Caracterización termo-mecánica de material compuesto carbono/epoxi con láminas ultradelgadas

Abstract

El objetivo de este trabajo reside en la caracterización de un material compuesto de fibra de carbonoepoxi de espesor ultradelgado (UTP, del inglés Ultra Thin Ply) utilizando distintos gramajes para la determinación de sus propiedades, siendo sus gramajes de 100 g/m2, 50 g/m2 y 30 g/m2. El proceso de caracterización consta de tres partes. En primer lugar, se realizará un análisis mecánico del material mediante ensayos a tracción de laminados unidireccionales de 0° y 90° mediante el empleo de una máquina universal de ensayos, con el objetivo de determinar los valores de Xt, Yt, E11, E22 y v12 a partir de los laminados fabricados con cada gramaje. En segundo lugar, mediante un análisis térmico se obtendrán los coeficientes de expansión α1 y α2 de cada uno de ellos, así como el coeficiente α3 a partir del prepreg de 100 g/m2. El objetivo principal de estas dos partes es observar si el empleo de distintos gramajes puede afectar significativamente a las propiedades del material obtenidas durante los ensayos, y observar si los coeficientes α2 y α3 guardan similitud en los valores obtenidos. Por último, con el objetivo de ver la influencia de las tensiones de curado inducidas durante el proceso de curado de estos materiales y el efecto de éstas a lo largo del tiempo, se procederá mediante el muestreo de fotografías a evaluar el efecto de dichas tensiones en laminados [04/904] fabricados con 100 y 30 g/m2, tomando como referencia las variaciones de altura y curvatura que sufren debido a su propia relajación natural. Además, estas variaciones se relacionarán con el porcentaje de enfriamiento real al que equivaldría dicho instante, para evaluar si con el paso del tiempo, es posible emplear en los cálculos un porcentaje del valor del enfriamiento real, de cara a poder determinar las tensiones residuales para cada momento. Este trabajo se divide en dos partes: el proceso de fabricación, desde la preparación de los laminados mediante corte y apilado manual, posterior curado en autoclave y preparación de las probetas; y, por otro lado, la realización y análisis de los objetivos planteados mostrando el procedimiento seguido, los cálculos desarrollados y las conclusiones tomadas.

The objective of this work is the characterization of an Ultra Thin Ply (UTP) carbon-epoxy fiber composite material using different grammages for the determination of its properties, being their grammages 100 g/m2, 50 g/m2 and 30 g/m2. The characterization process consists of three parts. First, a mechanical analysis of the material will be carried out by means of tensile testing of 0° and 90° unidirectional laminates using a universal testing machine, with the aim of determining the values of Xt, Yt, E11, E22 and v12 for each grammage. Second, by means of a thermal analysis, the coefficients of expansion α1 and α2 of each grammage will be obtained, as well as the coefficient α3 of the 100 g/m2 prepreg. The main objective of these two parts is to observe whether the use of different grammages can significantly affect the thermo-mechanical properties obtained during the tests. Finally, in order to see the influence of the curing stresses induced at these materials and their effect over time, laminates [04/904] of 100 and 30 g/m2 will be evaluated by sampling photographs to understand the effect of these stresses, taking as reference the variations in height and curvature that they suffer due to their own natural relaxation. Moreover, these variations will be related to the percentage of real cooling that would be equivalent to that instant in order to evaluate the possibility of use a percentage of the value of the real cooling in the calculations after a certain time, being able to determine the residual stresses for each moment. This work is divided into two main parts: on the one hand, the manufacturing process, from the preparation of the laminates by manual cutting and stacking, subsequent autoclave curing and preparation of the specimens; and on the other hand, the performance and analysis of the objectives set, showing the procedure followed, the calculations developed and the conclusions drawn.