con MEC y trapos de algodón. La finalidad de esta parte del proceso es dejar limpio el útil para evitar la aparición de posibles defectos en infusiones posteriores. 20 4.4.1.9 Recanteo Para obtener las probetas finales, las láminas obtenidas se tienen que cortar. Para ello se va a utilizar un disco de corte. El procedimiento es el siguiente: en las láminas se dibujan las probetas con las dimensiones correspondientes, como se muestra en la Figura 4-18, para después cortarlas con el disco. Figura 4-18. Probetas de tracción, compresión y cizalladura respectivamente. Figura 4-19. Disco de corte. Una vez dibujadas, se cortan con el disco de corte de la Figura 4-19. El resultado final se puede apreciar en la Figura 4-20, 4-21 y 4-22. 21 Figura 4-20. Probetas finales de tracción. Figura 4-21. Probetas finales de compresión. 22 Figura 4-22. Probetas finales de cizalladura. 4.4.2 Fabricación de probetas curadas en autoclave En este apartado se va a detallar el proceso para fabricar las probetas con infusión dentro de la autoclave. El procedimiento para las probetas fabricadas con dos bares será igual que para las probetas fabricadas a cuatro bares. La única diferencia estará en el ciclo de curado. Para poder realizar la fabricación hay que montar un circuito. El circuito comienza en el vaso de mezcla que está conectado con la autoclave a través de un tubo de alimentación. Una vez en el interior de la autoclave, la resina llega a la toma de entrada gracias a otro tubo de alimentación. La resina sobrante saldrá por la toma de infusión de salida que está conectada al cubo de aspiración por dos tubos de alimentación diferentes. 4.4.2.1 Preparación del útil Para empezar, es necesario limpiar el útil con Metil-Etil-Cetona y trapos de algodón. El útil que se va a utilizar es el mismo que el descrito en el Apartado 4.4.1.1. Una vez limpio, se le debe dar al útil tres capas de desmoldeante para así facilitar la limpieza posterior. Para una correcta aplicación de desmoldeante entre capa y capa deben pasar quince minutos. Sin embargo, antes de aplicar la primera capa de este es muy importante proteger el perímetro del útil con cinta. Este paso se realiza para que el cromato pueda pegarse correctamente al útil. En la Figura 4-23 se pueden apreciar las horas a las que se le aplicó al útil el desmoldeante. Además, están presente la cinta que cubre el perímetro de la placa y los trapos de algodón. 23 Figura 4-23. Aplicación de desmoldeante sobre la placa base 4.4.2.2 Aprovisionamiento del material En este apartado se comprueban los materiales necesarios para la fabricación. En este caso se necesitará fibra de carbono y resina. Los materiales que se van a utilizar se pueden apreciar en la Figura 4-2. 4.4.2.3 Corte de telas Las dimensiones de los cortes son los que se han detallado en el Apartado 4.4.1.3. Las láminas de tracción y cizalladura tendrán unas dimensiones de 155x290mm mientras que las láminas para obtener las probetas de compresión tendrán unas dimensiones de 155x190mm. 4.4.2.4 Empilado del panel Una vez se han cortado las capas necesarias, se colocan sobre el útil. La disposición que se ve en la Figura 4-24, de izquierda a derecha, corresponde a las capas para las probetas de tracción, compresión y cizalladura. 30 Figura 4-33. Ciclo de presión para láminas de dos bares Una vez la autoclave ha alcanzado los dos bares de presión, comienza el ciclo de la temperatura. Este se puede observar en la Figura 4-34. Figura 4-34. Ciclo de temperatura para láminas de dos y cuatro bares La temperatura deseada se configura desde una sicoteva. Desde aquí se puede conocer en todo momento la temperatura debido a los dos termopares que se han introducido. En la Figura 4-35 se puede apreciar como la sicoteva muestra la temperatura de los dos termopares instalados. Las curvas roja y azul corresponden a un termopar. 31 Figura 4-35. Sicoteva en rampa de estabilizado. Una vez finalizado el ciclo de curado, se comienza a disminuir la presión de la autoclave. Esta debe salir poco a poco ya que una disminución brusca provoca un enfriamiento que puede afectar a las láminas recién curadas. 4.4.2.8.1 Curado en autoclave a cuatro bares Se va a detallar el proceso a seguir en el curado de las láminas fabricadas a 4 bares. Como ha ocurrido en los dos ciclos anteriores, la temperatura que se alcanzará será de 88 ± 5ºC. La Figura 4-36 muestra el ciclo de presión requerido para alcanzar los cuatro bares. Figura 4-36. Ciclo de presión para láminas de cuatro bares Una vez la autoclave alcanza los cuatro bares comienza el ciclo de temperatura que coincide con el de las probetas de dos bares. Este se puede apreciar en la Figura 4-33. Como anteriormente se ha comentado, la sicoteva controlará la temperatura en todo instante Una vez finalizado el ciclo, el vaciado de la autoclave se debe hacer de una forma controlada para evitar disminuciones bruscas de temperatura. 32 4.4.2.9 Desmoldeo y limpieza del útil Este paso es común para las láminas de dos y cuatro bares. Si la aplicación del desmoldeante fue correcta, no habrá problemas para desmoldear las láminas del útil. Una vez obtenidas las láminas, hay que limpiar del útil de los restos de resina que hayan podido quedar. Primero se rascan los restos para después pararle un trapo de algodón con MEC. Figura 4-37. Láminas de dos bares antes de ser desmoldeadas. Figura 4-38. Láminas de cuatro bares ya desmodeadas. En las Figura 4-37 se pueden observar las láminas aún sin desmoldear, mientras que en la Figura 4-38 estas ya se han desmoldeado. 4.4.2.10 Recanteo El último paso necesario para obtener las probetas es cortar las láminas con las dimensiones especificadas en la Tabla 4-1. En la Figura 4-19 se aprecia el disco de corte que se va a utilizar. Una vez cortadas y lijadas, el resultado de las probetas se puede apreciar en las Figuras 4-39 y 4-40. 33 Figura 4-39. Probetas de tracción, compresión y cizalladura de dos bares. Figura 4-40. Probetas de tracción,compresión y cizalladura de cuatro bares. 4.5 Probetas finales Ya obtenidas todas las probetas, cabe destacar que no hay diferencias en el aspecto exterior entre los tres tipos de probetas distintos. Las dimensiones finales de las probetas están reflejadas en las Tablas 4-2, 4-3 y 4-4. 34 PT PT01 AMB PT02 AMB PT03 AMB PT01 2B PT02 2B PT03 2B PT01 4B PT02 4B PT03 4B Alto (mm) 250 250 250 250 250 250 250 250 250 Ancho (mm) 25 25 25 25 25 25 25 25 25 Espesor (mm) 2,67 2,67 2,75 2,13 2,12 2,15 1,71 1,74 1,81 Área (mm2) 66,75 66,75 68,75 53,25 53 53,75 42,75 43,5 45,25 Área media 67,42 53,3 43,83 Tabla 4-2. Dimensiones finales de las probetas de tracción PC PC01 AMB PC02 AMB PC03 AMB PC01 2B PC02 2B PC03 2B PC01 4B PC02 4B PC03 4B Alto (mm) 150 150 150 150 150 150 150 150 150 Ancho (mm) 25 25 25 25 25 25 25 25 25 Espesor (mm) 1,38 1,36 1,46 1,08 1,10 1,09 1,05 1,05 1,03 Área (mm2) 34,50 34 36,5 27 27,5 27,25 26,25 26,25 25,75 Área media 35 27,25 26,08 Tabla 4-3. Dimensiones finales de las probetas de compresión 35 PCZ PCZ01 AMB PCZ02 AMB PCZ03 AMB PCZ01 2B PCZ02 2B PCZ03 2B PCZ01 4B PCZ02 4B PCZ03 4B Alto (mm) 250 250 250 250 250 250 250 250 250 Ancho (mm) 25 25 25 25 25 25 25 25 25 Espesor (mm) 2,46 2,37 2,37 1,96 2,04 2,06 1,72 1,74 1,73 Área (mm2) 61,5 59,25 59,25 49 51 51,5 43 43,5 43,25 Área media 60 50,5 43,25 Tabla 4-4. Dimensiones finales de las probetas de cizalladura Tal y como se puede observar en las tres tablas anteriores, las probetas tienen menor espesor conforme han sido curadas a una presión mayor. Esto es debido a la compactación, producida por la presión, que han experimentado las probetas curadas en autoclave. Para medir el espesor de las probetas se ha utilizado un calibre. Este se puede observar en la Figura 4-41. El instrumento utilizado fue calibrado el 23-06-2021. Figura 4-41. Calibre utilizado 36 5 ENSAYOS 5.1 Objetivos El motivo de este capítulo es explicar el desarrollo de los ensayos, desde la colocación de las bandas extensométricas hasta la consecución de los resultados. Hay que destacar que todos los ensayos se han realizado de la manera que establecía cada norma. Al mismo tiempo, se cumplían las condiciones de temperatura y humedad. Los ensayos se han hecho con una temperatura de 22ºC y una humedad del 50%. 5.2 Colocación de las bandas extensométricas Antes de comenzar con los ensayos hay que colocar las bandas extensométricas o galgas. De las 27 probetas totales que se han obtenido, se van a colocar nueve galgas. Se colocarán en todas las probetas 1. Dependiendo de los resultados obtenidos en las otras dos probetas restantes, se validarán o no el resultado de las galgas. Pese a que el proceso no es excesivamente complejo, hay que tener mucho tacto debido a la fragilidad de las galgas. Dicho esto, las galgas se colocan de la siguiente manera: 1Se lija la parte central de la probeta, lugar dónde será colocada la galga. 2Se limpia la superficie de la probeta con alcohol Iso-Propanol. 3Se marca el centro de la probeta con el marcador de la Figura 5-1. Figura 5-1. Marcador de centro. 4Se vuelve a limpiar la superficie con alcohol Iso-Propanol para eliminar los restos que han provocado las 37 líneas. 5Una vez limpia la mesa de trabajo, se extrae una galga y se coloca sobre la mesa. La galga se coge por una esquina con unas pinzas. 6Se coloca una banda de celo sobre la galga. Posteriormente, se hace coincidir las marcas que trae la galga con las hechas anteriormente. 7. Una vez colocado, se levanta el celo con la galga y se vierte el catalizador sobre la galga y la superficie de la probeta. Una vez seco, se vierte el adhesivo sobre la superficie. El catalizador y adhesivo utilizado se puede apreciar en la Figura 5-2. A continuación, se baja la tira de celo y se hace presión sobre la galga durante 20 segundos. Figura 5-2. Catalizador y adhesivo utilizado. 8. Esperado un tiempo prudencial, se levanta el celo de forma lenta y constante para así evitar despegar la galga. Si la galga se despega, hay que tirarla y repetir el proceso. 9. Antes de comenzar a soldar los terminales, es muy importante limpiar los terminales de las galgas con fibra de vidrio. De esta forma se elimina el adhesivo que pudiese encontrarse en los terminales. 10. Se sueldan los terminales de la galga. Para ello, debe calentarse el terminal a la vez que se añade el estaño. Se estañan los terminales de los cables. Se utiliza celo para ayudar a la sujeción de los cables. Para terminar, se acerca el cable a la vez que se añade calor. El propio calor del terminal derretirá el estaño y se colocarán los cables. Como resultado final, el cable debe quedar incrustado en una pequeña bola de estaño tal y como se muestra en la Figura 5-3. 38 Figura 5-3. Probetas de tracción con las bolas de estaño. 11. Para comprobar que las bandas funcionan, se comprueba la resistencia entre los terminales de la banda. Esta debe ser de 120 Ω. 5.3 Ensayo de tracción El ensayo de tracción va a ser el medio para obtener el módulo de Young, el coeficiente de Poisson y la resistencia a tracción. En total, se van a evaluar nueve probetas. Tres de ellas han sido fabricadas en infusión al vacío, otras tres fueron fabricadas en infusión con dos bares y las restantes fabricadas a cuatro bares. Las probetas han sido ensayadas en una máquina estáticay la célula de carga utilizada es de 10000 kg. Antes de realizar los ensayos, hay que tener en cuenta una serie de consideraciones. En primer lugar, las probetas deben estar centradas en las mordazas superiores e inferiores. Asimismo, es muy importante que estén totalmente verticales en todo momento. La velocidad del ensayo, tal y como viene reflejada en la norma ASTM D3039, es de 2 mm/min. Por último, durante el ensayo se coloca una mámpara para evitar que puedan salir trozos despedidos como se observa en la Figura 5-4. 39 Figura 5-4. Mampara de protección. Los resultados obtenidos han sido los siguientes: PT PT01 AMB PT02 AMB PT03 AMB PT01 2B PT02 2B PT03 2B PT01 4B PT02 4B PT03 4B Xt (MPa) 587,277 546,568 571,334 611,444 752,223 653,574 647,116 610,024 636,07 E (GPa) 50,653 43,634 44,393 59,678 50,254 49,568 58,613 62,773 63,930 Poisson 0,0234 - - 0,0433 - - 0,0317 - - Tabla 5-1. Resultados de los ensayos de tracción 5.4 Ensayo de compresión El ensayo de compresión se va a realizar para obtener el valor de la resistencia a compresión de las probetas fabricadas. A la hora de ensayar las probetas de compresión se hizo evidente que las probetas inicialmente planteadas eran erróneas. Faltaban los tacos en los extremos que evitan el pandeo de la probeta. A partir de este momento se propusieron varias alternativas para subsanar el error. La primera de ellas fue pegar los tacos a las probetas, sin embargo, esta fue desechada porque la colocación de los tacos requiere una gran precisión. La forma correcta de actuar hubiese sido pegar la tira de tacos sobre la lámina, antes de realizar el recanteo. De esta forma los tacos quedarían en la probeta de una forma totalmente homogénea. Descartada esta opción, se optó por ensayar las probetas en la máquina dinámica del laboratorio. El motivo de esta decisión fue debido a que las mordazas eran capaces de agarrar la probeta firmemente tal y como se muestra en la Figura 5-5. En un inició se optó por comenzar el ensayo en esta máquina, pero la probeta comenzó a pandear. 46 Hay que destacar la elevada dispersión que presentan las probetas de dos bares debido al resultado de PT022B. Si eliminásemos el resultado de tal probeta, los resultados de las probetas fabricadas a dos bares serían similares a los obtenidos en las probetas de cuatro bares. Respecto al módulo de elasticidad longitudinal en dirección de las fibras, la Tabla 6-2 ilustra los valores promedios de las distintas probetas. PT-AMB E (GPa) Media (GPa) S (GPa) CV (%) PT01-AMB 50,653 46,227 3,846 8,320 PT02-AMB 43,634 PT03-AMB 44,393 PT01-2B 59,678 53,167 5,645 10,617 PT02-2B 50,254 PT03-2B 49,568 PT01-4B 58,613 61,772 2,796 4,527 PT02-4B 62,773 PT03-4B 63,930 Tabla 6-2. Resultados de E11 para las probetas de tracción En la tabla anterior se puede apreciar como nuevamente las probetas fabricadas en la autoclave mejoran a las probetas fabricadas al vacío. Sin embargo, en este caso las probetas curadas a cuatro bares son las que mejores valores presentan de E11. El incremento que se produce en las PT-2B respecto a las PT-AMB es de un 15,01% mientras que las PT-4B mejoran a las PT-AMB un 33,63%. Cabe destacar que todos los resultados obtenidos son coherentes con sus homólogos excepto la resistencia a tracción de PT02-2B. Sin embargo, tiene sentido que tenga un valor tan alto debido a que como se puede observar en la Figura 6-5, PT02-2B aguanta prácticamente la misma carga que PT02-AMB, pero teniendo un menor espesor. 6.2 Análisis ensayo de compresión Ya finalizado el análisis del ensayo de tracción, se va a comentar los resultados del ensayo de compresión. Como se comentó en el Apartado 5.4, los resultados de las probetas 1 no se han podido obtener. Por ello, solo se comentarán los resultados de la resistencia a compresión de las probetas 2 y 3. En la Tabla 6-3 se muestran los valores medios de la resistencia a compresión que se han obtenido. 47 PC-AMB Xc (MPa) Media (MPa) S (GPa) CV (%) PC02-AMB 123,467 148,327 35,157 23,702 PC03-AMB 173,187 PC02-2B 208,333 214,192 8,259 3,856 PC03-2B 220,050 PC02-4B 236,997 251,204 20,079 7,993 PC03-4B 265,410 Tabla 6-3. Resultados de la resistencia a compresión para PC La tabla anterior muestra como las probetas fabricadas en la autoclave vuelven a mejorar las propiedades de las fabricadas al vacío. En este caso, donde se evalua la resistencia a compresión, las probetas fabricadas a cuatro bares presentan los mejores valores, siendo el valor medio un 69,36% superior frente al valor medio de las PC-AMB. No obstante, los valores obtenidos por PC-2B también son muy superiores. Estos tienen una mejora del 44,41% frente a PC-AMB. 6.3 Análisis ensayos de cizalladura Por último, se van a analizar los resultados del ensayo de cizalladura. En este caso, solo se pueden obtener los resultados de las probetas 1 debido a que son las únicas a las que se le colocaron las galgas, y por ello, son las únicas de las que tenemos información tanto de la deformación longitudinal como de la transversal. En la Figuras 6-4, 6-5 y 6-6 se muestran los ensayos de las probetas PCZ01-AMB, PCZ01-2B y PCZ01-4B respectivamente. Figura 6-4. Resultado del ensayo de cizalladura para PCZ01-AMB 48 Figura 6-5. Resultado del ensayo de cizalladura para PCZ01-2B Figura 6-6. Resultado del ensayo de cizalladura para PCZ01-4B El valor que se obtiene de la probeta de dos bares es de 31,644 GPa mientras que PCZ01-AMB tiene un módulo de 20,191 GPa. Sin embargo, pese a que PCZ01-4B es la que menos carga soporta, es la que tiene el módulo de cizalladura mayor. Este asciende a 40,195 GPa, siendo un 99,07% mayor que PCZ01-AMB y un 56,72% superior respecto a PCZ01-2B. 49 7 CONCLUSIONES En este trabajo se ha realizado un estudio que tiene tres partes muy diferenciadas, que se pueden dividir en experimentales y análisis. La parte experimental de este incluye, en primer lugar, la fabricación de los tipos de probetas. En segundo lugar, y una vez que se ha terminado la fabricación, se realizan realizan los ensayos pertinentes para la obtención de las propiedades buscadas. Una vez terminada la parte experimental, comienza la parte analítica cuyo único objetivo es tratar de obtener resultados y debatirlos. Una vez se consiguen los resultados finales, se puede tomar una decisión sobre estos. En el caso de este proyecto, los resultados están bastante claros. Las probetas fabricadas dentro de la autoclave mejoran sustancialmente las propiedades mecánicas de las probetas fabricadas con la infusión al vacío. No hay ninguna propiedad mecánica de las probetas fabricadas al vacío que tenga mejor valor que las probetas fabricadas en la autoclave. Sin embargo, dentro del grupo de las probetas fabricadas en la autoclave, los resultados establecen que las probetas fabricadas a cuatro bares tienen, en general, mejores propiedades mecánicas que las probetas fabricadas a dos bares. Con el fin de esclarecer este fenómeno, este hecho podría suponer un punto de partida para seguir con el desarrollo de este trabajo. Del mismo modo, la investigación de la morfología interna de las probetas podría ser otro punto dónde comenzar. Además, con el fin de obtener más información, se podrían realizar otros tipos de ensayos, como un ensayo de tracción “by-pass” o un ensayo de compresión después de impacto (CAI). Para terminar, los resultados expuestos en este trabajo ponen de manifiesto la mejora de las propiedades mecánicas en aquellas probetas fabricadas en la autoclave. Por ello, y si se sigue investigando, estas propiedades serían muy ventajosas en desarrollos futuros. Sobre todo, en aquellas aplicaciones que exijan materiales con buenas propiedades mecánicas y ligeros. 50 REFERENCIAS [1] https://www.gazechim.es/procesos-de-aplicacion/infusion-por-vacio/ [Consulta: 25 Agosto 2021] [2] http://www.bfgarchitecture.com/pt/vacuum-infusion [Consuta: 25 Agosto 2021] [3] https://ipspetrolifero.com/wp-content/uploads/2018/02/Nociones-basicas-sobre-la-infusion-de-resinas.pdf [Consulta: 26 Agosto 2021] [4] https://www.aimplas.es/blog/tipos-de-materiales-compuestos/ [Consulta: 26 Agosto 2021] [5] https://www.xataka.com/investigacion/fibra-carbono-que-que-atractiva-para-electronica-consumo-comopara-aeronautica-automocion [Consulta: 26 Agosto 2021] [6] https://www.quimica.es/enciclopedia/Brea.html [Consulta: 26 Agosto 2021] [7] https://www.mipatente.com/fibra-de-carbono-el-material-versatil-y-sus-aplicaciones-de-vanguardia/ [Consulta: 27 Agosto 2021] [8 ] https://autofm.es/fibra-de-carbono-en-automocion/ [Consulta: 27 Agosto 2021] [9]https://www.diariodesevilla.es/motor/Porsche-Storck-lanzan-bicletasCyKlaer_0_1606039702.html?utm_source=twitter.com&utm_medium=smm&utm_campaign=noticias [Consulta: 31 Agosto 2021] [10] Paris Carballo, F. Cañas Delgado, J. Marín Vallejo, J.C. Introducción al análisis y diseño con materiales compuestos, Escuela Técnico Superior de Ingenieros, Universidad de Sevilla, 2015 [11] ASTM D 3039/D 3039M, Standar Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials, 2000. [12] ASTM D 3410/D 3410M, Standars Test Method for Compressive Properties of Polymer Matrix Composite Materials with Unsupported Gage Section by Shear Loading, 2003. [13] ASTM D 3518/D 3518M, Standars Test Method for In-Plane Shear Response of Polymer Matrix Composite Materials by Tensile Test of a ±45º Laminate, 1995. 51 ANEXOS Anexo 1: Tabla resumen propiedades mecánicas Anexo 2: Ordenes de trabajo Anexo 3: Fichas técnicas 1 ANEXO 1 TABLA RESUMEN PROPIEDADES MECÁNICAS Probeta Xt (MPa) Yt (MPa) E11 (GPa) E22 (GPa) ν Xc (MPa) Yc (MPa) G12 (GPa) PT01-AMB 587,277 587,277 50,653 50,653 0,0234 N/P N/P N/P PT02-AMB 546,568 546,568 43,634 43,634 - N/P N/P N/P PT03-AMB 571,334 571,334 44,393 44,393 - N/P N/P N/P PT01-2B 611,444 611,444 59,678 59,678 0,0433 N/P N/P N/P PT02-2B 752,223 752,223 50,254 50,254 - N/P N/P N/P PT03-2B 653,574 653,574 49,568 49,568 - N/P N/P N/P PT01-4B 647,116 647,116 58,613 58,613 0,0317 N/P N/P N/P PT02-4B 610,024 610,024 62,773 62,773 - N/P N/P N/P PT03-4B 636,078 636,078 63,930 63,930 - N/P N/P N/P PC02-AMB N/P N/P N/P N/P N/P 123,467 123,467 N/P PC03-AMB N/P N/P N/P N/P N/P 173,187 173,187 N/P PC02-2B N/P N/P N/P N/P N/P 208,333 208,333 N/P PC03-2B N/P N/P N/P N/P N/P 220,050 220,050 N/P PC02-4B N/P N/P N/P N/P N/P 236,997 236,997 N/P PC03-4B N/P N/P N/P N/P N/P 265,410 265,410 N/P PCZ01AMB N/P N/P N/P N/P N/P N/P N/P N/P PCZ01-2B N/P N/P N/P N/P N/P N/P N/P 31,644 PCZ01-4B N/P N/P N/P N/P N/P N/P N/P 40,195 ANEXO 2 ANEXO 3 F-20 v2 TECHNICAL DATASHEET Article: Style 450 Setting [threads/cm]: 5,0/5,0 Weave: Plain Finish: loomstate Construction: Warp Weft Material: Carbon Carbon Yield: 200 tex 200 tex Technical Data Unit Target +/- Tolerance Fibre density 1) 3) Warp Weft g/cm³ g/cm³ n.G. n.G. +/- +/- n.G. n.G. Linear density 1) Warp Weft tex tex 200 200 +/- +/- 10 10 Twist 1) Warp Weft T/m T/m +/- +/- Setting Warp Weft thr./cm thr./cm 5,0 5,0 +/- +/- 0,2 0,2 Weight g/m² 200 +/- 8 Dry Weight g/m² 200 +/- 8 Moisture content % 0,5 Thickness 2) mm 0,33 +/- 0,05 Width cm as ordered +/- 1 1) or n.G.: depending on order and yarn specification 3) no measure, certified by supplier 2) approximate value, not for release Remark: The values describe the properties of the fabric based on a limited production period. Date QM This datasheet does not include revision service. 10.04.2015 Sybille Büscher SR GreenPoxy 33 / SD 477x ED 1417 1531.7 1557.4 Page 1 / 11 Version 2.0 25/01/2019 Sicomin, 31 avenue de la Lardière, 13220 Châteauneuf les Martigues, France T: +33 (0)4 42 42 30 20 / F: +33 (0)4 42 81 29 29 / E: [email protected] / www.sicomin.com SR GreenPoxy 33 / SD 477x Epoxy system for composites parts High bio-based carbon content SR GreenPoxy 33 resin is out coming from the latest innovations in bio-based chemistry. SR GreenPoxy 33 resin is produced with a high content of carbon from plant origin. The bio-based Carbon content of our system is certified by an independent laboratory using Carbon 14 measurements (ASTM D6866 or XP CEN/TS 16640) This is a significant technological advance on the following points: Clarity, color, performances and guarantees of industrial tonnages availability. SR GreenPoxy 33 is an epoxy resin which has 35% of its molecular structure coming from plant origin. This percentage is function of the carbon origin contained in the epoxy molecule. The final rate of the mix bio-based carbon content will depend on the hardener choice. Epoxy system SR GreenPoxy 33 / SD 477x • 3 hardeners of extreme low viscosity, special infusion: SD 4772 / 4771 / 4770 Suitable with ambient temperature of 25 to 40 °C Design for infusion or RTM process, for large parts, very thick laminates • 3 hardeners for hand laminating, bonding: SD 4777 / 4775 / 4773 Clear laminate and final aspect. High mechanical properties. Good wetting out properties resulting in low resin consumption. Good mechanical properties @ ambient temperature, post cure @ 40 to 60 °C Mix bio-based carbon content of about 27 %. All components are CMR free SR GreenPoxy 33 / SD 477x ED 1417 1531.7 1557.4 Page 2 / 11 Version 2.0 25/01/2019 Sicomin, 31 avenue de la Lardière, 13220 Châteauneuf les Martigues, France T: +33 (0)4 42 42 30 20 / F: +33 (0)4 42 81 29 29 / E: [email protected] / www.sicomin.com Resin SR GreenPoxy 33 : Appearance Viscous liquid Color Clear Gardner color 3 maximum Chemical nature Epoxy resin. Reactions product between Alcohols and epichlorhydrine. Storage Can crystallize at low temperature or after a long storage. Shelf life : 2 years @ 18 - 25°C Density (g/cm 3 ) + 0.01 @ 20 °C 1.159 % bio-based Carbon content 34 - 36 % Viscosities (m.Pas + 20 %) @ 15 °C @ 20 °C @ 25 °C @ 30 °C @ 40 °C 6 380 3 240 1 780 1 040 410 Refractive index ( + 0.005 ) @ 25 °C 1.5562 Base Hardeners SD 477x: SD 4777 SD 4775 SD 4773 SD 4772 SD 4771 SD 4770 Aspect Color Liquid / Clear to yellow Gardner color maximum 8 5 4 3 3 3 Reactivity levels Very fast Medium Standard Very slow Ultra slow Mega slow Viscosities (mPa.s + 20 %) @ 15 °C @ 20 °C @ 25 °C @ 30 °C @ 40 °C 71 52 39 30 19 285 190 130 95 55 56 41 31 24 15 13 11 9 7 5 Density (+ 0.01) @ 20 °C 0.98 1.01 0.98 0.93 0.94 0.94 Refractive index (+ 0.005) @ 25 °C 1.5123 1.4980 1.4779 1.4810 1.4590 1.4603 SR GreenPoxy 33 / SD 477x ED 1417 1531.7 1557.4 Page 3 / 11 Version 2.0 25/01/2019 Sicomin, 31 avenue de la Lardière, 13220 Châteauneuf les Martigues, France T: +33 (0)4 42 42 30 20 / F: +33 (0)4 42 81 29 29 / E: [email protected] / www.sicomin.com Resin SR GreenPoxy 33 / SD 477x Mixes : GP33 / SD 4777 GP33 / SD 4775 GP33/ SD 4773 GP33 / SD 4772 GP33 / SD 4771 GP33 / SD 4770 Mixing ratio: Quantity by weigh 100 g / 27 g Quantity by volume 100 ml / 32 ml 100 ml / 31 ml 100 ml / 32 ml 100 ml / 33 ml or 3 / 1 Viscosities (mPa.s + 20 %) @ 20 °C @ 30 °C @ 40 °C 910 500 230 1 300 540 270 1 000 500 170 800 260 105 Gel Time @ 20 °C @ 30 °C @ 40 °C 1 hr 40’ 55’ 32’ 4 hrs 30’ 2 hrs 30’ 1 hr 18’ 8 hrs 20’ 4 hrs 20’ 2 hrs 30’ 11 hrs 6 hrs 3 hrs 15’ 14 hrs 8 h 45’ 5 h 15’ 23 hrs 30’ 12 h 30’ 6 h 30’ Minimum time to handle parts - Estimated value (hrs) @ 20 °C @ 30 °C @ 40 °C 5 hrs 2 hrs 45’ 1 hr 35’ 13 hrs 30’ 7 hrs 30’ 4 25 13 8 33 18 10 42 27 16 76 40 20 % bio-based Carbon content 26 - 28 % SR GreenPoxy 33 / SD 477x ED 1417 1531.7 1557.4 Page 10 / 11 Version 2.0 25/01/2019 Sicomin, 31 avenue de la Lardière, 13220 Châteauneuf les Martigues, France T: +33 (0)4 42 42 30 20 / F: +33 (0)4 42 81 29 29 / E: [email protected] / www.sicomin.com Systems GP33 / SD 4771 GP33 / SD 4770 Cure Ambient + 24 hrs 40 °C Ambient + 8 hrs 60 °C Ambient + 8 hrs 80 °C Ambient + 24 hrs 40 °C Ambient + 16 hrs 60 °C Ambient + 8 hrs 80 °C Tension Modulus of elasticity N/mm² 3290 3110 2800 3100 2900 2800 Maximum resistance N/mm² 73 74 74 69 76 74 Resistance at break 69 71 70 66 74 73 Elongation at max. resistance % 3.2 4.2 5.4 3.2 4.7 5.3 Elongation at break % 3.4 5.1 6.0 3.3 5.4 5.6 Flexion Modulus of elasticity N/mm² 3250 3150 2800 3100 2800 2700 Maximum resistance N/mm² 115 116 117 113 118 117 Elongation at max. resistance % 4.4 5.3 6.2 4.3 5.7 6.5 Shear strength N/mm² 48 48 49 49 50 50 Compression Compression yield strength Offset compression yield Charpy impact strength N/mm² % 100 8.8 100 9.1 99 10.2 101 7.7 101 8.4 101 9.0 Resilience KJ/m² 17 39 21 21 29 29 Glass Transition DSC – T G1 Onset DSC – T G1 Onset max DMTA – T G Ult. °C °C °C 71 113 89 113 103 101 113 66 87 93 95 SR GreenPoxy 33 / SD 477x ED 1417 1531.7 1557.4 Page 11 / 11 Version 2.0 25/01/2019 Sicomin, 31 avenue de la Lardière, 13220 Châteauneuf les Martigues, France T: +33 (0)4 42 42 30 20 / F: +33 (0)4 42 81 29 29 / E: [email protected] / www.sicomin.com Tests carried out on samples of pure cast resin, without prior degassing, between steel plates. Measures undertaken according to the following norms: Tension: ISO 527 - 2 Flexion: ISO178 Charpy impact strength: NF T 51-035 Shear Strength: ASTM D 732 - 93 Compression: ISO 604 Water absorption: Internal. Polymerization according to cycle, machining, weighing, time spent in distilled water at 70 °C / 48 hours, weighing 1 hour after emerging, Glass transition DSC: ISO 11357-2: 1999 -5°C to 180 °C under nitrogen gas T G1 or Onset: 1st point at 20 °C/min T G1 maximum or Onset : second passage Glass transition DTMA: ISO 11357-1 - T G onset G’ Temperature ramp 0 °C to 180 °C @ 2°C/min ASTM D4065 - T G peak G’’ Physical tests according standard: Gardner color: NF EN ISO 4630 Visual method Refractive index: NF ISO 280 Viscosity: NF EN ISO 3219 Rheometer 50 mm, shear 10 s -1 Density: NF EN ISO 2811-1 Pycnometer Gel time: Cross G’ G’’ Rheometer CP50 - Shear rate 10 s -1 Green Carbone content: ASTM D6866-12 or XP CEN/TS 16640 Avril 2014 LEGAL NOTES: The information given in writing or verbally, in the context of our technical assistance and our trials, do not engage our responsibility. They are given in good faith based on SICOMIN's current knowledge and experience of the products when properly stored, handled and applied under normal conditions in accordance with SICOMIN’s recommendations. So, we advise the users of SICOMIN products, to check by some practical trials they are suitable for the envisaged processes and applications. The customer's storage, the use, the implementation and the transformation of the supplied products, are not under our control and your responsibility only will respond for it. SICOMIN reserves the right to change the properties of its products. All technical data stated in this Product Data Sheet are based on laboratory tests. Actual measured data and tolerance may vary due to circumstances beyond our control. If our responsibility should nevertheless be involved, it would be, for all the damages, limited to the value of the goods supplied by us and implement by the customer. We guaranty the non-reproachable quality of our products, in the general context of sales and delivery. Users must always refer to the most recent issue of the local Product Data Sheet for the product concerned, copies of which will be supplied on request.