SHOWROOM DE NUEVOS MATERIALES

Transcripción

1 SHOWROOM DE NUEVOS MATERIALES Vigo, 7 de Mayo de 2013

2 ÍNDICE 1. Introducción a los TPC 2. Ventajas frente a los composites termoestables 3. Técnicas de soldadura de plásticos 4. Soldadura de TPC por inducción aimen@aimen.es 2

3 INTRODUCCIÓN Composites estructurales de matriz polimérica Boeing 787 Airbus A

4 INTRODUCCIÓN Composites estructurales de matriz polimérica Composites vs otros materiales Baja densidad, alta resistencia y rigidez aimen@aimen.es 4

5 INTRODUCCIÓN Composites estructurales de matriz polimérica TPC: Composites de matriz termoplástica Fibras largas: Unidireccionales, tejidos o multiaxiales (son las que soportan la carga) aimen@aimen.es 5

6 INTRODUCCIÓN Composites de matriz termoplástica Matrices poliméricas: poliolefinas (HDPE), polieter-eter-quetona (PEEK), poliamidas (PA), polietilenimida (PEI), polietilentereftalato (PET), poli(p-fenilen sulfuro) (PPS) Fibras: Vidrio, carbono Ejemplos comerciales: TWINTEX, FORTRON, VECTRA, CELSTRAN, TEPEX, CETEX, FULCRUM Fibras Pellets Tapes + Films Planchas Perfiles aimen@aimen.es 6

7 INTRODUCCIÓN Compression moulding Composites de matriz termoplástica Vacuum Infusion of TPC Reactive processing of thermoplastic composites (Anionic Polyamide-6) TPC Pultrussion Thermoplastic Pultrusion Process Using Commingled Glass/Polypropylene Twintex Roving 7

8 8 INTRODUCCIÓN Composites de matriz termoplástica 1. Rapid Lay-up (preforma) 2. Consolidación 3. Termo-formado (geometría final)

9 Ventajas de los TPCs frente a los composites termoestables - Almacenamiento T amb - Su conformado se basa en un cambio físico, no hay reacción química - No se produce emisión de VCOs - Mayor resistencia a impacto - Mayor tenacidad - Mejores propiedades frente a fatiga - Son soldables - Pueden ser conformados de nuevo ( infinitas veces) - Pueden ser reciclados - Dificultad en la impregnación de las fibras debido a la mayor viscosidad (0.1 Pa.s vs Pa.s) - Algunos tipos de Procesado están en desarrollo - Geometrías relativamente sencillas: planchas o perfiles - Menos desarrollados, menor disponibilidad comercial aimen@aimen.es 9

10 TÉCNICAS DE SOLDADURA DE PLÁSTICOS Fibras Pellets Tapes + Films Planchas Perfiles? Geometrías más complejas y de mayor envergadura Soldadura de TPCs aimen@aimen.es 10

11 TÉCNICAS DE SOLDADURA DE PLÁSTICOS Soldadura de plásticos Calentamiento interno Calentamiento externo Mecánico Electromagnético Plato caliente Ultrasonidos Láser Aire caliente Vibración Infrarrojo Extrusión Spin Microondas Inducción Resistencia 11

12 TÉCNICAS DE SOLDADURA DE PLÁSTICOS Parámetros clave comunes a todas: Temperatura T m > T w < T deg Importante el Control de T Presión Para conseguir la miscibilidad Hasta que el material enfríe Tiempo Suficiente para que el material esté fundido Suficiente para el enfriamiento seguro Experiencia en soldadura de TPCs aimen@aimen.es 12

13 SOLDADURA DE TPC POR INDUCCIÓN Los TPC no son conductores ni magnéticos por lo que el calentamiento requiere de la introducción de insertos en la junta. El mecanismo de calentamiento del inserto es por corrientes inducidas y/o por pérdidas de histéresis magnéticas. Se emplea una bobina conectada a un generador de alta frecuencia (1-14 Mhz) Principales ventajas: - Rápida - Limpia - Calentamiento muy localizado - Robotizable Parámetros: T=f(frecuencia, Potencia) Presión Tiempo Distancia inductor Tipos de insertos: - Partículas - Mallas EMAWELD Resistance Technology aimen@aimen.es 13

14 SOLDADURA DE TPC POR INDUCCIÓN Elementos estructurales de TPCs para puentes (vigas y cubierta) Estructuras soldadas con alta capacidade de carga de composites termoplásticos por inducción e por tecnoloxía láser aimen@aimen.es 14

15 SOLDADURA DE TPC POR INDUCCIÓN Elementos estructurales de TPCs para puentes (vigas y cubierta) Elemento de Referencia: Vigas de CFRP, Puente de la Autovía del Cantábrico, el primero en España en emplear elementos estructurales de composite (2004) de 45 metros de longitud. aimen@aimen.es 15

16 SOLDADURA DE TPC POR INDUCCIÓN Geometría de estudio de soldadura: Parámetros variables para la optimización de la soldadura: Frecuencia Potencia Tiempos de calentamiento y enfriamiento Presión Ensayos de tracción en probetas de solape simple: Carga máxima Tipo de fallo ASTM D 1002, solape 12 mm x 25 mm aimen@aimen.es 16

17 SOLDADURA DE TPC POR INDUCCIÓN EQUIPO: Generador: Sistema de inducción a alta frecuencia CEIA Power Cube Frecuencia: 750 khz-1.1mhz Potencia: 6.4 kw MATERIALES: PP1: 5 capas (PP + Tejido FV plain 4/1) PP2: 4 capas (PP + Tejido FV 2/2 weave twill) PP3: 3 capas (PP + Tejido FV plain 4/1) MALLA DE ACERO GALVANIZADO (1,44 mm de luz y 0,3 mm de diámetro de hilo): aimen@aimen.es 17

18 SOLDADURA DE TPC POR INDUCCIÓN Optimización de parámetros de soldadura en función de la resistencia de la unión Cuando se analiza la relación entre energía (potencia x tiempo) y LSS se observa que inicialmente al aumentar la energía aumenta LSS hasta alcanzar un valor máximo, a partir de ahí el valor de LSS disminuye al aumentar la energía que se aplica. No hay unión Zona óptima Degradación Resistencia de la unión Energía aimen@aimen.es 18

19 SOLDADURA DE TPC POR INDUCCIÓN Optimización de parámetros de soldadura en función de la resistencia de la unión Poca deformación, no hay zona plástica PP1 PP PP1 PP2 PP3 Carga (N) ,0 0,1 0,3 0,6 0,8 1,0 1,2 Deformación (mm) LSS / MPa Input Energy / kw s aimen@aimen.es 19

20 SOLDADURA DE TPC POR INDUCCIÓN Ventana de soldadura: Relación entre los parámetros de proceso (tiempo inducción / Potencia) y la resistencia de la unión 50 PP1 45 Baja calidad de soldadura 13,50 < 13.5 MPa 10,00 La ventana de proceso se ha obtenido considerando fijos los parámetros de presión y distancia del inductor. Variando estos parámetros se obtendrían ventanas diferentes. Time (sec) ,500 < 10 MPa 3,000 < 1, MPa < 3 MPa Valor exigido 25 < 1 MPa Demasiado baja La temperatura que se alcanza no es suficiente para producir fase fundida, no hay soldadura Power % Demasiado alta La temperatura alcanza Tdeg del polímero, no hay soldadura aimen@aimen.es 20

21 SOLDADURA DE TPC POR INDUCCIÓN Ensayo flexión 3 puntos de la viga soldada: PP1: 5 capas (PP + Tejido FV plain 4/1) 5.5 kn 6 kn Estructuras soldadas con alta capacidade de carga de composites termoplásticos por inducción e por tecnoloxía láser. aimen@aimen.es 21

22 SOLDADURA DE TPC POR INDUCCIÓN Nuevos desarrollos en marcha: Desarrollo de insertos metal/polímero Desarrollo de cabezal de soldadura en continuo (control de presión, tiempo, temperatura) Optimización de parámetros en materiales de mayores prestaciones (sector aeronáutico PEEK, PPS) 22

23 AIMEN Central y Laboratorios c/ Relva 27 A O PORRIÑO (Pontevedra) Telf Fax Delegación Tecnológica A Coruña Fundación Mans Paideia Pol. Pocomaco - Parcela D-22 - Oficina 20A A CORUÑA (A Coruña) Telf Delegación Tecnológica Madrid Avda. del General Perón, 32, 8º H MADRID (Madrid) Tlf Gracias por su atención aimen@aimen.es 23