Implementación experimental de un nuevo método de fabricación compuesto: exponer desnudas fibras en la superficie del compuesto por el método de capa suave

El objetivo general de este procedimiento es fabricar un compuesto reforzado con fibra con fibras desnudas expuestas en la superficie sin ningún tratamiento superficial. Esta técnica puede exponer fibras desnudas en una superficie compuesta sin el uso de tratamientos superficiales costosos e ineficientes. La principal ventaja de esta técnica es que mejora la conductividad eléctrica y las resistencias mecánicas del compuesto.

Esta técnica también tiene una alta productividad. Para preparar tela de fibra de carbono unidireccional, preimpregnada con epoxi, apile cuadrados de preimpregnado con una fracción de volumen de fibra de 50 a 60% en una secuencia que incluya orientaciones de cero grados y 90 grados para evitar la división del laminado. Para preparar cada cuadrado de tela de fibra de carbono de tejido liso preimpregnado, primero limpie la tela con acetona o etanol.

Coloque la tela sobre una superficie limpia o sobre una toallita de laboratorio sin pelusa y deje que la acetona se evapore en condiciones ambientales. Despegue un soporte de una hoja de resina epoxi tipo película con una temperatura de curado de 125 grados centígrados. Aplique una sola hoja de película de resina epoxi sobre la tela de carbono limpia.

Coloque la tela con el lado epoxi hacia abajo en una placa caliente a 70 grados centígrados. Calienta la tela durante 10 segundos para impregnar previamente la tela con epoxi. Deje que la tela preimpregnada se enfríe en condiciones ambientales durante 10 minutos.

A continuación, retire el resto de la hoja de soporte del lado recubierto de epoxi. Apile la tela preimpregnada de tejido liso en la secuencia de apilamiento deseada para formar el laminado de tela de fibra de carbono de tejido liso. Para preparar el laminado de fieltro de fibra de carbono no tejido, aplique una lámina de epoxi de triple capa a cada lado de una pieza de fieltro de carbono limpio y seco.

Caliente los lados recubiertos de epoxi del fieltro a 70 grados centígrados durante 10 segundos cada uno con masa aplicada en la parte superior. Deje que el fieltro preimpregnado se enfríe durante 10 minutos y luego retire las hojas de respaldo restantes. A continuación, lave láminas de película de liberación de etileno propileno fluorado de 25 micrómetros de espesor, no perforada, con etanol o acetona.

Seque cuidadosamente las hojas de FEP con toallitas sin pelusa sin causar arrugas ni agujeros. Asegúrese de que las láminas estén libres de contaminantes y partículas. Luego, coloque cada hoja limpia y seca entre toallitas sin pelusa y guarde las hojas en una caja de plástico limpia y sin polvo.

Para comenzar la fabricación de materiales compuestos, aplique desmoldante de silicona al molde de compresión. Limpie el molde con toallitas sin pelusa para dejar solo una capa delgada de liberación de moho. Luego, recorte una pieza de laminado de fibra de carbono preparada para que sea un poco más pequeña que la cavidad del molde.

Coloque una hoja de película FEP limpia de 25 micrómetros de espesor en el molde inferior. Coloque el laminado en el molde y cúbralo con una película FEP de 25 o 100 micrómetros de espesor, según el tipo de fibra. Alisar con cuidado la película para que no queden burbujas de aire entre la capa blanda y el laminado.

Luego, cierre el molde de compresión. Caliente una prensa caliente a 150 grados centígrados y coloque el molde de compresión en la prensa. Para el compuesto de fibra unidireccional, aplique constantemente 20 megapascales durante 30 minutos.

Para un compuesto tejido, aplique 20 megapascales durante cuatro minutos, libere la presión y vuelva a aplicar inmediatamente 20 megapascales. Purgue el material de esta manera hasta que la viscosidad de la resina comience a aumentar. Luego, mantenga la presión a 20 megapascales hasta que el compuesto se haya curado durante 30 minutos en total.

Para un compuesto de fieltro, aumente lentamente la presión a tres megapascales, teniendo cuidado de no sobrepasarse. Cura el material a tres megapascales durante 30 minutos. Una vez curada la muestra, sin liberar la presión, enfriar el molde de compresión por debajo de los 120 grados centígrados.

Luego, libere la presión, retire el molde y desmolde la muestra fabricada. Las imágenes de microscopía electrónica de barrido adquiridas con una inclinación de cinco grados mostraron que las fibras eran visibles con mayor detalle en los compuestos fabricados con el método de capa blanda que con el moldeo por compresión convencional. Esto se atribuyó a la eliminación de la capa rica en resina en la parte superior del compuesto.

A pesar de la eliminación de la capa de resina epoxi, las fibras no mostraron defectos visibles. La conductividad eléctrica a través del espesor fue mayor en los compuestos fabricados con el método de capa blanda, con una disminución correspondiente en la resistencia específica del área a menos de 20 miliohmios por centímetro cuadrado a una presión de compactación de 1,38 megapascales. Las resistencias a la tracción medidas de los compuestos de capa blanda fueron comparables a las fabricadas por el método de compresión convencional.

Los tejidos y los compuestos de fieltro mostraron aumentos de 22% y 15% respectivamente. Estos aumentos se atribuyeron a que la capa blanda aplicaba una presión uniforme a través de la superficie compuesta. Siguiendo este procedimiento, podrá fabricar un compuesto expuesto a la fibra sin dificultad.

El mecanismo es simple. Y con una buena comprensión de su material, la implementación es aún más sencilla. Al intentar este procedimiento, recuerde ajustarlo para que se adapte a su aplicación específica.

Tenga en cuenta las condiciones de curado del compuesto y las propiedades térmicas de la capa blanda, y ajuste el procedimiento en consecuencia para obtener los resultados deseados.