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 De Compuestos y Autoclaves

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INVITADO



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MensajeTema: De Compuestos y Autoclaves   Vie 29 Jun 2012 - 21:51

De Compuestos y Autoclaves
Viernes, 29 de Junio de 2012


Por: Marcelo R. Cimino



En estos día la empresa Embraer estaría recibiendo un autoclave dimensiones extraordinarias (6500x27.000 mm) construido por la firma española OLMAR, quien cuenta con más de 40 años de experiencia fabricando calderas de vapor y autoclaves.



Tras una rigurosa inspección oficial realizada por técnicos de Embraer, hacia finales de Mayo pasado, en Gijón - España-. Se procedió a la aceptación oficial del equipo. Para la empresa española llevar adelante este proyecto fue todo un desafío, ya que el autoclave es realmente grande, sin embargo se está procediendo a la fabricación de un nuevo autoclave de dimensiones muy similares, al manufacturado para la empresa brasilera (6000x22.000 mm), que formará parte de los procesos de fabricación del nuevo Airbus A350XWB. Lo que habla a las claras de la actual dimensión de Embraer como actor mundial en la industria aeronáutica.


¿Que es un Composite ?

Como bien sabemos un "composite" es un material compuesto más ligero que el acero, con igual resistencia, inmune a la corrosión, que puede adoptar diversas formas y adaptarse a las necesidades de múltiples sectores. Las fibras de carbono son cuatro veces más flexibles que las mejores aleaciones de acero y pesan una cuarta parte. Estos materiales preimpregandos fueron desarrollados para aplicaciones aeronáuticas y aeroespaciales, que requieren de un elevado contenido de refuerzo en la composición del material compuesto, así como una perfecta uniformidad del contenido de resina.Son generalmente estructuras textiles impregnadas con resinas reactivas listas para ser utilizadas, a las cuales se le ralentiza el proceso de reticulación almacenándolas a bajas temperaturas.

Las matrices más utilizadas para fabricar los preimpregnados suelen ser matrices epoxies y matrices fenólicas.
La impregnación se realiza mediante rodillos impregnadores que permiten obtener porcentajes de resina muy precisos y una buena uniformidad del impregnado.
Para su curado final, la pieza alojada en su molde debe ser sometida a presión y temperatura. Si la presión de compactación es baja (hasta - Ibar) se puede obtener mediante un sistema de vacío. Si la presión de compactado requerida es elevada, debemos recurrir ai uso de prensas o autoclaves. Los autoclaves ejercen presión hidrostática en la totalidad de la pieza, razón por la cual es elegido en piezas de geometrías complejas.
Dependiendo de la temperatura de curado, podemos diferenciar tres clases de preirnpregnados:

• Preirnpregnados de alta temperatura
• Preirnpregnados de media temperatura
• Preirnpregnados de baja temperatura

Los preirnpregnados que curan a altas temperaturas, son los que poseen las mejores propiedades físicas y mecánicas. La temperatura de curado es alrededor de 180°C y se utilizan en construcciones aeroespaciales. Es aquí donde los autoclaves entran a jugar un papel de preponderancia.



Compuestos en el ala del A-400M


¿Que es un autoclave entonces?

Básicamente un autoclave de materiales compuestos es un recipiente o vasija (normalmente en forma cilíndrica) con un sistema de temperatura y presurización, utilizado para curar y consolidar materiales compuestos. El tamaño y el diseño del autoclave depende de la aplicación o, lo que es lo mismo, del tipo de piezas a procesar. Uno de los sectores que más utiliza esta técnica es el aeronáutico, por lo que en ocasiones estos sistemas tienen dimensiones muy grandes.




Los componentes principales de un autoclave de materiales compuestos son:

· Cámara presurizada: Es la vasija propiamente dicha, en la que se introducen los componentes a curar.

· Dispositivos de calentamiento: Son los encargados de conseguir las distintas temperaturas de curado para cada tipo de material introducido.

· Sistema de aplicación de vacío: Es uno de los componentes más importantes en este tipo de autoclaves, ya que es una parte fundamental para el proceso de fabricación de un laminado de material compuesto. Se encarga de la primera compactación del laminado, elimina componentes volátiles de la resina y permite que se aplique presión sobre la pieza a conformar sin que ésta permanezca en contacto con la atmósfera de la autoclave. Consiste en una membrana delgada plástica, no reutilizable, y una serie de elementos que eliminan la cantidad de resina sobrante y consiguen buenos acabados superficiales de la pieza.

· Sistema de control de los parámetros de curado: Asegura en todo momento, mediante sistemas monitorizados, que las condiciones de presión y temperaturas son las adecuadas para el proceso.

· Soporte de los moldes para su introducción en la cámara.




Funcionamiento:

La consolidación de los compuestos mencionados se consigue mediante aire que es calentado en el interior del equipo, bien mediante resistencias eléctricas o bien mediante vapor y/o aceite térmico a través de un intercambiador. Un potente electro- ventilador se encarga de poner en movimiento el aire interior haciendo que la circulación forzada permita obtener valores de temperatura en el interior del equipo con variaciones mínimas entre unos puntos y otros. El proceso de enfriamiento se consigue haciendo circular agua fría, o fluidos refrigerantes, a través de un intercambiador que diseñado al efecto permite mediante circulación forzada del aire entre sus placas, disminuir la temperatura interior de! equipo hasta los valores deseados.

Es muy importante en este punto reseñar que los equipos disponen interiormente de conexiones independientes para diferente número de bolsas de vacío a introducir en el autoclave. Ello, junto con el suministro de aire comprimido y/o nitrógeno en el interior del autoclave para poder regular la presión según necesite el producto a tratar, permite que el
equipo sea totalmente autónomo para regular los grados de presión/vacío que se necesiten. Del mismo modo, mediante termopares (termocuplas) y sensores de presión se controlan estas variables en distintos puntos del autoclave y de las piezas en él introducidas.[/color]




Todo el proceso mencionado con distintas variaciones o repetición de ciclos y el proceso a realizar, se va a desarrollar de forma totalmente automática. Un microprocesador se va a encargar de recibir la información que durante el ciclo le van a indicar los captadores de datos, enviando inmediatamente órdenes a las válvulas y accionadores correspondientes para que regulen el proceso según los puntos de consigna que previamente se han programado. Se pueden incluir sondas interiores de producto, que nos permiten conocer en tiempo real durante el proceso los valores de presión, vacío y/o temperatura que tiene el producto que en ese momento se está tratando. Como es de suponer si durante el proceso se produce alguna anomalía, el equipo avisa inmediatamente mediante las alarmas correspondientes del posible fallo en el sistema, o en el suministro de fluidos, con el fin de la actuación inmediata para corregir el problema.

Como dato anecdótico, que vale la pena mencionar, es que en Agosto de 2011, la Fábrica Argentina de Aviones "Brigadier San Martin" (FAdeA), incorporó un autoclave OLMAR, de respetables dimensiones, que permitirá aplicar el proceso de curado de materiales compuestos de piezas, para el futuro KC-390, como para los modelos propios que produce o mantiene. Permitiendo además ampliar su horizonte de negocios hacia terceros.


Autoclave similar al adquirido por FAdeA.



Fuentes y material consultado;

http://www.olmar.com/noticias/show/122
http://www.olmar.com/noticias/list
http://ocw.upc.edu/sites/default/files/materials/15012220/22643-3142.pdf
http://idf.webs.upv.es/descargas/formacion/3dcomposites/proc_infusion_vacio.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Autoclave

Por: Marcelo R. Cimino
Interdefensa Militar Argentina



Última edición por Marcelo R.Cimino el Sáb 30 Jun 2012 - 9:37, editado 2 veces
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mario venditto



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MensajeTema: Re: De Compuestos y Autoclaves   Vie 29 Jun 2012 - 23:29


Muy interesante la info..realmente ni sabia de la existencia de los "autoclaves" pero luego de leer lo tuyo, entiendo la necesidad y la importancia de este "aparato.." buenisimo Marce.
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MensajeTema: Re: De Compuestos y Autoclaves   Sáb 30 Jun 2012 - 2:00

Buena info Marcelo. Personalmente conocí estos sistemas usados en salud y en la industria de la construcción, los primeros muchos más chicos que los que mostrás, y los segundos un poco más pequeños que el que tiene FAdeA, y trabajan a presiones mucho menores.

Saludos
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MensajeTema: Re: De Compuestos y Autoclaves   Sáb 30 Jun 2012 - 9:29

la verdad que esto es el futuro de la aviación, aunque es una tecnología de muchos años, se esta empezando a especializar mucho, todavía quedan algunas cuestiones como, la incidencia de los rayos uv en el envejesimineto de las estructuras, temas de reparación y algunos detalles mas, pero ya se esta usando, hay fuselajes completos de materiales compuestos.

es bueno saber que fadea invierte en esta tecnologia, esperemos que no tarden en desarrollar algo para empesar a probarlo.

seria muy bueno que el IA-73 sea de materiales compuestos, le daria un futuro mas prometedor a lo largo del tiempo...
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Wolfpack



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MensajeTema: Re: De Compuestos y Autoclaves   Sáb 30 Jun 2012 - 14:02

bravo

Muy, pero muy buen informe, Marce! Espectacular la información, y también espectacular el avance de Embraer. Lo mejor de todo, saber que en FAdeA no se han quedado (tan) atrás y que han incorporado un sistema similar.

Y concuerdo con SUE en este aspecto, sería bueno que el IA-73 incorporase estas nuevas tecnologías de materiales compuestos, aunque sin embargo habría que considerar si esto no tendría una incidencia notable en el precio final de construcción de cada unidad.

Saludos.
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MensajeTema: Re: De Compuestos y Autoclaves   Sáb 30 Jun 2012 - 17:04

Wolfpack escribió:
bravo

Muy, pero muy buen informe, Marce! Espectacular la información, y también espectacular el avance de Embraer. Lo mejor de todo, saber que en FAdeA no se han quedado (tan) atrás y que han incorporado un sistema similar.

Y concuerdo con SUE en este aspecto, sería bueno que el IA-73 incorporase estas nuevas tecnologías de materiales compuestos, aunque sin embargo habría que considerar si esto no tendría una incidencia notable en el precio final de construcción de cada unidad.

Saludos.


mira la ventaja del plástico es lo barato que sale, y lo fácil que es hacer una estructura, el tema es tener el autoclave, y diseñar la estructura para ser fabricada en compuestos, ya que no se usan los mismos cálculos que con el aluminio, la bentaja es que tenes menos peso y mas lugar para acomodar cosas dentro de la estructura

uno de los prieros aviones en fabricarce totalmente en compuestos es el PREMIER 1



y actualmente cessna esta fabricando su modelo para enseñanza en materiales compuestos. y muchos VLA son de compuestos así que barato debe ser, seria lindo como ejercicio y a modo de comparación
FADEA pudiera construir un fuselaje del pampa en materiales compuestos, así los ing se ponen a punto con la tecnología y tienen un punto de comparación, así trabajan los grandes y es la única forma de aprender, porque no creo que ninguna compañía de las que dominan los compuestos te venga a decir las cosas se hacen así...
les dejo la idea a FADEA.
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INVITADO



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MensajeTema: Re: De Compuestos y Autoclaves   Sáb 30 Jun 2012 - 18:40

No es barato Diego.
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oscarlivy



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MensajeTema: Re: De Compuestos y Autoclaves   Dom 1 Jul 2012 - 1:05

Los autoclaves se usan en la industria hace muchos años, en diversos procesos. En mi caso particular en la fabricacion o reparacion de motores y generadores.
Cuando fabricas generadores o motores se impregnan con resinas alquidicas o epoxidicas por inmersion se extrae el airepara sacar las burbujas que puedan quedar en el proceso y hacerlo uniforme.
Luego presurizas con nitrogeno finalmente el mismo autoclave o no. hace de horno de curado.
luego subire unas fotos del autoclave del taller de Subtes.
saludos
PD Lo que nadie habla es el proceso de envejecimiento y fatiga la gran incognita a mi entender. Se supone que son eternos?
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oscarlivy



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MensajeTema: Re: De Compuestos y Autoclaves   Dom 1 Jul 2012 - 1:25

Encontre este estudio como veran nada es magico o eterno.

VIII Congreso Nacional de Propiedades Mecánicas de Sólidos Gandia, 2002 813-820
813
INFLUENCIA DE LA SECUENCIA DE DAÑO EN LA RESISTENCIA A
TRACCIÓN DE UN COMPUESTO DE MATRIZ TERMOPLASTICA
PEI Y REFUERZO, EN FORMA DE TEJIDO, DE FIBRA DE
CARBONO.
M.A. Garcíaa, A. Argüellesa, R. Zenasni b, I. Viñaa y J. Viñaa
a Escuela Técnica Superior Ingenieros. Universidad de Oviedo. Campus de Viesques. Ed.
Este, 33204. Gijón. E-mail: magar@correo.uniovi.es
b Departamento de Física. Universidad de Ciencias y de Tecnología de Orán (Argelia).
RESUMEN.
En el presente trabajo se presentan los resultados de la influencia de la permutación
secuencial de daño en la resistencia última a tracción de un material compuesto de matriz
termoplástica PEI reforzado con tejido de fibra de carbono. Han sido estudiados los efectos
causados por el daño a fatiga tras soportar un millón de ciclos a una tensión máxima del 20 %
de la resistencia a tracción, el daño a impacto desde una altura de 400 mm, el envejecimiento
acelerado bajo unas determinadas condiciones de humedad relativa (95%) y temperatura (70
ºC) y el envejecimiento térmico a 150 ºC. Posteriormente se han realizado todas las
secuencias posibles incluyendo estos cuatro tipos de degradación, analizando la influencia que
el orden de ejecución del envejecimiento tiene sobre la resistencia residual del material.
Palabras claves.
Materiales compuestos, fibra de carbono, tracción, impacto, envejecimiento higrotérmico,
fatiga.
1. INTRODUCCIÓN.
Los materiales compuestos en los últimos años han ido progresivamente ganando
aceptación y cuota de mercado para aplicaciones de ingeniería, debido a la mejora conseguida
en algunas de sus propiedades como la relación resistencia-peso, las cuales dependen de las
características de sus constituyentes (fibra, matriz e intercara fibra/matriz), de su fracción
volumétrica, de su distribución e interacción [1]. Estos componentes pueden verse afectados
ante la presencia de condiciones y ambientes agresivos que desencadenarían los mecanismos
de degradación, de ahí la importancia de la caracterización del composite ante esas
situaciones. Una de las desventajas de estos materiales es su comportamiento ante cargas de
impacto que provocarían una caída en la resistencia del material debido a la aparición de
grietas en la matriz y a la deslaminación [2,3,4]. El envejecimiento térmico y la absorción de
agua reducen las propiedades físicas y mecánicas de los materiales compuestos de matriz
polimérica, de ahí la importancia de su cuantificación de cara al estudio de diseño con este
tipo de materiales. Las propiedades de este tipo de materiales después de estar sometidos a
fatiga son críticas cuando se trata de aplicaciones en la industria del transporte.
El trabajo presentado a continuación se ha iniciado con varios objetivos. Un primer
objetivo sería la cuantificación de la pérdida de resistencia última a tracción ante un
determinado daño, lo que acarrea la elección de cada uno de los parámetros de ensayo que
produzcan una reducción de resistencia significativa en el material. Un segundo objetivo se
centraría en la influencia de una determinada secuencia de daño, en la misma propiedad
mecánica estudiada, analizando la variación de resistencia en cada uno de los casos.
García, Argüelles, Zenasni, Viña y Viña
814
2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.
2.1 Materiales.
El material seleccionado para llevar a cabo su caracterización es el preimpregnado
CETEX CD0282/8463/T300 Carbon Fabric Reinforced Polyetherimid fabricado y
comercializado por la empresa holandesa “Ten Cate Advanced Composites”, constituido por
fibra de carbono con una fracción volumétrica de fibra del 35%, dispuesta en forma de tejido
(8H Satin) y embebida en una resina termoplástica de ingeniería de altas prestaciones del tipo
PEI (polieterimida) de excelentes propiedades mecánicas, alta temperatura de transición vítrea
y elevado módulo elástico.
2.2 Secuencias de daño establecidas.
Se han seleccionado algunos de los daños más habituales a que se ven sometidos estos
materiales a lo largo de su vida en servicio y que supusiesen, por separado, pérdidas de
resistencia a tracción situadas entre el 10 y el 20%, como los siguientes:
· Daño a fatiga tras soportar un millón de ciclos a una tensión máxima del 20 % de la
resistencia a tracción a una frecuencia de 8 Hz.
· Daño a impacto desde una altura de 400 mm con una masa de 0.690 kg.
· Envejecimiento acelerado bajo determinadas condiciones de humedad (95 %HR) y
temperatura (70 ºC) durante 360 horas.
· Envejecimiento térmico a 150 ºC durante 360 horas.
2.3 Métodos.
Para la realización de los distintos daños es prioritaria la decisión sobre la fijación de los
distintos parámetros como número de ciclos y nivel de tensión (fatiga), altura y carga de
impacto, porcentaje de humedad, temperaturas y tiempo de exposición. Respecto al nivel de
tensión se ha elegido aquel para el cual al material se le supone una vida ilimitada a fatiga con
objeto de evitar roturas indeseables en probetas. La elección de la altura de impacto así como
del resto de envejecimientos se consideraron los parámetros que implicasen una pérdida
representativa en el material. Para determinar los tiempos de exposición se hizo necesaria la
realización de ensayos de absorción de humedad, produciéndose la saturación del material en
torno a las 336 horas. El tiempo que se estableció para los envejecimientos higrotérmicos y en
temperatura es idéntico por coherencia en la planificación de ensayos. Tras someter el
material a las distintas secuencias de daño se han llevado a cabo ensayos de tracción, de
acuerdo a la norma ASTM D-3039 (probetas de 200x10x2.1 mm) en una máquina universal
de ensayos INSTRON mod.5582 (100kN), a una velocidad de desplazamiento de mordazas de
6 mm/min.
3. ESTUDIOS PREVIOS.
Para el estudio del comportamiento a tracción del material se evaluó la pérdida que
suponía cada uno de los daños frente a esta propiedad mecánica.
3.1. Estudio del mecanismo de daño por fatiga.
El ensayo de las distintas probetas se realizó según la norma ASTM D-3479 para varios
niveles de tensión entre el 80 y el 20 % de la tensión de rotura del compuesto y fueron
realizados en una máquina MTS mod. 810. Se adoptó el valor de 106 ciclos de carga
considerando que en este punto queda superado el límite a fatiga. Sólo las probetas ensayadas
para niveles inferiores a Ds = 40 % fueron capaces de superar este límite[5,6]. Debido a la
combinación de los daños de impacto y fatiga, añadido a la fragilidad de la fibra de carbono
así como a la reducción de la vida a fatiga tras el impacto fue necesario reducir el nivel de
VIII Congreso Nacional de Propiedades Mecánicas de Sólidos
815
tensión al 20%, siendo éste el nivel de tensión elegido para otro material de idéntica matriz
con el que se pretende establecer una comparativa futura [7,8].
En la tabla 1 se muestran los resultados de resistencia obtenidos para cinco probetas
con un nivel de tensión del 20%, así como los valores extremos en cuanto a número de ciclos
alcanzados para otros rangos y bloques de cinco probetas.
Tabla 1: Resultados experimentales obtenidos en el ensayo de fatiga.
Caracterización
dinámica
N (nº de
ciclos)
Ds (80%)
N (nº de
ciclos)
Ds (70%)
N (nº de
ciclos)
Ds (40%)y
(20%)
Resistencia residual
(MPa)
Ds (20%)
Valor máximo 45512 118559 ­ 1000000 612.41
Valor mínimo 19488 61204 ­ 1000000 539.53
Valor medio 33408 95382 ­ 1000000 597.01
3.2 Estudio del daño de impacto.
Los ensayos instrumentados de impacto se han realizado en un equipo comercial
CEAST mod. Dartester. Este equipo esencialmente consiste en una torre de caída de peso con
cuchilla Charpy que puede caer desde una altura variable impactando sobre el centro de la
probeta, según norma ASTM 256. Se buscó una combinación de energía y fuerza de impacto
que redujese en, aproximadamente, un 10% la tensión de rotura del material virgen.
Manteniendo constante la masa de la cuchilla impactora, la energía de impacto puede variarse
en función de su altura de caída. Inicialmente se consideraron varias alturas de impacto: 400,
500, 750 y 1000 mm. Posteriormente, partiendo de una masa constante de 0,690 kg (peso de
la cuchilla) se seleccionó la altura de 400 mm por ser aquella para la cual el comportamiento a
tracción del material se ve reducido en una cantidad ligeramente superior al 10%. En la figura
3 se muestran los resultados obtenidos en cuanto a resistencia a tracción para las alturas
consideradas.

Figura 3. Influencia de la altura de impacto en la resistencia residual a tracción.

3.3. Estudio del envejecimiento térmico.
La exposición de un determinado material compuesto como el que ocupa esta
investigación a temperatura provoca modificaciones en sus propiedades[9,10]. Las variables a
determinar fueron la temperatura y el tiempo de exposición. Los niveles de temperatura
García, Argüelles, Zenasni, Viña y Viña
816
evaluados fueron 100 y 150 ºC con periodos de exposición de 168, 360 y 720 horas. Se eligió
la temperatura de 150 ºC y 360 horas de exposición por ser aquella que presenta la pérdida de
resistencia requerida. También se tomaron a intervalos regulares de tiempo, datos del peso del
material con el fin de evaluar su evolución (ASTM D-570). En la figura 4 se presentan los
resultados del ensayo de tracción para las dos temperaturas consideradas observando que a
150 ºC el material muestra una gran pérdida tras 168 horas de exposición con una
disminución en su resistencia superior al 20%, frente al resultado obtenido para la otra
temperatura que no alcanza el 10%. Además de los ensayos de pérdida de peso realizados se
puede deducir que para 150 ºC, la saturación tiene lugar tras 216 horas de exposición, y para
6 horas de permanencia en estufa se alcanza el 50% de pérdida de peso. Un período de
envejecimiento de 720 horas podría alargar en el tiempo de forma excesiva el estudio que se
pretende, de ahí la elección de 360 horas.

Fibra de carbono a 150ºC Fibra de carbono a 100ºC
Figura4. Influencia del tiempo de envejecimiento en la resistencia residual
a tracción tras envejecimientos térmicos a 100 y 150 ºC.
3.4. Estudio del envejecimiento a 70 ºC y 95 % de humedad relativa.
Las condiciones higrotérmicas tienden a producir variaciones significativas en las
propiedades mecánicas y dinámicas de los materiales compuestos que han sido y son
estudiadas por diversos investigadores [11,12,13]. Se han mantenido en una cámara climática
las siguientes condiciones ambientales: 70 ºC y 95 % de HR durante un tiempo de
permanencia de 360 horas. Para esta exposición la pérdida es cercana al 25%. De manera
similar al caso anterior se determinaron las variaciones en el peso del material en esta
exposición así como el tiempo en que alcanza la saturación, que resulta ser de 336 horas. En
este caso el 50% de la ganancia se obtiene entre las 9 y 22 horas de exposición. En la figura 5
se muestra el comportamiento del material en este estudio.
4. RESULTADOS.
El principal objetivo de este trabajo es el estudio de la variación de la resistencia a
tracción de un material compuesto de matriz polimérica reforzada con fibra de carbono. Del
análisis individual de los daños se observa que son el daño térmico y el higrotérmico los que
inducen un mayor efecto sobre el material, con pérdidas en torno al 25 %, situándose el efecto
del resto de los daños sobre el 10 % como puede apreciarse en la figura 6. Partiendo de la
base de que en el daño térmico e higrotérmico las fibras no deberían verse afectadas, en este
caso la pérdida de resistencia debería justificarse por modificaciones ocurridas o en la matriz
VIII Congreso Nacional de Propiedades Mecánicas de Sólidos
817
o en la intercara fibra matriz. En los daños por fatiga e impacto el abanico de posibilidades es
aún más amplio puesto que algunas de las fibras pueden haberse roto y perder efecto
resistente. A medida que se aumenta la energía de impacto (Fig. 3) se produce una mayor
degradación en el material debido a la formación de deslaminaciones locales a partir del
momento en el que la energía de propagación es máxima [5], provocandose un gran descenso
de la resistencia [14,15,16,17,18].

Resistencia a tracción (MPa)
Figura 5. Influencia de la exposición higrotérmica
en la resistencia residual a tracción.

Figura 6. Variación porcentual de la resistencia residual
a tracción en el análisis individual de cada uno de los daños.

De la evaluación de las distintas secuencias consideradas se desprende que a nivel
general, la alternancia del daño influye de forma apreciable en el descenso de la resistencia
última a tracción del material situándose esta pérdida por debajo del 20%, siempre inferior al
sumatorio de las pérdidas originadas por cada uno de los daños simulados, como queda de
manifiesto en las figuras 7, 8, 9 y 10, en las cuales las secuencias han sido agrupadas en
función del último daño realizado (Iº daño por impacto, Nº daño higrotérmico, Tº daño por
temperatura y Fº daño por fatiga). Se han de resaltar algunas excepciones como es el caso de
las secuencias NFTI, TNFI, IFTN con pérdidas comprendidas entre un 25 y un 35%. Algunas

secuencias como es el caso de TINF presentan por el contrario y muy llamativamente
ganancias significativas en resistencia o mantienen prácticamente su resistencia inicial.
IM P A C T O
Figura 7.

F A T IG A
Figura 8.

D A Ñ O H I G R O T E RM IC O

Figura 9.

5. CONCLUSIONES.
Todas aquellas secuencias en las cuales el último daño simulado es el impacto presentan
pérdidas en la propiedad mecánica estudiada, de ahí que este tipo de daño sea decisivo en este
tipo de material (Fig.7). Por el contrario aquellas secuencias cuyo último componente es la
fatiga muestran pérdidas pequeñas o incluso ganancias en su resistencia. Se trata como si de
VIII Congreso Nacional de Propiedades Mecánicas de Sólidos
819
alguna manera este último daño realizase una labor contraria a la imaginada y limpiase el
deterioro provocado previamente.
Las pérdidas son siempre inferiores al sumatorio de las pérdidas acumuladas para cada daño.
TEMPERATURA
Figura 10.

6. AGRADECIMIENTOS.
Los autores desean hacer constar su agradecimiento a D. Roberto García García y a D.
Juan Jesús Rojo Muñiz por el apoyo recibido para la realización de los ensayos realizados en
la presente investigación. El trabajo ha sido financiado por la Fundación para la Investigación
Aplicada y la Tecnología (FICYT) dentro de II Plan Regional de Investigación del Principado
de Asturias. Este trabajo se enmarca dentro del Proyecto de Investigación MAT- 2000- 0416
financiado por el Ministerio de Ciencia y Tecnología.

Aca ven todo con graficos

http://www.upv.es/pms2002/Comunicaciones/021_GARCIA.PDF

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under block-loading conditions, Composites Part A, 28A, 327-337,1997.
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de tejido, de fibra de vidrio. IV Congreso Nacional de Materiales Compuestos,435-442,
2000.
8. J. Viña, M. A. Castrillo, A. Argüelles, I. Viña. A Comparison between the static and
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after prolonged ageing. Polymer Composites, Vol. 23, No. 4, 2002.
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9. L. Berger, W. J. Cantwell. Temperature and Loading Rate Effects in the Mode II
Interlaminar Fracture Behavior of Carbon Fiber Reinforced PEEK. Polymer Composites,
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Two Shrinkage-Controlled Low-Profile Additives in water Aging of Polyester Resin-
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13. R. Selzer, K. Friedrich. Mechanical properties and failure behaviour of carbon fibrereinforced
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14. D. D. Symons, G. Davis. Fatigue testing of impact-damaged T300/914 carbon-fibrereinforced
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15. G. Li, S-S. Pang. J. E. Helms, S. I. Ibekwe. Low velocity impact response of GFRP
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16. G. Zaffaroni, C. Cappelletti. Fatigue Behavior of Glass- Reinforced Epoxy Resin
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18. N. H. Tai, M. C. Yip, J. L. Lin. Effects of low-energy on the fatigue behavior of
carbon/epoxy composites, Composites Science and Technology, 58, 1-8, 1998.
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MensajeTema: Re: De Compuestos y Autoclaves   Dom 1 Jul 2012 - 2:07

Aca una tesis doctoral sobre la influencia de los choques termicos en la fatiga estructural del material compuesto.

Me quedo con el aluminioooooooooo

Tenganlo en cuenta cuando tomen aviones muy modernos y livianos para que las compañias tengan mejores utilidades por menor consumo de combustible..

http://oa.upm.es/717/1/WENCESLAO_BARRERA_HERRERO.pdf

solo la introduccion con accidentes
1. INTRODUCCIÓN
La utilización de materiales compuestos de fibra de carbono en componentes estructurales es creciente. A pesar de las dificultades que presenta el diseño con estos materiales y su elevado precio, las características potenciales de los mismos, en especial la reducción de peso, los hacen muy atractivos para industrias tales como la aeronáutica, espacial o automovilística.
El diseño de estructuras fiables exige conocer el com-portamiento de estos materiales en las condiciones de vida en servicio esperadas. No se dispone hasta el momento, sin embargo, de una teoría general para predecir las propiedades en fatiga, análoga a la teoría de laminados para las propiedades estáticas, ni de una ley de acumulación de daño, similar a la regla de Miner para los metales. Así mismo, se echa de menos una teoría que tenga en cuenta la degradación por los factores ambientales.
Para determinar el comportamiento en fatiga es necesario comprender los mecanismos de iniciación y crecimiento del daño, los procesos por los que este daño controla la rigidez, resistencia y vida de un laminado y la influencia que tiene una exposición prolongada al ambiente. Posteriormente hay que desarrollar modelos que reproduzcan dicho comportamiento.
El fallo en fatiga no es resultado de una grieta predo-minante, como en la mayoría de los materiales, sino de una combinación de diferentes tipos de daño, que normalmente se extienden a todo el volumen del laminado, degradando su re-sistencia y rigidez. Los mecanismos básicos que actúan son: agrietamiento de la matriz, delaminaciones, rotura de fibras y debonding (despegado de la interfase fibra - matriz). El
1.1
grado de influencia de cada uno de ellos varia ampliamente, dependiendo de las propiedades de la fibra y la matriz, tipo de laminado y secuencia de apilamiento, solicitación, etc.
Todos los componentes plásticos absorben humedad en distintos grados, con deterioro de propiedades. La degradación por humedad sigue siendo un freno en algunas aplicaciones, empleándose grandes esfuerzos de investigación en el desarrollo de nuevas resinas de matriz polimérica. Las termoplásticas prometen un mejor comportamiento frente a la humedad, pero presentan graves problemas de procesado. Los cambios de humedad y temperatura originan deformaciones, con un comportamiento anisótropo, modifican el estado de esfuerzos interno y afectan a las propiedades intrínsecas del material, principalmente las dependientes de la matriz (resistencia transversal, a cortadura, etc). Además la ganancia de humedad baja la temperatura de transición vítrea de la resina, degradando sus propiedades a temperatura elevada.
La gran dispersión de los resultados a fatiga de estos materiales, debida a los parámetros que intervienen, se incrementa con la variación de temperatura y humedad. El ambiente de trabajo tiene un considerable efecto en el daño causado por cargas mecánicas. El mecanismo de influencia ambiental es doble: por una parte, las matrices poliméricas se ablandan a altas temperaturas y alto contenido de humedad y, por otra, se producen unos ciclos de esfuerzos inducidos por el hinchado. La interacción de ciclos mecánicos y ambientales en el desarrollo del daño obliga a realizar ensayos de fatiga de componentes estructurales casi en tiempo real, lo que encarece y alarga éstos. Es evidente el interés que tiene para simplificar los ensayos determinar tanto la influencia de cada mecanismo por separado como el efecto combinado de los mismos.
1.2
El objetivo de partida de la tesis fue el montaje y puesta a punto de una serie de equipos para posibilitar la realización de ensayos a fatiga en la ETSIA, incluso de elementos estructurales. Además, se pretendía determinar el papel que la humedad juega en la fatiga, y así reducir el proceso de envejecimiento previo a los ensayos. Después de estudiar la bibliografía existente se llegó a la conclusión de que en condiciones de temperatura ambiente la humedad no tiene una influencia significativa en la fatiga a tracción. Se encontró más relevante estudiar el efecto combinado de humedad y temperatura y en particular el de calentamientos bruscos hasta temperaturas elevadas (thermal spikes). El fenómeno es complejo y existe un interés creciente en este problema porque se presenta en diversas situaciones reales:
- Aviación supersónica. En la maniobra de cambio de vuelo de altura a vuelo a baja cota, la superficie del avión experimenta un rápido e intenso calentamiento aerodinámico, que puede potencialmente degradar los materiales compuestos que forman parte del revestimien- to, acortando la vida de estos componentes.
- Aviación subsónica. El material compuesto puede estar bruscamente expuesto a un chorro de aire caliente. Evidencia de esta degradación de propiedades ha sido el fallo prematuro de las compuertas del tren de aterrizaje del avión Harrier, debido al reflujo de gases en las operaciones de despegue y aterrizaje vertical.
- Misiles. Exposición al flujo de gases calientes.
- Utillaje de fibra de carbono. Debido al mejor acoplamiento de coeficientes de dilatación e inferior masa térmica se está incrementando el empleo de utillaje de carbono/epoxy en la fabricación de laminados del mismo
1.3
material, con una clara incertidumbre en cuanto a la vida de estos útiles.
- Estructuras de satélites. En eclipses.
La aplicación de choques térmicos a laminados en deter-minadas condiciones puede generar daño en la matriz (agrie-tamiento, delaminaciones) e interfase (debonding). Como estos tipos de daño actúan durante la fatiga de compuestos, la aplicación de choques debe potenciar su desarrollo y, por lo tanto, acortar la vida, especialmente cuando el proceso lo controla la matriz.
En la tabla 1.1 se ofrece un resumen de los estudios encontrados en la literatura sobre el tema. Como puede ob-servarse, los resultados no son concluyentes y a veces con-tradictorios. En muchos casos las propiedades no se degradan significativamente por los choques, en especial las dominadas por la fibra parecen ser insensibles a los choques. Las matrices más tenaces son menos afectadas.
Sólo se encontró un trabajo referente a fatiga, de Lundemo y Thor (1977), que estudian el efecto de choques térmicos combinados con absorción de humedad, sometiendo a laminados grafito/epoxy a ciclos ambientales que simulan las condiciones que un caza tiene durante su utilización real (fig. 1.1). Los resultados muestran que se degradan las propiedades estáticas y muy especialmente las de fatiga. Sin ciclado ambiental todos los especímenes sobrevivieron el millón de ciclos, sin deterioro apreciable de la resistencia residual, aunque si de la rigidez. Con seis semanas de exposición no sobrevive el millón de ciclos ningún especimen.
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MensajeTema: Re: De Compuestos y Autoclaves   Dom 1 Jul 2012 - 23:41

Coincido con sus recaudos, estimado Oscar. Los compuestos tienen sus ventajas, más en uso aeronáutico, pero también un enorme grado de incertidumbre respecto a los materiales tradicionales (esto es lógico por ser de uso más reciente), y limitaciones que hay que tener presente en el momento del diseño para no poner en riesgo bienes y vidas. Todo fundamentalismo en este campo siempre es peligroso.

Saludos
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MensajeTema: Re: De Compuestos y Autoclaves   Lun 2 Jul 2012 - 23:08

todo en aviación es costo beneficio, y los compuestos, dan buenos beneficios así que el costo debe ser menor también.
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MensajeTema: Re: De Compuestos y Autoclaves   Lun 2 Jul 2012 - 23:39

SUE escribió:
todo en aviación es costo beneficio, y los compuestos, dan buenos beneficios así que el costo debe ser menor también.

El tema del costo/beneficio (algo presente en todos los órdenes de la vida) en aviación es desde donde lo mensuro: ¿como pasajero, piloto, propietario de la aeronave o fabricante?. Muchas veces lo que es beneficioso para unos es costoso para los otros.

Saludos
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MensajeTema: Re: De Compuestos y Autoclaves   Hoy a las 17:52

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