• Author / Uploaded
• Ivan Montoya

• Categories
• Material compuesto
• Aluminio
• Resistencia eléctrica y conductancia
• Materiales
• Ingeniería de construcción

Citation preview

PRACTICA No. 2: ELABORACION DE UN MATERIAL COMPUESTO LAMINADO.

-

OBJETIVO El alumno aprenderá a fabricar un material compuesto a partir de un refuerzo fibroso y una matriz polimérica termofija.

-

INTRODUCCION La definición de material compuesto ha sufrido sucesivas revisiones para poder incorporar nuevos productos y mantener diferencias con los existentes que no se consideran dentro de esta definición. Se suele definir el material compuesto como la combinación a escala macroscópica de dos o más materiales con interfases de separación entre ellos para formar un nuevo material. El material compuesto, tiene como objetivo tanto el obtener propiedades que no pueden ser alcanzadas por ninguno de los constituyentes actuando aisladamente, como aunar las propiedades individuales de dichos constituyentes en un solo material. Las propiedades que suelen ser de interés en estos materiales son:  Resistencia Mecánica  Rigidez  Resistencia a la corrosión  Resistencia a la abrasión  Peso  Vida a la fatiga  Aislamiento térmico  Aislamiento acústico

La influencia de las fibras largas lleva consigo la definición de la fracción de volumen crítico necesario para comenzar a mejorar la resistencia del material. Basado en el concepto de longitud crítica, se desarrolla el concepto de volumen crítico. El volumen crítico está directamente relacionado con la regla de las mezclas, y define el mínimo volumen de fibras que tiene que haber en el material compuesto para que su efecto empiece a ser eficaz.

8   

Vc 

 

mu

  mf

fu

  mf

 

(1)

En donde:

mu: denota la carga máxima a la ruptura de la matriz mf: denota la carga soportada por la matriz en el momento de la ruptura de la fibra fu: denota la carga máxima a la ruptura de la fibra La carga que se puede aplicar a un material compuesto según la regla de las mezclas está determinada por la expresión:

 cu   fuV f   mu 1  V f 

(2)

Si se supone que las fibras soportan un porcentaje de la carga aplicada al material compuesto, se puede deducir que en el momento de la rotura de las fibras la matriz quedaba expuesta a un nivel de fuerza muy superior al que puede soportar, y en consecuencia se produce la ruptura del material compuesto

-

EQUIPO O MATERIAL REQUERIDO

1. Fibra de carbón o vidrio 2. Resina epóxica o poliéster 3. Agente de entrecruzamiento 4. Marco de aluminio de 232 mm de largo por 220 mm de ancho 5. Brocha de ½” 6. Vaso de precipitado de 400 ml 7. Placa de calentamiento y agitación 8. Imán de agitación 9. Placa de vidrio de 30 cm por 30 cm 10. Película desmoldante 11. Sangrador 12. Respirador 9   

13. Bolsa de vacío 14. Estufa

-

DESARROLLO DE LA PRACTICA

Los laminados unidireccionales se fabricarán devanando la fibra de carbón o vidrio en un marco de aluminio, de 232 mm de largo por 220 mm de ancho, manteniendo cierta tensión a las fibras. Posteriormente, se impregnará la fibra con la mezcla resina-catalizador a través de una brocha con movimientos ascendentes y descendentes, tratando de emplear toda la mezcla el menor tiempo posible (no más de 3 minutos). Para extraer el exceso de resina y dejar un acabado óptimo a la superficie del material se emplearan unos textiles tales como se ilustran en la figura 2. Finalmente, el material compuesto se someterá a un ciclo de curado. De esta lámina se cortaran los especímenes de acuerdo a las dimensiones que se muestran en la figura 1.

Figura 1. Dimensiones de material compuesto laminado.

El ciclo de curado al que se someterá al material compuesto, consiste en mantener la temperatura a 75°C por dos horas, seguidas de dos horas a 125ºC en una estufa (cabe aclarar que este ciclo de curado es para una matriz epóxica Epon 828 y un agente de entrecruzamiento 3-glicidoxi propil trimetoxi silano). Este procedimiento se realizará a vacío para evitar que queden atrapadas burbujas de aire en el material compuesto.

10   

Figura 2. Secuencia del moldeo al vacío de un laminado.

Para probar la resistencia a la tensión del material compuesto se le colocaran unas terminales (Tabs en inglés) para aumentar la sección transversal y evitar que se fracture por los extremos (Ver figura 3).

Figura 3. Dimensión de la terminal según la norma ASTM D303976. EVALUACION Y RESULTADOS Propiedad

PROBETA 1

PROBETA 2

PROBETA 3

PROBETA 4

PROBETA 5

Módulo de elasticidad experimental del Material compuesto Módulo de elasticidad experimental Teórico del Material compuesto

11   

Resistencia experimental del Material compuesto Resistencia Teórica del Material compuesto

Determine las siguientes propiedades del material compuesto Propiedad

PROBETA 1

PROBETA 2

PROBETA 3

PROBETA 4

PROBETA 5

Tenacidad Esfuerzo de fluencia Esfuerzo de ruptura Cedencia del Material compuesto

3. ¿Explique la diferencia entre la resistencia teórica y experimental?

4. Describa brevemente sus observaciones sobre el acabado final del material compuesto fabricado.

3. Compare las gráficas esfuerzo-deformación de los materiales constituyentes (Matriz y fibra) con la del material compuesto y comente sus observaciones.

4. Mencione cuando menos 5 aplicaciones posibles de este material.

6. Suponga que se produce un material compuesto reforzado unidireccionalmente que contiene 60% en volumen de fibras de carbono HM (high modulus) en una matriz epóxica. El material epóxico tiene una resistencia a la tensión de 15000 psi. ¿Qué fracción de la fuerza aplicada es soportada por las fibras? 12   

-

PARAMETROS DE CALIFICACION ASPECTOS DE EVALUACION

-

%

Reporte de la practica

40

Presentación de la practica

10

Análisis de resultados

30

Discusión de resultados

20

REFERENCIAS

1. Standard Test Methods for Composite Material Tensile Test Procedure. D3039-76. American Society for Testing materials Philadelphia, Pensylvania, 1976. 2. Lubin, “Handbook of Fiber Glass and Advanced Plastics Composites”, Robert E. Krieger Pubishing Company, Polymer science and engineering series, p. 46, New York, 1975. 3. H. Lee, K. Neville, “Handbook of Epoxy Resins”, Mc Graw Hill book company, New York, 1967. 4. S. T. Peters,”  handbook of Composites”, Chapman & Hall, Second edition, Great Britain by Cambridge University Press, 1998. 5. Sanjay K. Mazumdar,”  Composites Manufacturing: Materials, Product,  and Process Engineering”, CRC press, USA, 2002.

13