ESTUDIO PARA LA SELECCIÓN DE MATERIAL...

ESTUDIO PARA LA SELECCIÓN DE MATERIAL AUTOADHESIVO PARA LA FABRICACIÓN DE PANELES SANDWICH EN ESTRUCTURAS AERONÁUTICAS

Autor: Isabel María Mudarra Medina

Tutor: Carpóforo Vallellano Martín

Proyecto Fin de Carrera

Ingeniería Aeronáutica

Dep. de Ingeniería Mecánica y de los Procesos de Fabricación

IPF - Ingeniería de los procesos de fabricación

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2015

1 Proyecto Fin de Carrera

Proyecto Fin de Carrera

Ingeniería Aeronáutica (Plan 2002)

ESTUDIO PARA LA SELECCIÓN DE MATERIAL

AUTOADHESIVO PARA LA FABRICACIÓN DE

PANELES SANDWICH EN ESTRUCTURAS

AERONÁUTICAS

Autor:

Isabel María Mudarra Medina

Tutor:

Carpóforo Vallellano Martín

Profesor titular

Dep. de Ingeniería Mecánica y de los Procesos de Fabricación

IPF – Ingeniería de los Procesos de Fabricación

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla Sevilla, 2015

2 Ingeniería Aeronáutica (Plan 2002)

3 Índice

Índice

Índice ________________________________________________________ 3

Índice de figuras _______________________________________________ 7

Índice de tablas ______________________________________________ 11

1 Objeto e interés ___________________________________________ 15

1.1 Campo de aplicación _________________________________________ 16

2 Estado del arte ____________________________________________ 19

2.1 Introducción _________________________________________________ 19

2.2 Componentes de un panel sándwich ____________________________ 19

2.2.1 Piel _____________________________________________________________ 19

2.2.2 Núcleo___________________________________________________________ 21

2.2.3 Adhesivo _________________________________________________________ 22

2.3 Características de los paneles sándwich _________________________ 23

2.4 Uso de paneles sándwich en estructuras aeronáuticas _____________ 25

2.5 Proceso de fabricación de paneles sándwich _____________________ 26

2.5.1 Preparación de los materiales ________________________________________ 27

2.5.2 Corte de telas _____________________________________________________ 28

2.5.3 Limpieza y preparación de útiles ______________________________________ 29

2.5.4 Apilado manual de telas (‘Hand lay-up’) _________________________________ 30

2.5.4.1 Compactación o consolidación ____________________________________ 32

2.5.5 Preparación de bolsa de vacío ________________________________________ 33

2.5.6 Curado en autoclave _______________________________________________ 36

2.5.6.1 Ciclo de curado ________________________________________________ 38

2.5.6.2 Termopares __________________________________________________ 40

2.5.6.3 Tomas de vacío _______________________________________________ 41

2.5.6.4 Paneles de control de procesos ___________________________________ 41

2.5.7 Desmoldeo _______________________________________________________ 41

2.5.8 Mecanizado ______________________________________________________ 42

2.5.9 Verificaciones _____________________________________________________ 43

2.5.10 Sellado de bordes ________________________________________________ 44

2.5.11 Inspecciones no destructivas _______________________________________ 44

2.5.11.1 Inspección visual ______________________________________________ 45

2.5.11.2 Prueba de estanqueidad ________________________________________ 45

2.5.11.3 Inspección ultrasónica __________________________________________ 45

2.5.12 Pintura ________________________________________________________ 46

2.5.13 Verificación final e identificación ____________________________________ 47

2.6 Alternativa de fabricación. Materiales autoadhesivos _______________ 47

3 Metodología de calificación _________________________________ 51

3.1 Paneles de ensayo ___________________________________________ 51

3.1.1 Panel simple ______________________________________________________ 51

3.1.2 Panel complejo ____________________________________________________ 54

3.2 Paneles de control de procesos ________________________________ 58

4 Índice

3.3 Materiales empleados _________________________________________ 59

3.3.1 Materiales estructurales y funcionales __________________________________ 60

3.3.2 Presentación de las tres alternativas de material preimpregnado autoadhesivo__ 63

3.3.2.1 Condiciones de procesamiento. Ciclos de curado _____________________ 63

3.3.2.2 Propiedades físicas de los preimpregnados frescos ___________________ 67

3.3.2.3 Propiedades térmicas de los preimpregnados frescos _________________ 70

3.3.3 Materiales Auxiliares _______________________________________________ 74

3.4 Matriz de ensayos ____________________________________________ 75

4 Fabricación de los paneles de ensayo_________________________ 79

4.1 Procesos ___________________________________________________ 79

4.1.1 Apilado de telas. Lay-up _____________________________________________ 80

4.1.1.1 Secuencia de telas paneles simples _______________________________ 80

4.1.1.2 Secuencia de telas paneles complejos _____________________________ 83

4.1.1.3 Compactación _________________________________________________ 86

4.1.1.4 Consideraciones al proceso de lay-up ______________________________ 87

4.1.1.4.1 Material I __________________________________________________ 90

4.1.1.4.2 Material II __________________________________________________ 91

4.1.1.4.3 Material III _________________________________________________ 92

4.1.2 Curado en autoclave _______________________________________________ 93

4.1.3 Desmoldeo ______________________________________________________ 100

5 Ensayos de calificación ___________________________________ 101

5.1 Ensayos no destructivos _____________________________________ 101

5.1.1 Inspección visual _________________________________________________ 101

5.1.2 Ensayo de estanqueidad ___________________________________________ 101

5.1.3 Inspección ultrasónica _____________________________________________ 101

5.1.3.1 Inspección ultrasónica en paneles simples _________________________ 101

5.1.3.2 Inspección ultrasónica en paneles complejos _______________________ 104

5.1.4 Pesada _________________________________________________________ 107

5.1.5 Inspección dimensional ____________________________________________ 107

5.1.5.1 Comprobación dimensional paneles simples ________________________ 108

5.1.5.2 Comprobación dimensional paneles complejos ______________________ 109

5.2 Ensayos destructivos ________________________________________ 109

5.2.1 Determinación del volumen de fibra, resina y huecos _____________________ 109

5.2.1.1 Procedimiento de ensayo _______________________________________ 110

5.2.1.2 Expresión de resultados ________________________________________ 112

5.2.1.3 Muestras en paneles simples ____________________________________ 113

5.2.1.4 Muestras en paneles complejos __________________________________ 113

5.2.2 Inspección macro/micrográfica _______________________________________ 114




5.2.3 Determinación de la temperatura de transición vítrea _____________________ 117




5.2.4 Ensayo de pelado de tambor ________________________________________ 119


5.2.4.2 Expresión de resultados ________________________________________ 122


5 Índice


5.2.5 Ensayos mecánicos en paneles de control de procesos ___________________ 123

5.2.5.1 Ensayo de cortadura interlaminar ________________________________ 123

5.2.5.1.1 Expresión de resultados _____________________________________ 124

5.2.5.2 Tracción plana _______________________________________________ 125


5.2.5.3 Pelado tambor _______________________________________________ 126

5.2.5.4 Tracción simple ______________________________________________ 126


5.2.5.5 Cuatro puntos de flexión________________________________________ 127


5.2.5.6 Compresión _________________________________________________ 128


6 Resultados ______________________________________________ 131

6.1 Resultados de ensayos no destructivos _________________________ 131

6.1.1 Inspección visual _________________________________________________ 131

6.1.1.1 Paneles simples ______________________________________________ 131

6.1.1.2 Paneles complejos ____________________________________________ 131

6.1.2 Ensayo de estanqueidad ___________________________________________ 133

6.1.2.1 Estanqueidad en paneles simples ________________________________ 133

6.1.2.2 Estanqueidad en paneles complejos ______________________________ 133

6.1.3 Inspección ultrasónica _____________________________________________ 133

6.1.3.1 Ultrasonidos en paneles simples _________________________________ 134

6.1.3.2 Ultrasonidos en paneles complejos _______________________________ 134

6.1.4 Pesada _________________________________________________________ 134

6.1.5 Inspección dimensional ____________________________________________ 135

6.2 Resultados de ensayos destructivos ___________________________ 135

6.2.1 Resultados de la determinación del volumen de fibra, resina y huecos _______ 135

6.2.1.1 Fibra/resina y huecos en paneles simples __________________________ 135

6.2.1.2 Fibra/resina y huecos en paneles complejos ________________________ 136

6.2.2 Resultados de la inspección macro/micrográfica _________________________ 138

6.2.3 Resultados de la determinación de la temperatura de transición vítrea _______ 138

6.2.3.1 Transición vítrea en paneles simples ______________________________ 138

6.2.3.2 Transición vítrea en paneles complejos ____________________________ 139

6.2.4 Resultados del ensayo de pelado de tambor ____________________________ 140

6.2.4.1 Pelado en paneles simples _____________________________________ 140

6.2.4.2 Pelado en paneles complejos ___________________________________ 142

6.3 Resultados de ensayos mecánicos en paneles de control de procesos

144

6.3.1 Cortadura interlaminar _____________________________________________ 144

6.3.2 Tracción plana ___________________________________________________ 145

6.3.3 Pelado de tambor _________________________________________________ 147

6.3.4 Tracción simple __________________________________________________ 148

6.3.5 Cuatro puntos de flexión____________________________________________ 149

6.3.6 Compresión _____________________________________________________ 150

7 Análisis y comparativa ____________________________________ 151

7.1 Proceso de fabricación _______________________________________ 151

7.2 Estanqueidad _______________________________________________ 152

6 Índice

7.3 Inspección ultrasónica _______________________________________ 153

7.4 Pesos _____________________________________________________ 154

7.5 Dimensional ________________________________________________ 155

7.6 Contenido en fibra, resina y huecos ____________________________ 158

7.7 Temperatura de transición vítrea _______________________________ 159

7.8 Imágenes macro/micrográficas ________________________________ 159

7.9 Pelado de tambor ___________________________________________ 162

7.10 Cortadura interlaminar _______________________________________ 164

7.11 Tracción plana ______________________________________________ 165

7.12 Tracción simple _____________________________________________ 166

7.13 Cuatro puntos de flexión _____________________________________ 168

7.14 Compresión ________________________________________________ 169

8 Conclusiones ____________________________________________ 171

Referencias bibliográficas _____________________________________ 177

7 Índice de figuras

Índice de figuras

Figura 1 Panel sándwich para aplicaciones aeronáuticas _____________________________ 15

Figura 2 Evolución del porcentaje en peso de estructuras de composite en aviones Airbus __ 17

Figura 3 Incremento del peso de CFRP en aviones comerciales Airbus__________________ 17

Figura 4 Estructura básica de un panel sándwich ___________________________________ 19

Figura 5 Estructura de un tejido preimpregnado ____________________________________ 20

Figura 6 Laminado con capas a distintas orientaciones ______________________________ 21

Figura 7 Morfología de la celdilla hexagonal _______________________________________ 22

Figura 8 Analogía entre un panel sandwich y un perfil en I ____________________________ 24

Figura 9 Localización paneles “honeycomb” en un avión comercial _____________________ 25

Figura 10 Vida útil de un preimpregnado __________________________________________ 27

Figura 11 Sala limpia _________________________________________________________ 28

Figura 12 Utillaje para la fabricación de estructuras de “composite” _____________________ 30

Figura 13 “Hand lay-up” o apilado manual _________________________________________ 31

Figura 14 Aspecto micrográfico del puenteo de telas ________________________________ 31

Figura 15 Colocación de las capas de adhesivo alrededor de la superficie del núcleo ______ 32

Figura 16 Esquema de la bolsa de vacío temporal __________________________________ 33

Figura 17 Bolsa de vacío para curado en autoclave de una pieza sándwich genérica _______ 34

Figura 18 Conectores de vacío _________________________________________________ 34

Figura 19 Toma de vacío ______________________________________________________ 35

Figura 20 Tubo de vacío conectado a la toma de vacío ______________________________ 35

Figura 21 Vacuómetro ________________________________________________________ 36

Figura 22 Pieza embolsada al vacío y preparada para introducirse en autoclave __________ 37

Figura 23 Esquema de autoclave________________________________________________ 37

Figura 24 Ejemplo curvas de temperatura, presión y vacío de un ciclo de curado en autoclave

__________________________________________________________________________ 38

Figura 25 Tipos de termopares _________________________________________________ 40

Figura 26 Tipo de herramientas de corte para materiales compuestos___________________ 43

Figura 27 Equipos para inspección ultrasónica de componentes aeronáuticos ____________ 46

Figura 28 Panel sándwich fabricado con prepreg autoadhesivo ________________________ 48

Figura 29 Panel simple ________________________________________________________ 51

Figura 30 Zonas panel simple __________________________________________________ 52

Figura 31 Panel complejo ______________________________________________________ 54

Figura 32 Zonas Panel Complejo ________________________________________________ 54

Figura 33 Malla de bronce preimpregnada Hexply CuSn6 RC27 AW 80 _________________ 61

Figura 34 Adhesivo en película Hysol EA9695 _____________________________________ 61

Figura 35 Núcleos “honeycomb” ECK 4.0-32 ______________________________________ 61

Figura 36 Tedlar ® ___________________________________________________________ 62

Figura 37 Núcleo “honeycomb” de fibra de vidrio ___________________________________ 62

Figura 38 Ciclo de curado del Material I __________________________________________ 64


Figura 39 Ciclo de curado del Material II __________________________________________ 66

Figura 40 Ciclo de curado del Material III _________________________________________ 67

Figura 41 Termograma P1 Material I _____________________________________________ 72

Figura 42 Termograma P2 Material I _____________________________________________ 72

Figura 43 Termograma P1 Material II ____________________________________________ 73

Figura 44 Termograma P2 Material II ____________________________________________ 73

Figura 45 Termograma P1 Material III ____________________________________________ 74

Figura 46 Termograma P2 Material III ____________________________________________ 74

Figura 47 Uso de los ensayos destructivos en materiales compuestos __________________ 76

Figura 48 Zonas paneles simples fabricados _______________________________________ 81

Figura 49 Zonas panel complejo fabricado ________________________________________ 83

Figura 50 Telegraphing _______________________________________________________ 88

Figura 51 Banda rugosa _______________________________________________________ 88

Figura 52 Ejemplo disposición de las bandas rugosas _______________________________ 88

Figura 53 Recogimiento de núcleo ______________________________________________ 89

Figura 54 Ejemplo disposición de bandas rugosas panel simple _______________________ 89

Figura 55 Ejemplo disposición de bandas rugosas panel complejo _____________________ 90

Figura 56 Colocación de telas Material I __________________________________________ 90

Figura 57 Arrugas en telas _____________________________________________________ 91

Figura 58 Aplicación calor local mediante secador __________________________________ 91

Figura 59 Detalle del deshilachado de las telas _____________________________________ 92

Figura 60 Detalle de la resina adherida ___________________________________________ 92

Figura 61 Rigidez telas en las zonas de radio ______________________________________ 93

Figura 62 Ciclo de curado de alta temperatura _____________________________________ 94

Figura 63 Utillaje paneles simples______________________________________________ 100

Figura 64 Springback panel simple I ____________________________________________ 100

Figura 65 Método de transmisión automática para inspección ultrasónica _______________ 102

Figura 66 Probeta Patrón 1 ___________________________________________________ 104

Figura 67 Probeta Patrón 2 ___________________________________________________ 104

Figura 68 Método pulso-eco para inspección ultrasónica ____________________________ 105

Figura 69 Krautkramer USM35X _______________________________________________ 106

Figura 70 Probeta patrón Zona de radios ________________________________________ 107

Figura 71 Báscula Mettler Toledo Spider SW _____________________________________ 107

Figura 72 Medidor de espesores digital __________________________________________ 108

Figura 73 Puntos para medición de espesores en paneles simples ____________________ 108

Figura 74 Puntos para medición de espesores en paneles complejos __________________ 109

Figura 75 Desecador ________________________________________________________ 110

Figura 76 Balanza Mettler Toledo AB204S _______________________________________ 110

Figura 77 Baño de arena _____________________________________________________ 111

Figura 78 Crisol ____________________________________________________________ 111


Figura 79 Estufa de aire Carbolite PF120 ________________________________________ 111

Figura 80 Extracción de muestras para determinación volumen de fibra/resina y huecos.

Paneles simples ____________________________________________________________ 113

Figura 81 Extracción de muestras para determinación volumen de fibra/resina y huecos.

Paneles complejos __________________________________________________________ 114

Figura 82 Estereo Microscopio SMZ800 _________________________________________ 115

Figura 83 Fuente de luz fría Photonic PL3000 _____________________________________ 115

Figura 84 Epiphot 200 _______________________________________________________ 115

Figura 85 Lumenera Infinity 2-3C _______________________________________________ 115

Figura 86 Secciones transversales para análisis macro/microscópico. Paneles simples ____ 116

Figura 87 Secciones transversales para análisis macro/microscópico. Paneles complejos __ 116

Figura 88 Extracción muestras DMA. Panel simple _________________________________ 119

Figura 89 Extracción muestras DMA. Panel complejo _______________________________ 119

Figura 90 Probetas pelado tambor ______________________________________________ 120

Figura 91 Dispositivo de pelado ________________________________________________ 121

Figura 92 Típico diagrama de pelado tambor _____________________________________ 121

Figura 93 Extracción de muestras pelado tambor. Paneles simples ____________________ 122

Figura 94 Extracción de muestras pelado tambor. Paneles complejos __________________ 123

Figura 95 Ensayo de cortadura interlaminar ______________________________________ 124

Figura 96 Probeta para ensayo de tracción plana __________________________________ 125

Figura 97 Aplicación de carga en ensayo tracción simple ____________________________ 126

Figura 98 Configuración probetas de tracción simple según UNE EN 2597 ______________ 127

Figura 99 Esquema de ensayo de cuatro puntos de flexión según AITM1-0018 __________ 128

Figura 100 Probeta para la determinación del esfuerzo de rotura (Tipo B1) ______________ 129

Figura 101 Dispositivo de ensayo según UNE EN 2850 (I) __________________________ 129

Figura 102 Dispositivo de ensayo según UNE EN 2850 (II) __________________________ 129

Figura 103 Detalle recogimiento lateral núcleos Panel Complejo I _____________________ 131

Figura 104 Detalle delaminaciones en radio Panel Complejo II _______________________ 132

Figura 105 Delaminación en radio Panel Complejo III _______________________________ 132

Figura 106 Fugas ensayo estanqueidad panel Simple II _____________________________ 133

Figura 107 Detalle fuga puntual ________________________________________________ 133

Figura 108 Extracción muestras determinación contenido en volumen de fibra, resina y huecos

en paneles simples __________________________________________________________ 135

Figura 109 Extracción muestras determinación contenido en volumen de fibra, resina y huecos

en paneles complejos ________________________________________________________ 137

Figura 110 Extracción muestras determinación temperatura de transición vítrea en paneles

simples ___________________________________________________________________ 139


complejos _________________________________________________________________ 140

Figura 112 Extracción muestras ensayo de pelado tambor en paneles simples ___________ 141


Figura 113 Ejemplo modo de fallo 1: 100% Delaminación ___________________________ 142

Figura 114 Extracción muestras ensayo de pelado tambor en paneles complejos _________ 142

Figura 115 Ejemplo modo de fallo 2: Delaminación con rotura parcial de núcleo (<20%) ___ 143

Figura 116 Ejemplo modo de fallo 3: Delaminación con rotura parcial de núcleo (>20%) ___ 144

Figura 117 Modo de fallo probetas Material I y núcleo de poliamida: rotura de núcleos _____ 145

Figura 118 Modo de fallo probetas Material II y núcleo de poliamida: Despegue piel/núcleo +

Rotura de núcleo ___________________________________________________________ 146

Figura 119 Modo de fallo probetas Material III y núcleo de poliamida: rotura de núcleos____ 146

Figura 120 Modo de fallo probetas Material I y núcleo de vidrio: despegue piel/núcleo _____ 147

Figura 121 Modo de fallo probetas Material II y núcleo de vidrio: despegue piel/núcleo ____ 147

Figura 122 Modo de fallo probetas Material III y núcleo de vidrio: despegue piel/núcleo ____ 147

Figura 123 Modos de fallo probetas Material I _____________________________________ 149

Figura 124 Modos de fallo probetas Material II ____________________________________ 149

Figura 125 Modos de fallo probetas Material III ____________________________________ 149

Figura 126 Formación de meniscos en paneles sándwich ___________________________ 161

Figura 127 Detalle menisco resina ______________________________________________ 161

Figura 128 Resistencia al pelado frente al requerimiento ____________________________ 163

Figura 129 Resistencias a cortadura interlaminar “aparente” individual y media frente a

requerimientos _____________________________________________________________ 164

Figura 130 Resistencias a tracción plana individual y media frente a requerimientos ______ 166

Figura 131 Resistencias a tracción simple individual y media frente a requerimientos ______ 167

Figura 132 Módulo de elasticidad frente a requerimientos ___________________________ 167

Figura 133 Carga última frente a requerimiento ___________________________________ 168

Figura 134 Resistencia a compresión individual y media frente a requerimientos _________ 169

11 Índice de tablas

Índice de tablas

Tabla 1 Tipos principales de tejido _______________________________________________ 20

Tabla 2 Comparativa propiedades paneles sándwich vs laminado ______________________ 23

Tabla 3 Temperaturas de servicio, uso y propiedades de las resinas epoxy ______________ 39

Tabla 4 Secuencia teórica de telas paneles simples _________________________________ 53

Tabla 5 Secuencia teórica de telas paneles complejos: Panel Complejo I ________________ 56

Tabla 6 Morfología del panel de control de procesos según el tipo de ensayo _____________ 58

Tabla 7 Materiales estructurales y funcionales _____________________________________ 60

Tabla 8 Características generales _______________________________________________ 63

Tabla 9 Parámetros ciclo de curado Material I ______________________________________ 64

Tabla 10 Parámetros ciclo de curado Material II ____________________________________ 65

Tabla 11 Parámetros ciclo de curado Material III ____________________________________ 66

Tabla 12 Propiedades y ensayos de caracterización de materiales preimpregnados frescos _ 68

Tabla 13 Propiedades físicas del material preimpregnado I ___________________________ 69

Tabla 14 Propiedades físicas del material preimpregnado II ___________________________ 69

Tabla 15 Propiedades físicas del material preimpregnado III __________________________ 69

Tabla 16 Procedimiento calorimetría diferencial de barrido ____________________________ 71

Tabla 17 Resultados DSC Material I _____________________________________________ 71

Tabla 18 Resultados DSC Material II ____________________________________________ 72

Tabla 19 Resultados DSC Material III ____________________________________________ 73

Tabla 20 Materiales auxiliares __________________________________________________ 75

Tabla 21 Ensayos destructivos _________________________________________________ 77

Tabla 22 Ensayos mecánicos en paneles de control de procesos ______________________ 78

Tabla 23 Operaciones paneles simples y complejos _________________________________ 79

Tabla 24 Espesores por zonas Panel Simple I _____________________________________ 81

Tabla 25 Espesores por zonas Panel Simple II _____________________________________ 82

Tabla 26 Espesores por zonas Panel Simple III ____________________________________ 82

Tabla 27 Espesores por zonas Panel Complejo I ___________________________________ 84

Tabla 28 Espesores por zonas Panel Complejo II ___________________________________ 85

Tabla 29 Espesores por zonas Panel Complejo III __________________________________ 86

Tabla 30 Secuencia compactación paneles simples _________________________________ 87

Tabla 31 Secuencia compactación paneles complejos _______________________________ 87

Tabla 32 Parámetros del ciclo de curado de alta temperatura _________________________ 94

Tabla 33 Datos de las cargas de autoclave ________________________________________ 95

Tabla 34 Análisis parámetros curado paneles simples _______________________________ 97

Tabla 35 Análisis parámetros curado paneles complejos _____________________________ 98

Tabla 36 Análisis parámetros curado paneles de control de procesos ___________________ 99

Tabla 37 Equipamiento y materiales empleados en la inspección ultrasónica por transmisión103

Tabla 38 Equipamiento y materiales empleados en la inspección ultrasónica por pulso-eco _ 106


Tabla 39 Procedimento DMA __________________________________________________ 118

Tabla 40 Dimensiones (mm) __________________________________________________ 124

Tabla 41 Dimensiones de la probeta tipo B1 ______________________________________ 129

Tabla 42 Resultados ensayo estanqueidad paneles complejos _______________________ 133

Tabla 43 Resultado de la inspección ultrasónica por zonas __________________________ 134

Tabla 44 Registro de peso ____________________________________________________ 134

Tabla 45 Resultados densidad y contenido en peso de fibra y resina en paneles simples __ 136

Tabla 46 Resultados contenido en volumen de fibra, resina y huecos en paneles simples __ 136

Tabla 47 Resultados densidad y contenido en peso de fibra y resina en paneles complejos 137

Tabla 48 Resultados contenido en volumen de fibra, resina y huecos en paneles complejos 138

Tabla 49 Resultados temperatura de transición vítrea en paneles simples ______________ 139

Tabla 50 Resultados temperatura de transición vítrea en paneles complejos ____________ 140

Tabla 51 Resultados del ensayo de pelado de tambor en paneles simples ______________ 141

Tabla 52 Resultados del ensayo de pelado de tambor en paneles complejos ____________ 143

Tabla 53 Resultados del ensayo de cortadura interlaminar ___________________________ 144

Tabla 54 Resultados del ensayo de tracción plana en probetas con núcleo de papel ______ 145

Tabla 55 Resultados del ensayo de tracción plana en probetas con núcleo de vidrio ______ 146

Tabla 56 Resultados del ensayo de pelado de tambor ______________________________ 148

Tabla 57 Resultados del ensayo de tracción simple ________________________________ 148

Tabla 58 Resultados del ensayo de cuatro puntos de flexión _________________________ 149

Tabla 59 Resultados del ensayo de compresión ___________________________________ 150

Tabla 60 Comparativa de los parámetros de fabricación ____________________________ 151

Tabla 61 Resistencia a la estanqueidad de los fluidos ______________________________ 152

Tabla 62 Correlación UT con estanqueidad y micrografías ___________________________ 153

Tabla 63 Mejoras teóricas de peso _____________________________________________ 154

Tabla 64 Registro de peso ____________________________________________________ 155

Tabla 65 Evaluación dimensional_______________________________________________ 156

Tabla 66 Espesores paneles monolíticos de control de procesos ______________________ 156

Tabla 67 Evaluación dimensional paneles laminado sólido ___________________________ 157

Tabla 68 Evaluación dimensional por proceso (monolítico/sándwich) __________________ 157

Tabla 69 Evaluación calidad dimensional ________________________________________ 158

Tabla 70 Análisis resultados ensayo según UNE EN 2564 ___________________________ 158

Tabla 71 Evaluación de los contenidos en resina y huecos __________________________ 159

Tabla 72 Temperaturas de transición vítrea ______________________________________ 159

Tabla 73 Evaluación de la calidad interna ________________________________________ 160

Tabla 74 Evaluación de la calidad de la interfase piel/núcleo _________________________ 162

Tabla 75 Evaluación de la resistencia al pelado ___________________________________ 163

Tabla 17 Evaluación del ensayo de cortadura interlaminar ___________________________ 164

Tabla 77 Evaluación del ensayo de tracción plana _________________________________ 165

Tabla 78 Evaluación paneles de control adicionales ________________________________ 165


Tabla 79 Evaluación del ensayo de tracción simple ________________________________ 167

Tabla 21 Evaluación del ensayo de cuatro puntos de flexión _________________________ 168

Tabla 81 Evaluación del ensayo de compresión ___________________________________ 169

Tabla 82 Clasificación global materiales preimpregnados ____________________________ 171

15 Objeto e interés

1 Objeto e interés

El objeto de este Proyecto es comprobar la viabilidad de implementación de una

alternativa en el proceso de fabricación de paneles sándwich definido en una planta de

producción de estructuras aeronáuticas.

Los paneles sándwich son una de las construcciones más empleadas dentro de la

industria aeronáutica ya que se trata de estructuras extremadamente ligeras que

exhiben una alta rigidez y relación resistencia/peso.

La estructura básica de estos paneles puede verse en la Figura 1 extraída del ASM

Handbook, Volume 21. Composites [Ref.1].

Figura 1 Panel sándwich para aplicaciones aeronáuticas

Se trata de paneles fabricados completamente a partir de materiales compuestos.

Ambas pieles consisten en laminados de material preimpregnado de fibra de carbono y

resina epoxy, las cuales se unen al núcleo “honeycomb” (nido de abeja) de papel de

poliamida por medio de dos capas de adhesivo termoestable (resina epoxy).

Es en la eliminación de estas capas de adhesivo donde radica la oportunidad de

mejora del proceso de fabricación de estos paneles y el punto de partida de este

Proyecto.

Si los laminados o pieles de la estructura sándwich se fabrican a partir de un material

preimpregnado autoadhesivo no sería necesario interponer capas adicionales de

adhesivo entre dichos apilados y el núcleo. La incorporación de un material de este

tipo en el proceso de fabricación de estos paneles permitiría po lo tanto reducir tanto


su peso, factor clave dentro de la producción aeronáutica, como el tiempo requerido en

su fabricación al reducirse el número de capas a disponer durante el montaje.

A lo largo de estas páginas se presentan tres propuestas de material autoadhesivo

que se emplearán en la fabricación de una serie de paneles representativos de la

producción de la planta. Posteriormente, dichos paneles se someterán a un plan de

ensayos con objeto de certificar tanto las propiedades autoadhesivas de dichos

materiales como la calidad interna y las propiedades mecánicas obtenidas en los

paneles fabricados.

A partir de los datos obtenidos se establecerá una comparativa entre las tres opciones

presentadas que permitirá discernir cuál de ellas resultaría más factible de incorporar

dentro de la producción actual de la planta y las acciones necesarias en su caso.

1.1 Campo de aplicación

En el sector aeronáutico los criterios impuestos de prestaciones para los materiales

empleados son mucho mayores que en otras áreas. Son aspectos clave el bajo peso,

la elevada resistencia mecánica, alta rigidez y buena resistencia a la fatiga.

Precisamente el factor peso ha sido el que ha impulsado la incorporación extensiva de

los materiales compuestos o “composites” en la industria aeronáutica pese a sus altos

costes de producción y procesos de fabricación no estandarizados.

Materiales compuestos son aquellos materiales que se forman de la unión a escala

macroscópica de dos o más materiales para conseguir combinaciones de propiedades

que no es posible obtener en los materiales originales. Estos compuestos pueden

seleccionarse para lograr combinaciones poco usuales de rigidez, resistencia, peso,

rendimiento a alta temperatura, resistencia a la corrosión, dureza o conductividad.

A día de hoy, los materiales compuestos son ampliamente utilizados en estructuras

aeronáuticas, y esto ha sido el resultado de una sustitución gradual y directa de los

componentes metálicos, seguido y apoyado por el desarrollo de diseños integrales con

materiales compuestos a medida que la confianza en éstos ha ido aumentando.

Aunque el uso de “composites” varía entre los diferentes tipos de aviones, la tendencia

en el futuro es un mayor uso de estos materiales en todas las aeronaves, de acuerdo

al último informe de Research and Markets “Opportunities for Composites in the

Global Aerospace Market 2014 – 2033" [Ref.2]. Actualmente suponen ya de más del

50% del peso total de la aeronave tal y como puede verse en la Figura 2, donde se

ilustra el crecimiento del porcentaje en peso que suponen las estructuras de material

compuesto dentro de los aviones fabricados por Airbus durante los últimos 40 años.


Figura 2 Evolución del porcentaje en peso de estructuras de composite en aviones Airbus

Los compuestos de fibras de carbono, de vidrio y de Kevlar son aquellos que han sido

más comúnmente diseñados y fabricados para piezas de aplicación aeroespacial. De

entre todos ellos se utilizan prioritariamente los compuestos de fibra de carbono

(CFRP: “Carbon Fibre Reinforced Prepreg”) debido a sus características en alto

rendimiento. Esto queda ilustrado por la Figura 3 que representa el porcentaje que

suponen estos compuestos dentro del peso de toda una serie de aeronaves de uso

comercial. En el caso de los últimos aviones correspondientes a la década actual el

porcentaje de CFRP supera ya el 50% del peso total de la aeronave.

Figura 3 Incremento del peso de CFRP en aviones comerciales Airbus


La constante demanda de aviones más ligeros y energéticamente más eficientes,

obliga a los fabricantes de piezas de material compuesto a mantener un gran

esfuerzo de investigación en al menos las tres siguientes áreas:

Tecnologías de fabricación

Comportamiento estructural y coste

Capacidades multifuncionales.

Es bajo la primera de estas áreas que quedaría englobado el propósito de este

Proyecto puesto que versa acerca de una posible mejora en la tecnología de

fabricación de una de las principales estructuras de materiales compuestos utilizadas

en el ámbito aeronáutico: las estructuras tipo sándwich.

A lo largo del Capítulo 2 se analizará en profundidad tanto la composición, como el uso

y el proceso actualmente seguido en la fabricación de este tipo de estructuras. Por

último se realizará una breve introducción del tipo de material propuesto como mejora

al introducir en dicho proceso de fabricación: el preimpregnado autoadhesivo.

19 Estado del arte

2 Estado del arte

2.1 Introducción

La principal ventaja que presenta un panel sándwich frente a otras alternativas de

diseño es el ahorro de peso y el incremento de rigidez de ahí que su uso en

aplicaciones aeronáuticas esté tan extendido.

En las siguientes secciones se tratarán diversos aspectos de las estructuras sándwich

tales como sus componentes, principales características, aplicaciones y proceso de

fabricación.

2.2 Componentes de un panel sándwich

Este tipo de estructuras consiste en dos finos revestimientos denominados pieles

altamente resistentes unidos a un núcleo grueso y ligero por medio de un material

adhesivo tal como puede verse en la Figura 4. Cada componente por sí mismo es

relativamente débil y flexible pero cuando se combinan entre sí en un panel sándwich

dan lugar a una estructura que es rígida, sólida y ligera.

Figura 4 Estructura básica de un panel sándwich

A continuación se describen las principales características de cada uno de estos tres

componentes.

2.2.1 Piel

Las pieles son los revestimientos que encierran al núcleo de un sándwich. Los

materiales de revestimiento más comunes incluyen el aluminio, acero, carbono, cartón

Kraft, madera, y los materiales compuestos.

El presente Proyecto se centra en paneles sándwich cuyas pieles son laminados

fabricados a partir de material compuesto reforzado con fibra en dos direcciones lo que

comúnmente se denomina tejido. Estos tejidos se suministran en rollos de material

preimpregnado (prepreg) en los que las fibras se encuentran embebidas en una matriz

de resina y adecuadamente procesadas para su almacenamiento, manejo y curado

con calor y presión sin necesidad de aditivo alguno.

20 Estado del arte

Los tejidos consisten en al menos dos hilos de fibra entrelazados entre sí, la urdimbre,

paralela al borde longitudinal del preimpregnado, y la trama perpendicular a dicho

borde como se muestra en la Figura 5.

Figura 5 Estructura de un tejido preimpregnado

El tipo de tejido puede variar en función de la ondulación y la capacidad de plegado.

Cuanto menor es la ondulación, mejores son las propiedades mecánicas ya que fibras

más rectas son capaces de soportar mayores cargas. Por otra parte, un tejido flexible

será más fácil de adaptar a formas complejas. De acuerdo a lo recogido en “Hexply®.

Prepreg Technology” [Ref.3], informe elaborado por la compañía Hexcel, una de los

principales proveedores de material compuesto preimpregnado, existen tres estilos

principales de tejido que aparecen recogidos en la Tabla 1.

Tabla 1 Tipos principales de tejido

MALLA SATINADO SARGA

Alta ondulación / Baja flexibilidad

Baja ondulación/ Buena flexibilidad

Media ondulación / Media flexibilidad

Los principales tipos de fibras empleadas como refuerzo son la fibra de carbono, de

vidrio, de boro (en menor medida) y las orgánicas (Kevlar). Estos materiales de

refuerzo determinan el comportamiento mecánico del compuesto; lo dotan de

extraordinaria rigidez y resistencia, así como de buenas propiedades térmicas,

eléctricas y mecánicas a la vez que suponen un ahorro de peso significativo sobre los

materiales metálicos. El modo de fallo de estos compuestos viene gobernado por la

fibra que contienen.

21 Estado del arte

El papel fundamental de la matriz consiste en soportar a las fibras y mantenerlas

unidas dentro del material compuesto. Transfiere las cargas aplicadas a las fibras

mientras que las mantiene en la posición y la orientación escogidas. La matriz también

determina la resistencia contra agentes externos y la temperatura de servicio máxima

del preimpregnado. Las matrices más empleadas son las termoestables,

especialmente las resinas epoxy y poliéster.

Tal y como se adelantaba en el Capítulo 1, los preimpregnados utilizados son tejidos

tipo malla de fibra de carbono y matriz epoxy. La principal ventaja de este sistema

fibra/resina es su excelente comportamiento mecánico. Además presentan buena

resistencia ambiental y elevada dureza. Todos estos factores unidos a su ligereza y a

su fácil procesado permiten obtener un significativo ahorro de peso en la fabricación

de los componentes. Además, en términos de coste no existe una diferencia

significativa de precio entre los prepreg carbono/epoxy y otro tipo de preimpregnados.

Ambas pieles de la estructura sándwich consisten en un apilado de varias láminas del

mismo prepreg (misma fibra, matriz y volumen relativo de ambos) si bien con

orientaciones diferentes entre sí debido a las necesidades de diseño (ver Figura 6). La

resina de las láminas de prepreg actúa como medio de unión entre las distintas capas

que constituyen el laminado.

Figura 6 Laminado con capas a distintas orientaciones

2.2.2 Núcleo

Según lo recogido en ASM Materials Handbook. Volume 21. Composites, [Ref.1] los

núcleos estructurales de bajo peso fueron usados por primera vez en aviones en los

años 40 para reducir peso y aumentar la carga de pago y distancia de vuelo. Se

incorporaron al diseño de aeronaves en sustitución del enfoque convencional de

estructura más pesada de lámina rigidizada por medio de vigas. Su incorporación en

paneles sándwich ha sido un concepto estructural básico en la industria aeroespacial

desde los años 50. Desde el año 2000 cada avión comercial y militar depende de la

integridad y la fiabilidad ofrecida por núcleos estructurales ligeros. Actualmente, estos

22 Estado del arte

núcleos se dividen en tres grandes grupos según el material utilizado: nido de abeja o

““honeycomb””, balsa (madera) y espumas o “foam”.

Los núcleos “honeycomb” se fabrican en una amplia gama de materiales: cartón Kraft,

cerámica, termoplásticos, aluminio, acero y otros metales, fibra de aramida, de vidrio o

de carbono mientras que los núcleos de tipo “foam” se elaboran con materiales

sintéticos como poliestireno, poliuretano, fenólico…

El concepto de ‘nido de abeja’ produce estructuras extremadamente rígidas y

resistentes con el mínimo peso. Es por ello que los núcleos que se utilizan en la

fabricación de los paneles de ensayo del presente Proyecto corresponden a dicha

tipología. El material con el que se fabrican dichos núcleos es el papel mecánico de

para-aramida. La morfología que presentan las celdillas es hexagonal como la

representada en la Figura 7 perteneciente a ASM Materials Handbook, Volume 21.

Composites [Ref.1] donde se indican las principales características de las mismas.

Figura 7 Morfología de la celdilla hexagonal

2.2.3 Adhesivo

La unión piel-núcleo suele realizarse situando una capa de adhesivo entre ambos.

Mediante el uso de adhesivos se consigue una superficie de contacto continua que

permite una distribución más uniforme de la carga. El adhesivo empleado debe ser

capaz de transmitir cargas de cortadura y axiales hacia y desde el núcleo

respectivamente.

Los adhesivos que normalmente se emplean son resinas termoestables que solidifican

por polimerización (epoxy) y su formato más clásico de presentación es en ‘película’

(“film”) similar a los preimpregnados. Se escogen según la temperatura de curado

deseada, el peso del “film” y el flujo del adhesivo durante el curado. Al ser mezclados

previamente sólo necesitan calor para curarse. El formato en película constituye una

vía útil para cubrir grandes superficies con una cantidad uniforme de adhesivo y

proporciona precisión y control durante el proceso de unión.

23 Estado del arte

2.3 Características de los paneles sándwich

El concepto básico de un panel sándwich implica que las pieles soporten las cargas de

flexión mientras que el núcleo resiste las cargas de cortadura. En la mayoría de los

casos las tensiones en los revestimientos están uniformemente distribuidas. El núcleo

“honeycomb” no ofrece resistencia alguna a flexión o en otras palabras, su módulo de

flexión es nulo. Esta suposición conduce a una distribución de carga de cortadura

uniforme a través del espesor del núcleo.

La deflexión en todas las estructuras presenta dos componentes: flexión y deformación

a cortadura o cizalladura. En una estructura no tipo sándwich, como por ejemplo una

lámina de acero, la deformación a cortadura a menudo es insignificante y por lo tanto

se desprecia. En una estructura sándwich por el contrario, la deformación a cortadura

puede ser muy significativa. En la mayoría de los casos representa alrededor de un

1% de la deformación a flexión, aunque puede ser mucho mayor en paneles gruesos o

con poco span.

La siguiente tabla muestra un ejemplo genérico de la efectividad del “honeycomb”

presentado en “Hexply®. Prepreg Technology” [Ref.3]. Se compara una lámina de

aluminio de espesor t=0.81 mm con dos paneles sándwich obtenidos separando en

dos mitades la lámina de aluminio e interponiendo un núcleo “honeycomb” de dos

espesores distintos entre ellas. El más grueso de los dos paneles sándwich resulta 37

veces más rígido a flexión y 9 veces más resistente que la lámina de aluminio con tan

sólo un incremento de peso del 6%. Así pues, la separación entre las pieles

proporcionada por la presencia del núcleo incrementa el momento de inercia del panel

con un pequeño aumento del peso, consiguiendo así una estructura más eficiente para

resistir cargas de flexión y abolladura.

Tabla 2 Comparativa propiedades paneles sándwich vs laminado

PROPIEDAD

ALUMINIO SÁNDWICH A

(espesor del núcleo: t) SÁNDWICH B

(espesor del núcleo: 3t)

Rigidez 1.00 7.00 37.00

Resistencia a flexión

1.00 3.50 9.25

Peso 1.00 1.03 1.06

El mismo artículo plantea que el comportamiento mecánico de los paneles sándwich

con núcleo “honeycomb” presenta semejanzas con el observado en perfiles como el

perfil en I que se muestra en la Figura 8. La estructura nido de abeja, actúa como una

red de perfiles en I, soportando las cargas de cortadura así como proporcionando

24 Estado del arte

rigidez estructural manteniendo los materiales de alta resistencia alejados del eje

neutro donde las tensiones de tracción y compresión son altas. La diferencia entre una

estructura sándwich y una viga en I radica en que en una estructura sándwich, el alma

se extiende a lo largo de la sección transversal completa, proporcionando alta rigidez a

torsión; mientras que en una viga en I, el alma se sitúa únicamente en el medio, lo que

supone una menor rigidez a torsión. Una construcción tipo sándwich proporciona la

más alta relación rigidez/peso y resistencia/peso.

Figura 8 Analogía entre un panel sandwich y un perfil en I

Sin embargo, en la selección de este tipo de estructuras frente a las monolíticas se

deben también considerar las complicaciones de fabricación derivadas, que pueden

hacer aumentar los costes de fabricación por encima de las construcciones

monolíticas.

En la siguiente lista se recogen los principales beneficios derivados de su uso:

Alta relación resistencia/peso.

Resistencia al impacto y al daño

Elevado ratio rigidez/peso.

Resistencia a la fatiga.

Durabilidad

Propiedades de aislamiento térmico y transferencia de calor adaptables.

Resistencia al fuego con propiedades de auto-extinción y baja generación de

humos.

Posibilidad de incluir insertos y otros elementos de unión.

Por otra parte, también existen desventajas relativas a su utilización tales como:

Escasa hermeticidad frente a la humedad, lo que podría dar lugar a la

degradación del adhesivo y posteriormente del núcleo. Está asociada al bajo

espesor del laminado de los revestimientos.

Baja resistencia al fuego de determinados materiales que se emplean como

núcleos.

Punzonamiento o hundimiento local. Se trata de estructural sensibles a las

cargas de impacto. Si los revestimientos son muy delgados se podría producir

el fallo del núcleo a compresión.

25 Estado del arte

2.4 Uso de paneles sándwich en estructuras aeronáuticas

El aumento de importancia del factor ahorro de peso motivado por reducir el consumo

de combustible unido a la necesidad de fabricación de piezas con formas cada vez

más complejas ha incrementado el uso de paneles sándwich en la industria

aeronáutica.

Algunas de las principales aeroestructuras donde se emplean estos paneles son:

Interiores, como los compartimentos superiores de estiba, tabiques, paneles de

techo y las estructuras de la galera.

Estructuras que rodean el motor como la caja del ventilador, estructuras de

góndolas, deflector de empuje…

Puertas del tren de aterrizaje.

Compartimentos portaequipajes.

Superficies de control de las alas tales como flaps y spoilers.

Carenados (“belly fairing”)

La Figura 9 esquematiza las principales zonas de uso de paneles sándwich con núcleo

“honeycomb” para un avión comercial genérico.

Figura 9 Localización paneles “honeycomb” en un avión comercial

En este proyecto nos centraremos en paneles pertenecientes a la “belly fairing” de un

avión comercial. La “belly fairing” o carenado ventral es una estructura mixta situada

en la parte inferior del fuselaje, entre las alas, y cubre la panza o parte inferior de la

aeronave (de ahí su nombre en inglés: “belly”, que significa panza o vientre). Este

elemento encierra soportes y apoyos para un gran número de sistemas.

El carenado actual que llevan los aviones comerciales consiste en una estructura

soporte anclada al fuselaje sobre la que se ubican paneles sándwich de fibra de

26 Estado del arte

carbono. La estructura soporte de la “belly fairing” en aviones comerciales consiste en

una serie de larguerillos realizados en aleación de aluminio. Su sección transversal

consta de dos partes, una en forma de T (a cuyas alas se fijan los paneles sándwich) y

otra en forma de U, con un ala de mayor tamaño, que se fija al alma de la primera

pieza mediante remache.

El conjunto de esta estructura está anclada al fuselaje. Aunque la estructura de la

“belly fairing” no es primaria, sí está sometida a cargas aerodinámicas, que los paneles

trasmiten a la estructura soporte por lo que los paneles sandwich que la constituyen se

encuentran dimensionados en consecuencia para resistir dichas cargas.

2.5 Proceso de fabricación de paneles sándwich

El proceso de fabricación de paneles sándwich de material compuesto puede hacerse

por tres técnicas diferentes tal y como se presenta en “MIL Handbook 17. Volume 3”

[Ref.4], las cuáles se resumen brevemente a continuación:

1. Cocurado: proceso por el cual tanto los revestimientos como el núcleo se someten

simultáneamente a un proceso de curado. Una capa de adhesivo se sitúa en cada

interfaz piel / núcleo para mantener la unión e incrementar la resistencia al pelado

y a la fatiga. Las principales ventajas derivadas de este proceso son el excelente

ajuste entre los componentes así como limpieza de la superficie.

2. Encolado secundario: los elementos de material compuesto que van a formar parte

del elemento, son curados previamente (precurados) y unidos en una operación

final de encolado mediante un adhesivo. Este tipo de procedimiento asegura un

buen acabado superficial de los revestimientos pero puede presentar problemas de

ajuste entre ellos y el núcleo.

3. Coencolado: en este caso, parte de los materiales compuestos o piezas

elementales de un elemento están preimpregnados (sin curar) y la otra parte están

polimerizados (precurados). Se trata de una combinación de los dos procesos

anteriores. Una de las pieles se somete a un primer ciclo de curado y a posteriori

se une por medio de una capa de adhesivo al núcleo “honeycomb”, sobre el que a

su vez por su otra cara se coloca otra capa de adhesivo y el resto de capas

correspondientes al segundo apilado con los materiales en fresco. Todo ello se

cocura en un segundo ciclo de autoclave. Los paneles así construidos se

denominan de doble ciclo. Se mejora el acabado superficial con respecto al

proceso de cocurado.

La fabricación de los paneles que se utilizaron en este Proyecto se realizó por medio

de un procedimiento de cocurado. A grandes rasgos este proceso consiste en cortar

las telas de prepreg y los núcleos ‘“honeycomb”’, colocarlas sobre un útil con la

orientación de fibras deseada y embolsarlas al vacío. Tras preparar la bolsa, el

compuesto junto con el molde se sitúan en el interior de un horno autoclave y se les

aplica calor y presión para conseguir el curado y consolidación de la pieza. Las

siguientes secciones desarrollan en detalle cada una de las operaciones que se

realizan.

27 Estado del arte

2.5.1 Preparación de los materiales

Los materiales preimpregnados, adhesivos ‘film’ y otras resinas son altamente

sensibles a la variación de temperatura y a la humedad, previamente a su curado. Por

ello debe prestarse especial atención durante su almacenamiento y transporte a fin de

mantener las propiedades de los mismos.

Conviene establecer las siguientes definiciones acerca de la vida de los materiales

preimpregnados que pueden encontrarse por ejemplo en “Hexply® Prepreg

Technology” [Ref.3].

Vida de almacenamiento: es el máximo tiempo que el material puede

permanecer dentro de una bolsa sellada e impermeable a -18ºC. Cada rollo de

prepreg debe incluir en su etiquetado cuál es su fecha de caducidad.

Vida de manejo: es el tiempo a temperatura ambiente durante el cual, el

prepreg retiene suficiente pegajosidad como para permitir un fácil manejo y

apilado de capas.

Vida total a temperatura ambiente: el máximo tiempo que se permite que el

material permanezca a temperatura ambiente desde su salida de nevera hasta

su curado.

Vida útil: es la suma de las vidas de almacenamiento y la vida total a

temperatura ambiente.

La Figura 10 esquematiza estos conceptos.

Figura 10 Vida útil de un preimpregnado

Los rollos de materiales preimpregnados y adhesivos estructurales se colocan dentro

de bolsas de polietileno selladas con paquetes desecantes de ser posible. Una vez

empaquetados, deben almacenarse en las condiciones recomendadas por el

28 Estado del arte

fabricante, normalmente por debajo de los 0ºF (-18ºC) para garantizar una vida útil de

más de 6 meses. Debido a que el curado de los materiales termoestables progresa a

temperatura ambiente y a pesar de las bajas temperaturas de almacenaje, se debe

anotar el tiempo de exposición a temperatura ambiente. Este registro se utiliza para

establecer la vida útil del material y para determinar cuándo sería necesario realizar

ensayos de recalificación del material. El tiempo que el material puede permanecer a

temperatura ambiente y mantenerse en condiciones de uso puede ir desde minutos

hasta más de 30 días. Para algunos materiales, las características de procesamiento

pueden cambiar drásticamente dependiendo de cuán largo haya sido el tiempo de

almacenamiento y el tiempo a temperatura ambiente.

Tras retirar de nevera y para evitar contaminación por humedad durante el descarche

se debe permitir al preimpregando alcanzar la temperatura ambiente antes de abrir la

bolsa. Un rollo completo de prepreg podría tardar alrededor de 48 horas en

atemperarse. Se dice que el material está ambientado cuando al limpiar la superficie

de su envoltura protectora no se obtiene condensación.

Por su parte, los núcleos ‘“honeycomb”’ se deben almacenar en bolsas de polietileno

perfectamente selladas en zonas secas y limpias de modo que se evite su

contaminación por agua, suciedad, etc. Siempre que sea posible deben colocarse en

posición horizontal para evitar distorsiones que puedan deformar las celdillas.

2.5.2 Corte de telas

Se debe aprovisionar los materiales según el marcado de la pieza y la lista de partes

aplicable. Tras ello se procede al corte de los mismos. En aplicaciones aeroespaciales,

esta operación tiene lugar en una atmósfera limpia y bajo condiciones controladas de

temperatura y humedad. Un ejemplo de sala de estas características así como del

equipamiento a vestir por los operarios encargados de manipular los materiales puede

verse en la Figura 11 perteneciente a “Composites Manufacturing. Materials, products

and process engineering” [Ref.5] En todas las operaciones deben emplearse guantes

autorizados por la normativa aplicable al correspondiente programa.

Figura 11 Sala limpia

Cuando la producción de piezas alcanza cantidades significativas se utilizan máquinas

de corte automatizado de prepregs. En este caso, el preimpregnado se sitúa en la

29 Estado del arte

mesa de corte y haciendo uso del movimiento alternativo de un láser o cuchilla

ultrasónico, el prepreg se corta siguiendo el patrón deseado. Estas máquinas están

controladas por computador y utilizan software orientado a la optimización del corte de

capas. Dicho software minimiza los retales o sobras y proporciona repetitividad y

consistencia en la operación de corte de capas.

No se permite cortar directamente los preimpregnados sin interponer un separador

(flexible, que no desprenda partículas ni produzca daños) entre ellos y el útil u otras

capas de preimpregnados con el objetivo de evitar que se produzcan daños. Después

del corte es importante comprobar que no existen defectos en los materiales tales

como cortes, arrugas u otras deformaciones de las telas.

A fin de reducir al mínimo el tiempo de exposición a temperatura ambiente y en función

de la cantidad de elementos a fabricar, los materiales ya cortados pueden

almacenarse en forma de ‘kits’ correspondientemente identificados en bolsas selladas

de polietileno que vuelven a introducirse en nevera, garantizando que no se formen

arrugas ni dobleces en las telas.

Todas las operaciones de corte, almacenamiento e identificación deben hacerse de

forma que el material permanezca el menor tiempo posible a temperatura ambiente.

2.5.3 Limpieza y preparación de útiles

El utillaje representa un papel fundamental en la fabricación de un panel ya que es el

encargado de proporcionar la forma final que tendrá el compuesto una vez curado. Se

debe diseñar un utillaje simple y estable de modo que las presiones se repartan de

manera uniforme durante el proceso de curado. Dicho molde debe ser lo

suficientemente rígido para producir piezas dentro de las tolerancias dimensionales y

lo bastante ligero para satisfacer los requisitos de velocidad de calentamiento y

enfriamiento, del ciclo de curado. En la Figura 12 se indican algunas de las

consideraciones a tener en cuenta en el diseño del utillaje más apropiado. Estas

recomendaciones aparecen dentro de la guía “Hexply® Prepreg Technology” [Ref.3].

30 Estado del arte

Figura 12 Utillaje para la fabricación de estructuras de “composite”

Para la fabricación de componentes aeroespaciales, el material del que está hecho el

útil es mayormente material compuesto, como preimpregnados carbono/epoxy,

preimpregnados carbono/bismaleimida, preimpregnados vidrio/epoxy, etc.

Previamente a realizar la operación del apilado de telas y demás componentes que

constituirán el panel sándwich, resulta necesario limpiar el útil y aplicar en toda su

superficie un agente desmoldeante que se dejará curar a temperatura ambiente

alrededor de una hora. Este agente facilitará la extracción de la pieza una vez

finalizado el proceso de curado de la misma.

Antes de su aplicación la superficie del utillaje debe ser limpiada eliminado el óxido, la

suciedad y contaminación usando trapos limpios y si es necesario Scotch Brite tipo A o

S, mojados en disolventes, llevando a cabo esta limpieza cuidadosamente para

mantener los requerimientos de acabado de la superficie del útil.

2.5.4 Apilado manual de telas (‘Hand lay-up’)

Se trata de un procedimiento en molde abierto que permite fabricar formas complejas

con un muy alto contenido en volumen de fibras. En el caso de una pieza sándwich, el

apilado comienza por uno de los revestimientos. Primero se elimina la capa protectora

de una de las caras de cada preimpregnado y se coloca sobre el útil. Después se van

disponiendo unas sobre otras el resto de capas de todos los materiales que conforman

la pieza, según la secuencia establecida en el correspondiente plano y la

31 Estado del arte

documentación de fabricación aplicable. Un ejemplo de un operario realizando esta

operación puede verse en la Figura 13.

Figura 13 “Hand lay-up” o apilado manual

Los puenteos en la colocación de la capas deberán evitarse en todo momento,

adaptando la capa correctamente a la superficie del útil o a la capa anteriormente

colocada. Para facilitar esta labor, y evitar las oclusiones de aire en el útil y entre las

capas, puede pasarse sobre el material en la dirección paralela a la fibra o en la

dirección de la urdimbre para el caso de los tejidos, una espátula aprobada por la

normativa correspondiente a cada programa.

La Figura 14 ilustra a nivel micrográfico el puenteo de las telas de carbono en el

chaflán o zona de transición o laminado / núcleo. La zona de radios de las piezas

suele ser otra zona susceptible a la aparición de este tipo de defectos.

Figura 14 Aspecto micrográfico del puenteo de telas

Para mejorar el acoplamiento y la pegajosidad (‘tacking’) de los preimpregnados, se

pueden usar sopladores de aire caliente siempre que la temperatura no exceda de los

65ºC durante un tiempo máximo de dos minutos.

32 Estado del arte

En el momento en que se detecte cualquier defecto en los materiales preimpregnados

como por ejemplo cruce de fibras, zonas con falta de resina, objetos extraños, etc., se

deben sustituir por otros en buen estado.

Tras realizar el apilado del primer revestimiento, se debe colocar una película de

adhesivo en toda la superficie del núcleo y en aquellos lugares a los que haga

referencia el plano de la pieza y la documentación de fabricación asociada, y continuar

con el apilado de las telas que constituyen el segundo revestimiento, tal y como se

indica en la Figura 15.

Figura 15 Colocación de las capas de adhesivo alrededor de la superficie del núcleo

2.5.4.1 Compactación o consolidación

Este paso consiste en crear un contacto íntimo entre cada capa o lámina de

preimpregnado. Con esta operación se asegura que el posible aire atrapado entre las

capas durante el apilado es eliminado. Resulta de gran importancia a la hora de

obtener una pieza de buena calidad. Las piezas que están pobremente consolidadas

tendrán huecos, y lugares secos (sin resina). La consolidación de compuestos de

fibras continuas implica dos importantes procesos: el flujo de resina a través del medio

poroso y la deformación elástica de la fibra. Durante el proceso de consolidación, la

presión aplicada se reparte entre la resina y la estructura de fibras. Sin embargo,

inicialmente, la presión aplicada es soportada solamente por la resina (deformación

elástica de las fibras cero). Las fibras experimentan deformación elástica cuando la

presión de compresión aumenta y la resina fluye hacia los límites.

Se deben realizar al menos las compactaciones indicadas en el proceso de fabricación

de la pieza, pudiéndose añadir tantas como sea necesario para garantizar la correcta

adaptación de las telas.

Para llevarlas a cabo, se cubre el apilado con una bolsa de vacío temporal. El vacío de

compactación se aplica durante 10-15 minutos a temperatura ambiente. La primera

capa unida al utillaje generalmente se suele compactar y después la operación se

repite cada 3 o 5 capas dependiendo del tipo de preimpregnado y del espesor y la

forma de la pieza.

El esquema de los materiales auxiliares que componen la bolsa de vacío temporal

puede verse en la Figura 16. Se denominan materiales auxiliares a aquellos que se

33 Estado del arte

emplean en la fabricación de la pieza pero que no permanecen incorporados en la

misma.

Figura 16 Esquema de la bolsa de vacío temporal

Se muestra a continuación la finalidad de cada uno de los consumibles empleados

extraída de “Hexply® Prepreg Technology” [Ref.3].

Agente desmoldeante: permite la separación del componente curado del útil.

Película separadora: Puede ser ligeramente porosa (perforada o

microperforada) y se interpone para permitir la separación de la pieza que se

fabrica del resto de materiales auxiliares.

Tejido aireador: su función es crear una presión uniforme a lo largo de toda la

pieza y colaborar en la eliminación de aire y volátiles de todo el conjunto.

Tejido aireador de contorno: tejido de fibra de vidrio para facilitar la eliminación

de volátiles durante la polimerización de piezas de material compuesto.

Película de bolsa de vacío: suele ser una película de poliamida expandible o

bien un elastómero reutilizable. Esta capa se sella en todas partes del apilado

preimpregnado usando pasta sellante. Si el útil es poroso es posible incluir el

molde completo dentro de la bolsa de vacío.

Pasta de sellado: es un material gomoso de espesor 0.5 a 1 pulgada que pega

ambos, el molde y el material de embolsado.

2.5.5 Preparación de bolsa de vacío

Una vez finalizado el apilado de las capas que constituyen el componente a fabricar,

ha de prepararse la bolsa de vacío para su curado en autoclave. Dicha bolsa presenta

una estructura muy similar a la de la bolsa de compactación. La principal diferencia

34 Estado del arte

radica en los auxiliares empleados, los cuales deben ser capaces de soportar las

elevadas temperaturas del curado.

Su construcción debe realizarse asegurando que soporte la mínima presión lateral

durante el ciclo de curado ya que este tipo de tensión podría traer consigo un

aplastamiento del núcleo, debido a que las estructuras tipo sándwich tan solo pueden

absorber pequeñas fuerzas en el plano durante el curado.

La Figura 17 muestra el esquema más frecuente de bolsa de vacío para curado en

autoclave de una pieza sándwich.

Figura 17 Bolsa de vacío para curado en autoclave de una pieza sándwich genérica

Una boquilla se inserta en el interior de la bolsa y se conecta a una manguera para

hacer el vacío dentro de la bolsa. Toda una gama de materiales y accesorios de vacío

resistentes al calor son necesarios para aplicar vacío a la bolsa. Las imágenes e

información relativa a los mismos fue obtenida de “Accesorios para laminar con bolsas

de vacío” [Ref.6]

Conectores de vacío: generalmente, el enchufe macho se conecta a la parte

superior de la toma de vacío (Figura 18 A). El conector hembra está enchufado

al tubo de vacío (Figura 18 B y C). Una vez realizada la conexión, es posible

sacar el vacío. Las válvulas se pueden desconectar fácilmente y rápidamente

sin pérdida de vacío antes del curado de la pieza. Esto permite el traslado de la

pieza a fin de conectarla de nuevo al sistema de vacío del autoclave. Ambos

enchufes rápidos anti retorno hembra y macho son equipados de juntas Viton

de alta temperatura (Figura 18 D).

Figura 18 Conectores de vacío

35 Estado del arte

Tomas de vacío: La toma de vacío (Figura 19) en dos partes se coloca en la

bolsa de vacío y proporciona una vía de extracción de aire una vez que la bolsa

ha sido sellada. La rosca macho de la parte superior de la unidad tiene filo para

poder realizar un orificio limpio en la bolsa de vacío. La parte superior se

inserta y se ajusta en el orificio de la base de la unidad. Esto automáticamente

corta un orificio en la bolsa. El disco de bolsa resultante se puede extraer

desenroscando la unidad antes de reposicionar y ajustar nuevamente las dos

partes. Una junta de silicona garantiza que se logre un excelente sellado. Es

esencial que la bolsa esté bien sellada y que no existan vías de fuga.

Figura 19 Toma de vacío

Tubo de vacío: se trata de tubos de silicona de gran resistencia para altas

aplicaciones como el que aparece en la Figura 20. Incluyen un resorte interno

de refuerzo para evitar que el tubo se aplaste con las elevadas presiones del

autoclave. El tubo de vacío está conectado a la toma de vacío, lo que permite

sacar el aire. Si es necesario mover la pieza, es posible desconectar el tubo

fácil y rápidamente. Para liberar el vacío, se presiona el acople de retención del

racor macho, conectado a la toma.

Figura 20 Tubo de vacío conectado a la toma de vacío

36 Estado del arte

Vacuómetro: es indispensable verificar el nivel de vacío una vez que se haya

aplicado y se haya evacuado todo el aire de la bolsa. Esto es posible mediante

el uso de un vacuómetro. El tubo de vacío se desconecta y se reemplaza por el

vacuómetro, que también cuenta con un enchufe rápido hembra (Figura 21 ). Si

la aguja indicadora del vacuómetro baja, hay una fuga en alguna parte de la

bolsa, la cual deberá sellarse. Las áreas que se deben verificar son la

estanqueidad de la fijación de la toma de vacío o las posibles fugas entre la

masilla de cierre y la bolsa de vacío. Si las fugas no se tratan correctamente, la

calidad del producto terminado puede verse seriamente comprometida

Figura 21 Vacuómetro

2.5.6 Curado en autoclave

Se trata de un proceso de curado de materiales que usa temperaturas relativamente

altas y alta presión en el interior de un horno autoclave.

Un autoclave, del mismo modo que un recipiente a presión, puede mantener la presión

y la temperatura deseadas dentro de su cámara para el procesado del compuesto. Por

lo general es capaz de soportar hasta 300 psi (2MPa) de presión interna y unas

temperaturas extremas de hasta 370ºC.

La aplicación del vacío, presión, velocidad de calentamiento y temperatura de curado

están controladas. Se requiere que los ciclos de curado sean largos ya que el gran

tamaño del autoclave conlleva un alto tiempo tanto para su calentamiento como para

su enfriamiento. Debido a las altas temperaturas que se dan en su interior durante el

curado, la atmósfera dentro del autoclave se purga de oxígeno utilizando un gas inerte

como por ejemplo el nitrógeno para desplazar al oxígeno y así prevenir la combustión

térmica o a carbonización de los materiales que se están curando.

Este proceso se utiliza para la fabricación de componentes estructurales de la más alta

calidad con un alto contenido en fibra y un bajo contenido en poros. Tras el apilado,

compactación y embolsado, el utillaje se sitúa en el interior de un horno autoclave para

conseguir el curado y solidificación de la pieza, tal como puede verse en la Figura 22 y

Figura 23. La solidificación de los preimpregnados termoestables es un proceso que

37 Estado del arte

puede durar más de 120 minutos durante los cuales, bien el vacío o bien la presión

deben mantenerse.

Los procesos de consolidación y curado son necesarios a la hora de asegurar que

las capas o secciones individuales de una pieza de material compuesto se unen

adecuadamente entre sí y que la matriz permanece intacta y capaz de mantener el

posicionamiento del refuerzo de fibras que será el encargado de soportar las cargas

que se apliquen sobre la pieza. Estos procesos se encuentran entre los más sensibles

a la hora de perfeccionar el procesado del material.

Cuando una pieza fabricada de material compuesto termoestable se está formando

durante el curado, el material se encuentra bajo un extensivo cambio químico y

morfológico. Existen numerosos factores interviniendo de forma simultánea. Algunos

de ellos pueden controlarse directamente, otros indirectamente y algunos de ellos

interactúan. Así pues, por ejemplo la evolución de los huecos o el desplazamiento del

refuerzo de fibras durante el flujo de la matriz pueden suponer grandes cambios en

las propiedades del material compuesto curado.

Figura 22 Pieza embolsada al vacío y preparada para introducirse en autoclave

Figura 23 Esquema de autoclave

38 Estado del arte

2.5.6.1 Ciclo de curado

Un correcto desarrollo del ciclo de curado al que se someten permite producir de

manera fiable paneles sándwich de buena calidad. Para construcciones sándwich

cocuradas algunas de las principales consideraciones a tener en cuenta son el

transporte de volátiles, la evacuación del núcleo y/o presurización, los perfiles de

viscosidad del adhesivo y de la resina del preimpregnado y la compatibilidad de la

estructura monolítica cocurada con la estructura sándwich.

Los materiales de revestimiento que se cocuran con el núcleo “honeycomb” tienen un

sistema de resina de ‘bajo flujo’ para evitar que ésta se introduzca en el interior de las

paredes de las celdillas del núcleo. Asimismo debe seleccionarse un adhesivo que

permita una adecuada unión al núcleo. En una estructura cocurada, la compatibilidad

de la resina del preimpregnado con el adhesivo empleado debe estar comprobada.

El ciclo de curado depende del tipo de resina y del espesor y de la geometría de la

pieza. Cuanto más bajo sea el tiempo de solidificación requerido por el material, más

alta será la tasa de producción alcanzable en el proceso. Los materiales compuestos

termoestables por lo general están procesados a menos de 100 psig y su rango de

temperaturas va desde los 120ºC hasta los 200ºC.

Un ejemplo de un ciclo de curado típico puede verse en la Figura 24 donde se

representan las distintas gráficas definidas para los parámetros de temperatura,

presión y vacío respectivamente.

Figura 24 Ejemplo curvas de temperatura, presión y vacío de un ciclo de curado en autoclave

39 Estado del arte

La velocidad de calentamiento escogida influye en la viscosidad de la matriz, el flujo, la

velocidad de reacción y la calidad superficial. La mayoría de los prepregs pueden

procesarse en un rango de velocidades de calentamiento. Por lo general, para

componentes de bajo espesor se emplean velocidades de calentamiento elevadas y

para componentes gruesos y de mayor tamaño se imponen velocidades de

calentamiento más lentas. La tasa de calentamiento seleccionada suele evitar que

aparezcan grandes diferencias de temperatura entre el componente, el útil y la fuente

de calor.

Cuando se trata de componentes de gran tamaño una etapa intermedia denominada

de residencia o “dwell” puede introducirse dentro del ciclo de curado. Su objeto es

garantizar una distribución uniforme de temperatura a través del útil y el compuesto.

Un buen control de la temperatura proporcionará un mejor y más consistente flujo de

resina durante el curado

Los paneles sándwich cuyas pieles están elaboradas a partir de materiales

preimpregnados termoestables, concretamente resina epoxy, dependiendo de la

temperatura de servicio requerida, se curan en ciclos industriales de 120º y 180ºC. Las

características y usos principales de estos paneles en función del ciclo de curado

asociado se presentan en la Tabla 3 correspondiente a “Hexply® Prepreg Technology”

[Ref.3].

Tabla 3 Temperaturas de servicio, uso y propiedades de las resinas epoxy

TIPO TEMPERATURA DE SERVICIO MÁXIMA

CARACTERÍSTICAS USO

120ºC 100ºC

Resinas epoxy de elevada resistencia que exhiben buenas propiedades de adhesión al núcleo

aeroespacial, deporte, ocio, naval, automovilística, trenes, transporte, energía eólica

180ºC 130ºC-155ºC

Resinas epoxy de elevada resistencia que buscan las máximas propiedades de fluidez en caliente.

aeroespacial, militar

Cada preimpregnado tiene un tiempo de curado recomendado. Se puede decir que el

curado comienza cuando el termopar frío (el más rezagado) alcanza la mínima

temperatura de curado. Un tiempo de curado mayor que el recomendado a la

temperatura de curado por lo general no tienen efectos adversos en la calidad del

componente.

Las estructuras tipo sándwich se fabrican típicamente a bajas presiones. Se debe

evitar tener presiones excesivas que pudieran conducir a un desplazamiento del

núcleo o finalmente al colapso del mismo, ya que estas estructuras pueden soportar

muy bajas cargas en su plano.

El vacío se utiliza para proporcionar presión de consolidación para el curado. Una

práctica común en los ciclos de curado en autoclave es reducir el vacío aplicado a un

40 Estado del arte

nivel inferior una vez se aplica la presión. Este es un método muy efectivo a la hora de

detectar fugas de vacío durante el ciclo.

El enfriamiento debe hacerse de forma controlada para evitar un repentino descenso

de temperatura que podría introducir tensiones térmicas en el componente. O bien la

presión o bien el vacío deben mantenerse a lo largo del periodo de enfriamiento.

2.5.6.2 Termopares

Un termopar (ver Figura 25) es un sensor de temperatura que consiste en dos

conductores metálicos diferentes, unidos en un extremo, denominado junta caliente

suministrando una señal de tensión eléctrica que depende directamente de la

temperatura; este sensor puede ser conectado a un instrumento de medición de F.e.m

(fuerza electro motriz) o sea un milivoltímetro o potenciómetro.

Un termopar no mide temperaturas absolutas, sino la diferencia de temperatura entre

el extremo caliente y el extremo frío. Este efecto termoeléctrico hace posible la

medición de temperatura mediante un termopar.

Figura 25 Tipos de termopares

El autoclave, el utillaje y el componente deben alcanzar y permanecer por encima de

la mínima temperatura de curado durante el tiempo de curado. Los termopares

empleados para controlar la temperatura deben colocarse cuidadosamente para

asegurar que se recibe información del sistema completo y asegurar que se está

operando a la temperatura de curado con una tolerancia de ± 5ºC. La distribución de

los termopares debe realizarse de forma homogénea para así conocer las

temperaturas máxima y mínima alcanzadas en la pieza.

Las piezas con un área igual o inferior a 2 m2 se deben controlar con un mínimo de

dos termopares. Si tienen un área superior a 2 m2, serán controladas con un mínimo

de un termopar por casa metro cuadrado o fracción adicional hasta alcanzar un

máximo de 15 termopares.

La disposición, distribución y número de termopares necesarios se debe definir según

el resultado del perfil térmico de la pieza. En el caso de que la pieza no requiera perfil

41 Estado del arte

térmico, los termopares deben distribuirse uniformemente y entre telas en las zonas

sobrantes de la pieza dentro de la bolsa de vacío.

2.5.6.3 Tomas de vacío

Por cada metro cuadrado o fracción de pieza o probeta deberán utilizarse al menos

dos tomas de vacío posicionadas diagonalmente y en los extremos opuestos de la

bolsa. Una de ellas se utiliza como fuente de vacío y la otra como toma de registro o

control.

La estanqueidad de las mangueras de vacío y accesorios de conexión debe revisarse

periódicamente de forma que se garantice su perfecto funcionamiento.

2.5.6.4 Paneles de control de procesos

Las probetas de control de proceso se realizan en función de la madurez, fiabilidad y

experiencia en el proceso de fabricación utilizado. Por lo general la necesidad o no de

incluir estos paneles y su aplicabilidad (por carga de autoclave o por pieza)

corresponde a Ingeniería de Fabricación, así como los ensayos a realizar en los

mismos tal y como se indica en “MIL Handbook 17. Volume 3” Process Control [Ref.7].

Estos paneles de ensayo de control se fabrican utilizando materiales representativos

del elemento (en el caso de que se requieran probetas por piezas) acompañando en

todo momento desde el “lay-up” hasta el curado final de las piezas que representan.

En la fabricación de los paneles de control se utiliza un solo tipo de material

preimpregnado (cinta o tejido) y adhesivo del lote de material predominante en la

construcción de las piezas. Deben curarse en la misma bolsa de vacío que las piezas

que representan y si esto no fuera posible, al menos las bolsas deberán estar

comunicadas mediante válvulas y conducciones adecuadas. En el caso de que los

paneles de control fuesen por carga de autoclave no es obligatorio que las bolsas de

los paneles y las piezas vayan comunicadas.

2.5.7 Desmoldeo

En caso de ser aplicable, antes del proceso de desmoldeo se darán los taladros de

coordinación para las operaciones de recanteado.

Tras la finalización del ciclo de curado, las piezas no han de desmontarse del útil hasta

que alcancen una temperatura ≤ 60ºC. Al retirar el conjunto del útil de polimerización

se ha de tener cuidado de no dañar la pieza o el útil.

Durante esta operación, se retiran asimismo los paneles de control de proceso y se

identifican con la pieza que representan o con el ciclo de curado (cuando se trate de

probetas por carga de autoclave).

42 Estado del arte

2.5.8 Mecanizado

Las necesidades de mecanizado de los materiales compuestos se centran en dos

tecnologías clave de acuerdo a “El composite como material a mecanizar” [Ref.8]:

1. Recanteado:

Las piezas de material compuesto se fabrican con la forma lo más aproximada

posible a su forma neta. Sin embargo, es imposible fabricar una pieza con la

morfología final deseada por varios factores. Por una parte, la incorporación de

creces de mecanizado permite conseguir un espesor uniforme en todos los

bordes de la pieza. Si las piezas se fabricasen sin creces, a medida que se

realizase el apilado, las capas colocadas aunque tuvieran idénticas

dimensiones, no terminarían en el mismo borde o límite por la curvatura

introducida por el espesor de las telas previamente colocadas. Además, las

acumulaciones de resina de los materiales preimpregnados que aparecen en

los bordes de la pieza a consecuencia del flujo de la misma durante el curado

hacen que sea necesario eliminar una zona de exceso o sobre espesor a lo

largo de todo el perímetro de la pieza.

El recanteado es por tanto la operación de mecanizado más destacada y

consiste en el corte o desbaste para eliminar el material geométricamente

sobrante de los bordes de la pieza curada conocido como creces. El corte de

los composites puede originar delaminaciones en estos bordes.

2. Taladrado:

Los componentes de materiales compuestos requieren su unión al resto de

componentes de la estructura, ya sean metales o materiales compuestos.

Teniendo en cuenta que la soldadura está todavía en un estado incipiente y el

adhesivo es complejo (e impide el desmontaje) la unión mecánica de

componentes mediante el remachado es, con diferencia, la tecnología más

utilizada. Para ello es necesario el taladrado de las estructuras para la

colocación de los vástagos de fijación. Las especificaciones son habitualmente

diámetro, posición y geometría, así como calidad superficial obtenida.

Debido a su estructura y composición, el mecanizado de los polímeros reforzados con

fibras de carbono difiere en gran medida del mecanizado convencional de metales.

Destacan, de esta forma, la presencia de fibra altamente abrasiva que da lugar a un

notable desgaste de las herramientas, y a una resina, en general blanda, y que limita

la temperatura máxima que puede generarse durante el mecanizado. Por una parte, la

resina es cortada, mientras que la fibra puede ser cortada o fracturada. La orientación

de la fibra, además, da lugar a comportamientos distintos y, por tanto, acabados

distintos.

Los equipos de mecanizado de compuestos son similares a los empleados en el

mecanizado de metales pero con algunas modificaciones principalmente en lo

referente a las herramientas de corte y al refrigerante empleado. La presencia de fibra

43 Estado del arte

de vidrio o de carbono provoca un desgaste muy rápido de los útiles tradicionales. En

consecuencia, no se recomienda el uso de útiles de acero de corte rápido; es

preferible el uso de carburos (tungsteno aunque también cobalto, titanio o tantalio) y

los útiles de diamante son prácticamente esenciales para las producciones y

laminados de gran volumen con contenidos elevados de fibra.

En términos de vida de la herramienta, las de carburo son superiores especialmente si

se usan grados de carburos de fino tamaño de grano. Sin embargo, el coste de la

herramienta es considerablemente más alto. Las herramientas de diamante

policristalino (PCD) se emplean extensivamente en el mecanizado de composites

reforzados de carbono y de vidrio debido a su alta resistencia al desgaste.

Se obtienen mediante la deposición de múltiples capas de diamante a través de la

sinterización sobre insertos metálicos de carburos. Esta sinterización requiere altas

presiones y elevadas temperaturas. Los insertos se aceran a continuación sobre el

cuerpo del útil. Esta técnica tiene un coste elevado, unas 10 veces superior a el de las

herramientas de carburo.

Una muestra de las herramientas empleadas en el mecanizado de “composites” puede

verse en la Figura 26.

Figura 26 Tipo de herramientas de corte para materiales compuestos

2.5.9 Verificaciones

Los laminados son propensos a algunos tipos de defectos a menos que sean

mecanizados y taladrados apropiadamente. Por este motivo, resulta necesario realizar

verificaciones que se hacen de acuerdo a la clase de la pieza, la cual se define en el

44 Estado del arte

conjunto de planos de la misma (a menos que se especifique lo contrario en la hoja

técnica de material compuesto).

Se ha de generar un informe de verificación dimensional donde se indique si las

principales dimensiones (espesores de laminado, posición de taladros, diámetro de los

taladros, etc.) se hayan dentro del intervalo de tolerancia para el valor nominal de

referencia establecido en el plano correspondiente.

Las especificaciones de proceso establecen algunos criterios para controlar la calidad

de los bordes cortados y los agujeros taladrados. Estos criterios establecen los límites

de aceptación o rechazo para defectos frecuentes detectables visualmente tales como:

astillado, delaminación, pérdida superficial de fibras, sobrecalentamiento, acabado

superficial, agujeros fuera del eje, cráteres superficiales y rotura de fibras que

comienza en los límites del taladro. Puesto que estos defectos son de naturaleza

interna, la evaluación de su gravedad no es posible tan sólo inspeccionando

visualmente, sino que se debe respaldar por otras técnicas de inspección no

destructivas (ultrasonidos), para las cuales se establecen límites de aceptación o

rechazo de defectos internos.

2.5.10 Sellado de bordes

Consiste en la aplicación de una capa de producto aislante (por ejemplo resina epoxy)

en los bordes de mecanizado de un componente. Este proceso resulta necesario al

quedar las fibras de carbono expuestas tras las operaciones de mecanizado (no están

recubiertas por resina o adhesivo). El propósito de este proceso es prevenir la

corrosión galvánica de las piezas de material compuesto. Debe aplicarse en las piezas

fabricadas a partir de preimpregnados de fibra de carbono siempre que se espere que

aparezca un camino físico (por ejemplo un electrolito) entre la fibra de carbono

electroquímicamente activa y el material no resistente a la corrosión.

2.5.11 Inspecciones no destructivas

Se denomina ensayo no destructivo (también llamado END, o en inglés NDI de “no

destructive inspection”) a cualquier tipo de prueba practicada a un material que no

altere de forma permanente sus propiedades físicas, químicas, mecánicas o

dimensionales.

Los ensayos no destructivos implican un daño imperceptible o nulo. Los diferentes

métodos de ensayos no destructivos se basan en la aplicación de fenómenos físicos

tales como ondas electromagnéticas, acústicas, elásticas, emisión de partículas sub-

atómicas, capilaridad, absorción y cualquier tipo de prueba que no implique un daño

considerable a la muestra examinada. No ofrecen una gran cantidad de información

comparados con los ensayos destructivos, sin embargo tiene la ventaja, como su

nombre indica, de no destruir lo ensayado, lo que hace que sean más baratos. [Ref.9]

El grado de inspección no destructiva depende de si las piezas pertenecen a la

estructura primaria, estructura secundaria o de seguridad en vuelo, o a la estructura de

no seguridad en vuelo. El tipo o clase de pieza se define habitualmente en el plano de

45 Estado del arte

la pieza. Este también hace referencia a la especificación de proceso que define los

ensayos no destructivos y los criterios de aceptación y/o rechazo. Los ensayos no

destructivos se usan para encontrar defectos y daños como huecos, delaminaciones,

inclusiones y micro grietas en la matriz.

Las técnicas de inspección no destructiva comúnmente empleadas en la producción

incluyen visual, ultrasónica y rayos-X. Otros métodos como los infrarrojos, holográficos

y la inspección acústica se encuentran en desarrollo y podrían ser usados en

aplicaciones futuras.

2.5.11.1 Inspección visual

La inspección visual es una técnica de inspección no destructiva que implica

comprobaciones para asegurar que la pieza cumple los requerimientos del plano y

para evaluar la superficie y la apariencia de la pieza. Esta inspección incluye

examinación de burbujas, depresiones, inclusiones de material, distorsiones en las

capas, arrugas, rugosidad superficial y porosidad superficial. Los criterios de

aceptación y/o rechazo para estos defectos vienen dados en la especificación del

proceso de fabricación.

2.5.11.2 Prueba de estanqueidad

Todos los elementos sándwich fabricados deben someterse a un ensayo o prueba de

estanqueidad para comprobar la ausencia de fugas en los mismos. Información de

interés referente a este procedimiento de inspección se encuentra en la [Ref.10]

“Detection and characterization of water ingress in honeycomb structures…”

El ensayo de estanqueidad tiene por objeto la detección de zonas de elementos o

estructuras sándwich insuficientemente selladas o estancas. La entrada de líquidos en

el interior de un elemento o estructura sándwich puede producir daños en servicio

tales como delaminaciones, desencolados, absorción de agua, etc.

La prueba consiste en introducir brevemente el elemento o estructura en un tanque de

agua limpia y caliente, de forma que este no flote. Los posibles defectos de falta de

estanqueidad quedan evidenciados por la aparición de aire, cuando en el ensayo se

detectan burbujas, la zona se marca y la pieza se saca del agua inmediatamente.

La duración adecuada de la inspección se determina teniendo en cuenta el material y

el espesor del revestimiento de la pieza (independientemente de la altura y tipo de

núcleo “honeycomb” empleado). En ningún caso debe sobrepasar los 120 segundos.

Esta prueba de estanqueidad deberá realizarse siempre antes que la inspección por

ultrasonidos.

2.5.11.3 Inspección ultrasónica

La técnica más ampliamente utilizada para la inspección de composites es la

inspección ultrasónica por transmisión (C-Scan) seguida de una inspección ultrasónica

46 Estado del arte

pulso eco. Estos métodos se presentan brevemente en base a la información aportada

en la [Ref.11] “Inspección por ultrasonidos”. Algunos de los equipos usualmente

empleados se muestran en la Figura 27.

Figura 27 Equipos para inspección ultrasónica de componentes aeronáuticos

La inspección ultrasónica por transmisión involucra sólo la medición de la atenuación o

disminución de señal. El mapeo C-Scan es una representación bidimensional de datos

que se muestran como una vista en planta de una pieza de ensayo donde el color

representa la amplitud o profundidad de la señal en cada punto de la pieza de ensayo

asignada a su posición.

El método de inspección ultrasónica por pulso eco involucra la detección de ecos

producidos cuando un pulso ultrasónico es reflejado por una discontinuidad o una

interface en una pieza de trabajo. Se utiliza para detectar la localización de defectos y

para medir espesores.

Los principales defectos evaluados por ultrasonidos son porosidad, huecos internos y

delaminaciones. Las distintas disposiciones que suelen darse a las piezas son: (1)

aceptable como está, (2) sujeta a trabajos adicionales o reparaciones para su

aceptación, o (3) desechada cuando los defectos hallados se encuentran fuera de los

límites permitidos.

2.5.12 Pintura

El proceso completo de acabado consiste en las siguientes etapas de operación tal y

como viene definido en el ASM Handbook.Volume 21. Composites [Ref.12].

1. Preparación superficial: de forma más general, la adherencia de la pintura al

sustrato se cumple gracias al anclaje mecánico o fisico-químico. Como

consecuencia estas dos etapas son obligatorias en cualquier preparación

superficial:

Limpieza: para eliminar cualquier contaminación de las áreas a pintar.

47 Estado del arte

Activación (con lijado, anodizado u otro) para eliminar contaminaciones

incrustadas y para dar una superficie definida que asegure la adherencia de la

pintura.

2. Operaciones de pintura: se debe aplicar la capa de pintura de tal forma que haya

una película cerrada con un espesor de capa ampliamente uniforme. Este

resultado puede que se consiga con una o varias pasadas. El sistema de pinturas

que es recomendable aplicar en el caso de un material compuesto termoestable

consiste en una capa de imprimación (tapaporos) y otra de acabado

3. Secado: las propiedades de secado (temperatura y tiempo) aparecen indicadas en

la ficha técnica de la pintura correspondiente. A menos que se indique lo contrario,

el secado debe realizarse a temperatura ambiente. En caso de aplicar un secado

forzado, se debe asegurar que los componentes y materiales son capaces de

soportar la temperatura aplicada.

4. Comprobaciones de terminación y calidad: después del secado, el recubrimiento

debe ser uniforme y consistente en color.

2.5.13 Verificación final e identificación

Una de las operaciones finales que se ejecutan consiste en pesar el elemento y

registrar el valor obtenido en su correspondiente orden de producción. Asimismo se

verifica visualmente que la pieza no ha sufrido delaminaciones ni otros daños, se

identifica, embala y almacena.

2.6 Alternativa de fabricación. Materiales autoadhesivos

Como ya se ha sido comentado en apartados previos, los paneles sándwich de núcleo

“honeycomb” son utilizados en muchas aplicaciones en las cuales la rigidez y la

resistencia estructural del panel son los factores principales. Además, estos paneles

se emplean mucho en la industria aeroespacial en la cual el peso del panel tiene

fundamental importancia. En consecuencia, ha existido y sigue existiendo un esfuerzo

conjunto para reducir el peso de estos paneles sin sacrificar la resistencia estructural.

Uno de los frentes de investigación para reducir el peso es la eliminación de las capas

adhesivas individuales que realizan la función de unir los revestimientos o pieles al

núcleo “honeycomb”. Consideremos un panel cuya superficie de núcleo es de 1 m2 lo

que supondría la incorporación de dos capas de adhesivo en película de 1 m2 de

superficie, lo que haría un total de 2 m2 de adhesivo film para unir el núcleo a los

revestimientos. Considerando un adhesivo de este tipo empleado en aplicaciones

aeronáuticas como es el Hysol EA 9695 .05, su masa por unidad de área depende del

grado pero en el caso más restrictivo es de unos 250 g/m2 por lo que su eliminación

equivaldría a un ahorro de 500 g de peso en un panel de estas características lo que

en este supone un ahorro de peso considerable.

La eliminación de las capas adhesivas se consigue con la incorporación de materiales

preimpregnados autoadhesivos en la fabricación de los revestimientos tal y como se

48 Estado del arte

muestra en la Figura 28. En este caso en que el prepreg y núcleo se unen sin

necesidad de emplear adhesivo, la resina del preimpregnado debe cumplir con el

doble requisito de ser adecuada para impregnar a la fibra y garantizar la unión de

capas de carbono entre sí mientras que además proporciona una adhesión adecuada

al núcleo. En un prepreg autoadhesivo, se añaden partículas a la matriz de resina que

impregna a las fibras del prepreg con el fin de modificar propiedades de la misma tales

como la viscosidad durante el curado.

Figura 28 Panel sándwich fabricado con prepreg autoadhesivo

La eliminación del adhesivo no sólo supone un ahorro de peso sino también de costes

asociados al material, su precio, ensayos de recepción, costes de almacenamiento…

Otra de las consecuencias derivadas es la reducción en los tiempos de fabricación

necesarios ya que se trata de dos capas menos de material que cortar y colocar dentro

de la secuencia de apilado definida para la pieza. Así como tampoco resulta necesario

considerar el tiempo necesario para el atemperamiento del adhesivo.

Una ventaja derivada es la reducción de posibles problemas de compatibilidad de

materiales ya que se requiere que el adhesivo utilizado sea compatible tanto con los

preimpregnados utilizados como con el núcleo.

A día de hoy, la planta de fabricación de estructuras aeronáuticas en la cual se

desarrolla este Proyecto de investigación, ha implementado el uso de este tipo de

materiales autoadhesivos de fibra de carbono y resina epoxy para los paneles

fabricados en ciclos de baja temperatura (120ºC); sin embargo, aún no dispone de un

material certificado equivalente para los paneles de curado en ciclos de alta

temperatura (180ºC).

Tres alternativas de prepregs autoadhesivos de fibra de carbono y resina epoxy

pertenecientes a tres proveedores distintos de materiales compuestos han sido

propuestos por el cliente con el objetivo de comprobar si su utilización sería posible

dentro del proceso de fabricación actual de la planta, es decir siguiendo la misma ruta

49 Estado del arte

de fabricación, manteniendo el ciclo de curado con los parámetros tal y como están

actualmente definidos, empleando los mismos materiales auxiliares, etc. En definitiva

simplemente cambiando el material de serie actual por el alternativo.

Dado que se trata de tres materiales de los que no se tienen datos de su

comportamiento en fabricación ni evidencias de calidad de las piezas fabricadas, se ha

optado por lanzar una campaña de fabricación y ensayo de varios paneles de la “Belly

Fairing” representativos de la producción.

En el siguiente Capítulo se presentarán tanto los paneles a fabricar como los

materiales que se emplearon en su elaboración, prestando especial atención a las

características de los tres materiales preimpregnados autoadhesivos alternativos, y

finalmente la matriz de ensayos de calificación que permitirán extraer conclusiones

acerca de cuál de las alternativas resulta más viable a la hora de adaptarla dentro del

ritmo de producción actual.

50 Estado del arte

51 Metodología de calificación


El objetivo de este Capítulo es el de presentar cuál fue el procedimiento seguido a la

hora de determinar de las tres alternativas de material preimpregnado autoadhesivo

cuál resulta más conveniente como sustituta del material de serie actualmente

empleado.

Se comienza por identificar de toda la producción actual de la planta cúales fueron los

paneles escogidos como representativos y presentar tanto su morfología como su

composición. A continuación, se detallan todos los materiales que fueron empleados

en la fabricación de los mismos, haciendo especial hincapié tanto en las principales

características como en las condiciones de procesamiento de los nuevos materiales

preimpregnados. Por último se presentan los ensayos e inspecciones que se

definieron y realizaron sobre los paneles una vez concluida su fabricación así como la

información que se obtuvo en cada uno de ellos.

3.1 Paneles de ensayo

Tal y como ya se avanzó anteriormente, se seleccionaron dos tipos de paneles, ambos

pertenecientes al carenado ventral de un avión comercial y fabricados en ciclos de

curado de alta temperatura. Estos paneles se denominan en base a la mayor o menor

complejidad de su morfología como paneles simples y paneles complejos.

3.1.1 Panel simple

La Figura 29 muestra el primero de estos paneles. Se trata de una estructura cocurada

tipo sánwich de un solo núcleo motivo por el cual se denomina panel simple.

Figura 29 Panel simple


Consta de dos zonas, la zona de pista que comprende el laminado situado en todo el

contorno del núcleo “honeycomb” y la zona de sándwich propiamente dicha,

denominada zona de núcleo tal y como puede verse en la Figura 30.

Figura 30 Zonas panel simple

Las dimensiones aproximadas de este panel son 1 m x 0.5 m (0.5 m2).

La Tabla 4 recoge la secuencia de apilado de las telas que constituyen el panel, tanto

para el que actualmente se fabrica en serie como para los fabricados a partir de las

tres alternativas de preimpregnado autoadhesivo y que posteriormente fueron

ensayados.

Como puede verse en la Tabla 4, en ambas configuraciones se incorpora al laminado

de fibra de carbono y resina epoxy por cara útil protección contra rayos en forma de

malla de bronce también preimpregnada en resina epoxy, junto con una capa de

adhesivo superficial para mejorar el acabado superficial y proteger la malla. Más

información acerca de estos componentes y su finalidad será analizada más adelante

en el apartado de materiales. En cuanto a los refuerzos de fibra de vidrio, se

eliminaron de la configuración fabricada a modo de simplificarla. Finalmente la cara

bolsa de los paneles se recubrió de una capa protectora de Tedlar®.


Tabla 4 Secuencia teórica de telas paneles simples

CAPA

CONFIGURACIÓN ACTUAL CONFIGURACIÓN FABRICADA

PANEL SIMPLE I PANEL SIMPLE II PANEL SIMPLE III

Cara útil ZONA 1 ZONA 2 ZONA 1 ZONA 2 ZONA 1 ZONA 2 ZONA 1 ZONA 2

1 Adhesivo Film Adhesivo Film Adhesivo Film Adhesivo Film

2 Malla de bronce Malla de bronce Malla de bronce Malla de bronce

3 Prepreg carbono/epoxy Material I Material II Material III

4 Prepreg

carbono/epoxy - Material I - Material II - Material III -

5 Prepreg



7 - Adhesivo Film N/A N/A N/A

8 - Núcleo

“honeycomb” -

Núcleo “honeycomb”

- Núcleo

“honeycomb” -


9 - Adhesivo Film N/A N/A N/A

10 Prepreg


11 Prepreg


12 Prepreg



14 Prepreg


15 Prepreg



17 Prepreg

vidrio/epoxy - N/A N/A N/A

Cara bolsa 18 Tedlar ® Tedlar ® Tedlar ® Tedlar ®


3.1.2 Panel complejo

La Figura 31 representa el segundo de los paneles seleccionados, llamado panel

complejo. De nuevo se trata de una estructura cocurada tipo sándwich que se

denomina complejo puesto que consta de tres núcleos y su morfología resulta más

complicada que la del denominado panel simple al presentar una zona de radio que

añade dificultad a la hora de adaptar las telas al molde. Por añadidura, sus

dimensiones son mucho mayores que las del panel simple con una superficie 4 veces

mayor, de unos 2.5 m2.

Figura 31 Panel complejo

Consta de seis zonas. La zona de pista, que comprende el laminado que rodea a

todos los núcleos “honeycomb”, la forman las Zonas 1 (reforzada con vidrio tal y como

puede verse en la Tabla 5 y que aparece en azul en la Figura 32), la Zona 2 o zona de

radios (en morado en la Figura 32) y el resto de laminado o Zona 3. La zona de

sándwich por su parte la componen las Zonas 4, 5 y 6. Los núcleos ““honeycomb””

correspondientes a cada una de estas zonas tienen alturas diferentes aunque están

fabricados a partir del mismo material.

Figura 32 Zonas Panel Complejo


La Tabla 5 recoge la secuencia de apilado de las telas que constituyen el panel, tanto

para el que actualmente se fabrica en la serie como para los fabricados a partir de las

tres alternativas de preimpregnado autoadhesivo. Al igual que en el caso de los

paneles simples, se incorporan malla de bronce y adhesivo superficial en toda la cara

útil. Por simplicidad, también se eliminaron los refuerzos de fibra de vidrio de la

configuración fabricada. La cara bolsa del panel se recubre con una capa protectora

de Tedlar®.

56

Metodología de calificación

Tabla 5 Secuencia teórica de telas paneles complejos: Panel Complejo I

CAPA


Cara útil

ZONA 1 ZONA 2 ZONA 3 ZONA 4 ZONA 5 ZONA 6 ZONA 1 ZONA 2 ZONA 3 ZONA 4 ZONA 5 ZONA 6

1 Adhesivo Film Adhesivo Film

2 Malla de bronce Malla de bronce

3 Prepreg carbono/epoxy Material I

4 Prepreg

carbono/epoxy Prepreg


carbono/epoxy - - - Material I Material I Material I - -

5 Prepreg



carbono/epoxy - - - Material I Material I Material I - -


7 - - - Adhesivo

Film - - N/A

8 - - - - Adhesivo

Film - N/A

9 - - - - - Adhesivo

Film N/A

Core 1 - - - Núcleo

“honeycomb” - - - - -


- -

Core 2 - - - - Núcleo



-

Core 3 - - - - - Núcleo



10 - - - Adhesivo

Film - - N/A

11 - - - - Adhesivo

Film - N/A

12 - - - - - Adhesivo

Film N/A

13 Prepreg



carbono/epoxy - - - Material I Material I Material I - - -

14 Prepreg




15 Prepreg




57

Metodología de calificación

CAPA


Cara útil

ZONA 1 ZONA 2 ZONA 3 ZONA 4 ZONA 5 ZONA 6 ZONA 1 ZONA 2 ZONA 3 ZONA 4 ZONA 5 ZONA 6


17 Prepreg



carbono/epoxy - - Material I Material I Material I - - -

18 Prepreg



carbono/epoxy - - Material I Material I Material I - - -


20 Prepreg

vidrio/epoxy - - - - - N/A

Cara bolsa

21 Tedlar ® Tedlar ®

Nota: La secuencia de apilado para los paneles complejos II y III es idéntica sin más que sustituir el Material I por el II o el III según corresponda.


3.2 Paneles de control de procesos

Puesto que se trata de materiales sin calificar y cuyo proceso de fabricación es

experimental, de acuerdo a lo que se indicaba en la sección 2.5.6.4., conjuntamente

con los paneles simples y complejos, se incorporaron varios paneles de control de

procesos. Dichos paneles fueron sometidos a una serie de ensayos con el fin de

evaluar el comportamiento mecánico de los materiales en estudio.

Así pues se fabricaron un total de 7 paneles de control de procesos para cada una de

las alternativas de material. El tipo de ensayo a realizar determinó la morfología con la

que el panel se fabricó. En la Tabla 6 se detalla la composición de estos paneles

además de los materiales y la configuración en la que se disponen.

La definición de los paneles de control de procesos monolíticos presentó algunos

problemas derivados de las diferencias existentes entre los espesores de capa curada

para los tres materiales propuestos (muy similares en los Materiales I y III e inferiores

en el Material II como se verá más adelante). Así pues, para los paneles de control de

procesos de cortadura interlaminar, tracción simple y compresión se estableció que

cada panel laminado se fabricase con con un número de capas diferente según el

material a fin de conseguir espesores finales similares en los tres laminados.

Tabla 6 Morfología del panel de control de procesos según el tipo de ensayo

TIPO DE ENSAYO

TIPO DE PANEL

SECUENCIA DE APILADO MATERIALES

Cortadura interlaminar

Laminado

9 ó 10 capas de material preimpregnado autoadhesivo (Material I, II o III) dispuestas con orientación 0º (ver Nota)

Tracción plana

Sándwich

Piel: 2 capas de material preimpregnado autoadhesivo (Material I, II o III) dispuestas con orientación 0º

Núcleo Papel de poliamida (12,7 mm) ó fibra de vidrio impregnada en resina fenólica (12,7 mm)



TIPO DE ENSAYO

TIPO DE PANEL

SECUENCIA DE APILADO MATERIALES

Pelado tambor

Sándwich


Núcleo Papel de poliamida (12,7 mm)


Tracción simple

Laminado


4 puntos de flexión

Laminado

2 capas de material preimpregnado autoadhesivo (Material I, II o III) dispuestas con orientación 0º

Núcleo Papel de poliamida (12,7 mm)

2 capas de material preimpregnado autoadhesivo (Material I, II o III) dispuestas con orientación 0º

Compresión Tipo B1

Laminado


Nota: 9 capas para los Materiales I y III y 10 capas en el caso del Material II

3.3 Materiales empleados

En esta sección se incluye información acerca de todos los materiales que forman

parte de las secuencias de telas de los paneles presentadas en la sección anterior

(Tabla 4 y Tabla 5). Para los materiales ya calificados, tan sólo se ha optado por incluir

una breve descripción de sus características más significativas así como de su función

dentro de la estructura, centrándose la sección en caracterizar los materiales

preimpregnados autoadhesivos de fibra de carbono y resina epoxy. Cabe indicar que

al tratarse de materiales en proceso de calificación, la información de la que aún se

dispone es limitada y no es toda la que formalmente vendría incluida en la


correspondiente especificación técnica del material. Así pues, se presentan las

condiciones de procesamiento así cómo algunas de las propiedades físicas y térmicas

suministradas por cada proveedor.

3.3.1 Materiales estructurales y funcionales

En la Tabla 7 se recopilan según su tipo y nombre comercial los materiales

estructurales y funcionales empleados en la fabricación de las estructuras sándwich

que son objeto de estudio de este Proyecto.

Tabla 7 Materiales estructurales y funcionales

MATERIAL NOMBRE COMERCIAL

Preimpregnado autoadhesivo de fibra de carbono y resina epoxy

Materiales I, II y III (en proceso de calificación)

Malla de bronce Hexply CuSn6 / 8552 RC 27

AW 80

Adhesivo en película Hysol EA 9695

Núcleos “honeycomb” de papel de poliamida ECK 4.8-32

Tedlar® TWH20BS3

Núcleos “honeycomb” de fibra de vidrio impregnada en resina fenólica

HRP - 3/16 - 4.0

Se realiza a continuación una breve descripción de sus características y funcionalidad

dentro de la estructura.

Malla de bronce: se trata de una red de bronce impregnada en resina epoxy que se

incopora en una de las caras de la estructura sándwich de material compuesto 8cara

útil) como elemento de protección contra descargas. Tal y como se expone en el

artículo “Lightning strike protection strategies for composite aircraft” [Ref.13], este tipo

de mallas metálicas son una de las soluciones más frecuentemente seleccionadas

como protección contra el impacto de rayos puesto que exhiben una alta conductividad

y un alto calor de vaporización, ambas características necesarias para soportar los

masivos niveles que se tienen en el impacto de un rayo.

La mayoría de los proveedores de materiales aeorespaciales ofrecen estas mallas

metálicas embebidas en una matriz de resina tal y como es el caso de la malla

empleada en este caso, donde el contenido en resina se indica en la referencia

comercial (RC 27%) así como el peso de bronce por unidad de área (80 g/m2). El

sistema de resina que incorpora es el Hexply 8552 del fabricante Hexcel [Ref.14]

recomendado en aplicaciones estructurales que requieren elevada resistencia, rigidez

y tolerancia al daño.


Figura 33 Malla de bronce preimpregnada Hexply CuSn6 RC27 AW 80

Adhesivo en película (‘film’): Este material tiene como finalidad proporcionar

protección a la malla de bronce frente a fallos mecánicos así como mejorar la calidad

superficial de la cara útil de los paneles de cara a la preparación superficial posterior y

la aplicación de pintura. De acuerdo con lo especificado en su Ficha Técnica [Ref.15]

correspondiente, el material Hysol EA 9695 empleado es un adhesivo de base epoxy

con una excelente resistencia ambiental adecuado para la unión de estructuras de

material compuesto tanto en procesos de cocurado como en coencolado. Su baja

fluidez minimiza la posibilidad de que se entremezcle con la resina del preimpregnado.

Núcleos “honeycomb” o nido de abeja: los núcleos empleados son núcleos ECK

[Ref.16] del proveedor Eurocomposites. Se trata de materiales estructurales no

metálicos y de bajo peso usados fundamentalmente como núcleos en construcciones

tipo sándwich. En su producción, las fibras de para-aramida se recubren de resina

fenólica. Poseen una elevada relación resistencia-peso. Se trata también de materiales

eléctrica, térmica, química y corrosivamente aislantes así como resistentes al choque y

a la fatiga. Son moldeables y auto extinguibles. Estas propiedades los convierten en

materiales ideales para aplicaciones de bajo peso tales como es el caso de estos

paneles. Dentro de su nombre comercial, 4.0 hace referencia a la altura de la celdilla

mientras que 32 es la densidad en (g/cm3) del material.

Figura 34 Adhesivo en película Hysol EA9695

Figura 35 Núcleos “honeycomb” ECK 4.0-32


Tedlar ® : de acuerdo a lo indicado en el ASM Handbook. Volume 21. Composites

[Ref.17] el Tedlar ® es el nombre comercial que se da al fluoruro de polivinilo un

material polimérico que se interpone como capa impermeable en algunos materiales

compuestos. En este caso el Tedlar® empleado corresponde al fabricante Dupont™.

Las propiedades generales de este material aparecen en su correspondiente Hoja

Técnica [Ref.19]. Cabe destacar que se trata de un material suministrado en forma de

película con orientación biaxial que ofrece una excelente resistencia a los agentes

externos, propiedades mecánicas destacadas y comportamiento inerte frente a una

amplia variedad de agentes químicos, disolventes y pigmentos.

Figura 36 Tedlar ®

Núcleos de vidrio (Control de Procesos): este tipo de núcleos se ha utilizado en la

fabricación de algunos de los paneles de control de proceso con configuración

sándwich. Los núcleos HRP del fabricante Hexcel Composites [Ref. 19] son núcleos

de nido de abeja de configuración hexagonal y fabricados en fibra de vidrio reforzada

con resina fenólica resistente a altas temperaturas. Por este motivo se emplean en

aplicaciones que requieren materiales con elevadas temperaturas de servicio (hasta

175ºC). La designación HRP - 3/16 - 4.0 indica el tipo de nido de abeja (HRP), el

tamaño de las celdillas en pulgadas (3/16) y la densidad nominal en lb/ft3 (4.0).

Figura 37 Núcleo “honeycomb” de fibra de vidrio


3.3.2 Presentación de las tres alternativas de material preimpregnado

autoadhesivo

La Tabla 8 resume las características generales de las tres alternativas de material

preimpregnado autoadhesivo que se emplean en el desarrollo de este Proyecto.

Tabla 8 Características generales

PROPIEDAD MATERIAL I, II, II

Tipo de material Tejido de fibra de carbono/resina epoxy autoadhesiva

Formulación Fibra: módulo estándar

Resina: epoxy curado 180ºC

Método de fabricación Curado en autoclave 180ºC

3.3.2.1 Condiciones de procesamiento. Ciclos de curado

Cada una de las tres alternativas de prepreg viene acompañada por un ciclo de curado

en autoclave recomendado por el fabricante donde se establecen los límites

admisibles dentro de los que habrían de mantenerse los parámetros clave del curado

como son la temperatura, el vacío y la presión. Puesto que el objetivo del presente

Proyecto es el de determinar la viabilidad de incluir los nuevos materiales

preimpregnados dentro del proceso de producción tal y como se encuentra definido en

la planta (lo que incluye el ciclo de curado de alta temperatura actualmente empleado)

el presentar los ciclos de curado propuestos por cada fabricante se hace meramente a

título informativo y servirá a la hora de establecer conclusiones sobre la influencia de

los parámetros de curado en la calidad interna de las piezas obtenidas.

En el caso del Material I el ciclo de autoclave propuesto consta de dos escalones de

curado a distintas temperaturas. Primero se aplicaría vacío a la bolsa y

posteriormente se procedería a elevar la temperatura hasta un nivel en el que se

lograse aumentar el flujo de la resina. Una vez alcanzado dicho nivel habría de

mantenerse el mismo durante un intervalo de tiempo constituyendo el primero de los

escalones de curado conocido como etapa de residencia o “dwell”. Durante esta etapa

se igualan las temperaturas del útil y de la pieza y se inicia un curado controlado de la

misma. Finalizada esta primera etapa se aumentaría la temperatura hasta el segundo

escalón el cual se acompaña de presión exterior para conseguir el curado final del

componente.

La Tabla 9 muestra los intervalos admisibles en los que deberían encontrarse los

principales parámetros de curado del material y la Figura 38 representa la curva media

propuesta para el curado.


Tabla 9 Parámetros ciclo de curado Material I

TIPO DE CURADO AUTOCLAVE

PARÁMETRO UNIDAD REQUERIMIENTO

PRIMER ESCALÓN SEGUNDO ESCALÓN

Presión Psig - 43.5

bar - 3.0

Vacío1)

mmHg 713 713

bar 0.95 0.95

Velocidad de calentamiento ºC/min 1 – 3 1 – 3

Tiempo de calentamiento Min 30 – 90 23 – 70

Tiempo de estabilización Min 55 – 65 115 – 125

Temperatura de estabilización ºC 105 – 115 175 – 185

Velocidad de enfriamiento ºC/min - 2 – 5

Tiempo de enfriamiento Min - 28 – 70

Temperatura de desmoldeo ºC - ≤ 40 1)

En el segundo escalón, se debe retirar el vacío cuando la temperatura desciende por debajo de los

40ºC

Figura 38 Ciclo de curado del Material I


Los ciclos de curado de las alternativas de Material II y III son ciclos de un solo

escalón, en ellos se omite la etapa de residencia y el calentamiento tendría lugar en

una única rampa de subida hasta alcanzar la temperatura de estabilización, se

mantendría al componente a esta temperatura durante un intervalo de tiempo y

posteriormente se haría descender su temperatura de forma gradual. En ambos casos,

el vacío se aplicaría al inicio del ciclo y se ventilaría al exterior cuando la presión

alcanzase un valor determinado. La presión por el contrario se mantendría

prácticamente durante todo el ciclo y en ambos casos durante la fase de

estabilización.

En la Figura 39 aparecen las curvas teóricas tanto para la temperatura como para la

presión y el vacío a lo largo del ciclo propuesto para el Material II y en la Tabla 10 los

límites dentro de los cuales sería recomendable que oscilasen dichos parámetros. En

este ciclo se opta por aplicar vacío a la bolsa desde el inicio, esperar un intervalo de

unos 30 minutos antes de aplicar presión y liberar el vacío cuando esta alcanzase un

determinado valor.

Tabla 10 Parámetros ciclo de curado Material II



Presión Psig 40 – 50

bar 2.7 – 3.4

Vacío1)

mmHg 500

bar 0.68

Velocidad de calentamiento ºC/min -

Tiempo de calentamiento Min 53 – 160

Tiempo de estabilización Min 120 – 180

Temperatura de estabilización ºC 175 – 185

Velocidad de enfriamiento ºC/min -

Tiempo de enfriamiento Min >60

Temperatura de desmoldeo ºC -

1) Deben aplicarse 500 mmHg (0.68 bar) durante los 30 (+5/-0) minutos previos a la aplicación de la

presión. Ventilar al exterior cuando la presión alcanza los 20 Psig (1.4 Bar)


Figura 39 Ciclo de curado del Material II

En la Figura 40 y la Tabla 11 se muestran tanto gráfica como cuantitativamente los

parámetros teóricos del ciclo del Material III.

Tabla 11 Parámetros ciclo de curado Material III



Presión Psig 49.3

bar 3.4

Vacío1)

mmHg 63

bar 0.084

Velocidad de calentamiento ºC/min 1

Tiempo de calentamiento Min 160

Tiempo de estabilización Min 120

Temperatura de estabilización ºC 180

Velocidad de enfriamiento ºC/min 2

Tiempo de enfriamiento Min 80

Temperatura de desmoldeo ºC -

1) Ventilar al exterior cuando la presión alcanza 14 Psig (0.952 Bar)


Figura 40 Ciclo de curado del Material III

3.3.2.2 Propiedades físicas de los preimpregnados frescos

Existe toda una serie de propiedades físicas de los materiales preimpregnados en

fresco, es decir, antes de ser sometidos a cualquier proceso de curado, que aparecen

incluidas en la ficha o especificación técnica correspondiente. Estas propiedades,

sirven como referencia a la hora de determinar la idoneidad del material para un

proceso de fabricación determinado y se presentan en la Tabla 12 junto con el ensayo

necesario para su determinación.

Así pues, cuando se adquiere un lote de material preimpregnado, este viene

acompañado por lo que se conoce como Certificado de Conformidad (CoC) del

fabricante. Dicho CoC es un informe en el que se reportan los resultados de los

ensayos que el fabricante realiza para determinar los valores concretos de dichas

propiedades que se tienen para el lote de material en cuestión. De este modo se

demuestra que esas propiedades se encuentran dentro de los admisibles definidos en

la especificación técnica correspondiente.


Tabla 12 Propiedades y ensayos de caracterización de materiales preimpregnados frescos

PROPIEDAD ENSAYO

Tiempo de gel El tiempo a una temperatura dada cuando la matriz progresa desde el estado líquido al sólido indicado por un rápido incremento en la viscosidad de la matriz

Viscosidad Medición de las características de fluidez de las matrices las cuales están influenciadas por la temperatura y la tasa de calentamiento.

Volátiles Pérdida de peso porcentual de material gaseoso de un especimen pesado de preimpregnado tras su exposición durante un intervalo de tiempo establecido a una temperatura determinada.

Flujo Pérdida de peso porcentual de matriz en un especimen de ensayo bajo condiciones de presión y temperatura convenidas.

Pegajosidad Medida de la capacidad de un preimpregando sin curar de adherirse a sí mismo y a las superficies de moldes

Contenido en resina

Porcentaje de resina en peso por unidad de área

Formulación Verificación de que se tiene la cantidad correcta de componentes de formulación.

Como se comentó previamente, al no tratarse de materiales calificados, no se dispone

de Ficha Técnica para ninguna de las tres alternativas de material preimpregnado. Sin

embargo, sí que se tienen los CoC de los lotes concretos empleados en la fabricación

del los paneles.

Para cada uno de los tres materiales propuestos, las Tabla 13, Tabla 14 y Tabla 15

recopilan los valores concretos de las principales propiedades físicas que se

obtuvieron en el lote de material suministrado. Tan sólo en los CoC de las alternativas

I y II aparecen intervalos de conformidad para las propiedades físicas determinadas

(futura información a aparecer en las Fichas Técnicas correspondientes) y por ello

también son incluidos en la tabla correspondiente.


Tabla 13 Propiedades físicas del material preimpregnado I

MATERIAL I MATERIAL FRESCO

PROPIEDAD UNIDADES REQUERIMIENTO RESULTADO

Peso por unidad de área del prepreg g/m2 325 - 375 351

Peso por unidad de área de la fibra g/m2 185 - 201 193

Densidad de la resina g/cm3 1.21 1.21

Densidad de la fibra g/cm3 1.79 1.79

Contenido en volátiles (180ºC) % 2.0 0.9

Contenido en resina % peso 42.5 – 47.5 45.2

Flujo de resina % 17.0 – 27.0 24,2

Pegajosidad - - Bueno

Tabla 14 Propiedades físicas del material preimpregnado II

MATERIAL II MATERIAL FRESCO


Peso por unidad de área del prepreg g/m2 325 - 375 333.06

Peso por unidad de área de la fibra g/m2 185 - 201 192.94



Contenido en volátiles (180ºC) % 1.0 0.875

Contenido en resina % peso 39.0 – 43.0 42.075

Flujo de resina % 5.0 – 30.0 19.675

Pegajosidad - - Bueno

Tabla 15 Propiedades físicas del material preimpregnado III

MATERIAL III MATERIAL FRESCO


Peso por unidad de área del prepreg g/m2 - 355.5

Peso por unidad de área de la fibra g/m2 - 199.3



Contenido en volátiles (180ºC) % - 0.2

Contenido en resina % peso 44 43.9

Flujo de resina % - 17.4

Pegajosidad - - Buena

Tal y como se extrae de las tablas anteriores, todas las propiedades ensayadas se

encuentran dentro de los intervalos definidos para las mismas por lo que la calidad de

los lotes recibidos queda asegurada.


3.3.2.3 Propiedades térmicas de los preimpregnados frescos

De acuerdo a lo indicado en el MIL Handbook 17 Volumen 1 [Ref. 20], la transición

vítrea de un material compuesto de matriz polimérica es la temperatura a la que tiene

lugar el cambio en el material de la matriz desde el estado vítreo o vidrioso hasta el

estado gomoso durante el calentamiento o desde el estado gomoso al vítreo durante

el enfriamiento. Un cambio de dos o tres órdenes de magnitud tiene lugar en la rigidez

de la matriz durante la transición vítrea debido al inicio de la pérdida de la movilidad de

largo rango de las cadenas poliméricas. La temperatura a la que sucede la transición

vítrea ocurre como función de la arquitectura molecular y densidad de

entrecruzamiento de las cadenas de polímero pero también es dependiente de la

velocidad de calentamiento usada en la medición y en la frecuencia del ensayo si una

técnica dinámico-mecánica es empleada. Además de el cambio en la rigidez, la

transición vítrea marca un cambio en la capacidad calorífica y el coeficiente de

expansión térmica del material.

Previamente a la fabricación de los paneles, se tomó una muestra correspondiente a

cada uno de los lotes de preimpregnado fresco con el fin de determinar la temperatura

de transición vítrea de los mismos y comprobar de este modo que se obtienen valores

similares a los suministrados por los proveedores.

El ensayo realizado sobre las muestras es el denominado D.S.C (siglas de “Diferential

Scanning Calorímetry” o calorimetría diferencial de barrido). Tanto la finalidad como el

procedimiento a seguir a la hora de realizar este ensayo aparecen recogidos en el MIL

Handbook 17 Volumen 1 [Ref.21]. Se trata de una técnica empleada frecuentemente

para caracterizar materiales compuestos. Consiste en monitorizar los cambios de

entalpía en los materiales en función de la temperatura de forma directa. De este

modo se obtiene información referente a la calidad de los materiales preimpregnados.

El ensayo se realiza en modo dinámico con el espécimen pesado e introducido en el

interior de una cápsula de aluminio junto con otra cápsula de aluminio vacía que se

emplea como referencia. El tamaño de espécimen medio empleado es de unos 10 mg

por lo que debe prestarse especial atención a la hora de obtener una muestra

representativa del material. Una línea de base isotermal se registra a la temperatura

más baja y a continuación se aumenta la temperatura mediante la adición de calor

𝑄(𝑊) de manera programada en el rango de interés. Se mide la tasa de evolución del

flujo de calor (dQ

dt) en función de la temperatura. Monitorizando la fracción de calor

implicada como función de la temperatura se obtiene información relativa al grado de

curado y otros parámetros de la cinética del mismo. Los principales aspectos del

procedimiento se resumen en la Tabla 16.


Tabla 16 Procedimiento calorimetría diferencial de barrido

CALORIMETRÍA DIFERENCIAL DE BARRIDO (D.S.C)

Equipo Q2000 (TA)

Espécimen Preimpregnado (10 a 30 mg) en una cápsula de aluminio

Referencia Cápsula de aluminio vacía

Velocidad de calentamiento

10ºC/min

Rango de temperaturas

Desde temperatura ambiente hasta 350ºC

Atmósfera Nitrógeno

Uso de los datos

Los datos se almacenan por ordenador y se dibuja la curva de flujo de calor vs temperatura

Calor de reacción

La rutina de calibrado y el programa de integración proporcionados por el analizador térmico se utilizan para calcular los calores de reacción de las resinas termoestables de los preimpregnados

Transición vítrea

Un dispositivo de refrigeración conectado a la celda DSC facilita las mediciones de temperatura de transición vítrea de las resinas termoestables de los preimpregnados por ejemplo a menudo es necesario iniciar el escaneo de temperatura a -50ºC o por debajo ya que estas resinas típicamente tienen valores de Tg por debajo de la temperatura ambiente.

Resultados

Tos (T onset): la temperatura de inicio de la transición (ºC)

Tp (T peak): la temperatura pico (máxima) (ºC)

H: la entalpía de reacción (J/g)

H100: la entalpía de reacción (J/g) corregida a el 100% de contenido en resina

Tg: la temperatura de transición vítrea (ºC)

Para cada material fueron dos los especímenes ensayados. A lo largo de las Tabla 17,

Tabla 18 y Tabla 19 se presentan para cada material los resultados obtenidos en

cada una de las muestras extraídas de los lotes de material fresco las cuales se han

denominado P1 y P2. Adicionalmente se incluyen los termogramas correspondientes a

P1 y P2 de cada material en los que pueden verse de forma gráfica los parámetros

anteriormente reportados.

Tabla 17 Resultados DSC Material I

PROPIEDADES Nº DE

ENSAYOS TÉCNICA UNIDADES

VALORES TEÓRICOS

RESULTADOS

P1 P2

Tos

2 DSC

ºC 178 - 185 182.73 181.66

Tp ºC 229 - 237 233.04 233.19

-H J/g Sin definir 195.40 202.30

-H100 J/g Sin definir 434.22 449.56

Tg ºC (-3) – (+5) 0.79 1.19


Figura 41 Termograma P1 Material I

Figura 42 Termograma P2 Material I

Tabla 18 Resultados DSC Material II

PROPIEDADES Nº DE


VALORES TEÓRICOS

RESULTADOS

P1 P2

Tos

2 DSC

ºC Sin definir 162.15 162.60

Tp ºC Sin definir 221.85 221.53


-H100 J/g Sin definir 349.53 379.07

Tg ºC Sin definir -0.68 -1.13


Figura 43 Termograma P1 Material II

Figura 44 Termograma P2 Material II

Tabla 19 Resultados DSC Material III

PROPIEDADES Nº DE


VALORES TEÓRICOS

RESULTADOS

P1 P2

Tos

2 DSC

ºC Sin definir 141.54 141.86

Tp ºC Sin definir 186.63 187.48


-H100 J/g Sin definir 405.91 379.09

Tg ºC Sin definir 5.92 5.95


Figura 45 Termograma P1 Material III

Figura 46 Termograma P2 Material III

3.3.3 Materiales Auxiliares

Los materiales auxiliares empleados en la elaboración de la bolsa de vacío empleada

en la fabricación de los paneles se recogen en la Tabla 20. A excepción del agente

desmoldeante, el resto de los materiales auxiliares empleados pertenecen a Airtech™,

compañía que ostenta el liderazgo mundial como fabricante y proveedor de materiales

auxiliares para la preparación de bolsas de vacío de materiales compuestos. Se trata

de los materiales auxiliares habitualmente utilizados en la planta para la fabricación de

estructuras sandwich cocuradas de alta temperatura sin excepciones siguiendo en la

línea de respetar las condiciones de fabricación actualmente implantadas.


Tabla 20 Materiales auxiliares

MATERIAL ESPECIFICACIÓN

Agente desmoldeante Loctite Frekote 700 NC

Cintas adhesivas de fijación (alta temperatura) Flashbreaker 1, 2 & 5

Película separadora Wrightlon 5200

Aireador Airweave N 10

Película de bolsa de vacío Ipplon DPT 1000

Película de bolsa de compactación Wrightlon-5400

Masilla para bolsa de vacío (alta temperatura) GS-43 MR

3.4 Matriz de ensayos

Los principales requisitos que debe cumplir un material compuesto susceptible de ser

utilizado en la fabricación de estructuras de altas prestaciones, es la reproducibilidad

de sus propiedades mecánicas finales y una tolerancia dimensional muy baja.

Los principales factores que contribuyen a aumentar la variabilidad en sus

prestaciones son principalmente la falta de uniformidad en las propiedades de los

materiales de partida (preimpregnados en nuestro caso) y en el proceso de fabricación

de los mismos, hasta su estado final de utilización.

Las propiedades de partida de los materiales preimpregnados autoadhesivos ya fueron

comprobadas en el apartado anterior del presente Capítulo. Se definen a continuación

cuáles son las inspecciones y ensayos que se realizaron sobre los paneles una vez

fabricados con objeto de:

Evaluar el proceso de fabricación a través de tres propuestas alternativas de

material autoadhesivo.

Comprobar el ahorro de peso frente a la configuración de fabricación actual .

Determinar la calidad interna de dos componentes estructurales

representativos de la producción en lo que se refiere a materiales, parámetros

clave del proceso de fabricación, utillaje y características de diseño.

Comprobar la correlación entre la calidad interna y los resultados de ensayos

no destructivos.

Demostrar que la calidad interna de los componentes fabricados cumple los

requerimientos establecidos por Ingeniería.

Cada uno de los 6 paneles (3 simples y 3 complejos) se sometió a las siguientes

comprobaciones:

Comprobación de defectos externos: inspección visual efectuada tras el

desmoldeo de las piezas

Ensayos no destructivos:


o Inspección ultrasónica

o Prueba de estanqueidad

Registro de peso: pesada de los paneles en una báscula adecuada a dicho

fin.

Comprobación dimensional: consistente en medir los espesores a lo largo de

toda la zona de pista de los paneles y comparar los valores obtenidos con los

espesores teóricos calculados para dicha zona en función de la secuencia de

materiales y sus espesores de capa curada correspondientes.

Ensayos destructivos: la Figura 47 extraída del MIL Handbook 17 Volume 3

[Ref. 22] ayuda a ilustrar la necesidad de realizar este tipo de ensayos en

piezas de composite. Por lo general, estos ensayos se usan para asegurar la

integridad estructural de un componente cuando esta no puede quedar

garantizada únicamente con las técnicas no destructivas. Incluyen la disección

de la pieza para examinar su interior y ensayos mecánicos efectuados sobre

paneles de control de procesos fabricados con ese fin.

Figura 47 Uso de los ensayos destructivos en materiales compuestos

De acuerdo a la Figura 47 existen dos categorías principales de ensayos

destructivos: la disección de la pieza completa o bien el examen de algunas de

las secciones de la misma. La elección de una u otra categoría depende del

grado de madurez del proceso de fabricación y del conocimiento disponible

sobre las peculiaridades de la producción y la calidad interna de las piezas.


Dado que el presente estudio versa sobre la evaluación de nuevos materiales

compuestos sobre los que no se dispone de información alguna referente a su

puesta en uso en la fabricación, la disección realizada sobre los paneles fue

total a fin de efectuar un examen completo de los mismos. Los ensayos

destructivos que se efectuaron aparecen recogidos en la Tabla 21. Se trata de

los ensayos típicos efectuados en la determinación de la calidad interna de

piezas de material compuesto.

El contenido en volátiles es uno de los principales indicadores de calidad

interna. Una porosidad excesiva trae consigo una reducción de las propiedades

mecánicas teóricas de la estructura así como puede llegar incluso a afectar al

aspecto visual de la misma. Unos porcentajes de fibra y resina dentro de los

límites definidos para el material implican que la fluidez del preimpregando es

la adecuada y no se generan fugas de resina en la estructura. Íntimamente

relacionado con este ensayo se encuentra la inspección macro/micrográfica ya

que permite la observación de la porosidad en caso de que exista así como de

zonas de exceso/pérdida de resina. Otras características observables son el

número y la distribución de las capas y los posibles defectos que podrían darse

en las mismas tales como arrugas, delaminaciones, etc.

La determinación de la temperatura de transición vítrea aporta información

acerca de la temperatura de servicio de los materiales.

Finalmente, el ensayo de pelado de tambor se realiza para efectuar la

caracterización mecánica del comportamiento autoadhesivo.

Tabla 21 Ensayos destructivos

TIPO DE ENSAYO PROCEDIMIENTO DATOS A RECOPILAR

Determinación del contenido en fibra, resina y huecos

Digestión de resina según EN2564

Densidad del preimpregnado

Contenido en fibra, resina y huecos por volumen

Determinación de la temperatura de transición

vítrea

DMA (Análisis dinámico-mecánico)

Temperatura de transición vítrea (Tg)

Observación macro/microscópica de secciones transversales

Imágenes macro/micrográficas

Número de capas

Porosidad

Arrugas

Ondulaciones de la fibra

Microgrietas

Delaminaciones

Inclusiones de objetos extraños

Morfología de los meniscos

Morfología de la zona de transición

Morfología de las celdillas



Ensayo de pelado de tambor Pelado de tambor según

normativa UNE EN2243-3 Carga de pelado

Resistencia al pelado

Ensayos mecánicos: se emplean para determinar el comportamiento

estructural de un material bajo diferentes configuraciones de carga. Este

conjunto de ensayos presentado en la Tabla 22 se efectuó sobre los

paneles de control de procesos fabricados con la configuración requerida

según el tipo de ensayo y las propiedades a evaluar.

Tabla 22 Ensayos mecánicos en paneles de control de procesos


Cortadura interlaminar Según normativa UNE

EN2563

Resistencia a cortadura (MPa)

Modo de fallo

Tracción plana Según AITM1-0025 Resistencia a

tracción plana (MPa)

Modo de fallo

Pelado de tambor Según normativa UNE

EN2243-3

Resistencia al pelado (MPa)

Modo de fallo

Tracción simple UNE EN2597

Resistencia a tracción (MPa)

Módulo de elasticidad (GPa)

Cuatro puntos de flexión Según AITM1-0018

Carga máxima (N)

Deflexión máxima (mm)

Modo de fallo

Compresión UNE EN2850 (Tipo B) Resistencia a

compresión (MPa)

79 Fabricación de los paneles de ensayo


Sirvan los siguientes puntos como breve resumen de los principales aspectos

asociados al proceso de fabricación de los seis paneles fabricados a partir de los

materiales preimpregnados autoadhesivos objeto de estudio del presente Proyecto.

4.1 Procesos

Las operaciones de las que consta el proceso de fabricación de un panel sandwich ya

fueron ampliamente descritas en la Sección 5 del Capítulo 2 del presente Proyecto.

Sin embargo, puesto que el tratamiento dado en la planta a los paneles empleados en

este estudio es el de ítem de ensayo, no se realizaron sobre los mismos todas las

operaciones que habitualmente compondrían la secuencia de fabricación de un panel

avionable. En la Tabla 23 a modo de resumen se enumeran todas las operaciones de

las que realmente consta la Orden de Producción de cada uno de estos paneles

adaptada a su finalidad como panel de pruebas.

Tabla 23 Operaciones paneles simples y complejos

SECUENCIA OPERACIÓN REALIZADO

1 Corte de los kits de telas. Sí

2 Limpieza/preparación de útiles Sí

3 Apilado de telas (Lay-Up) Sí

4 Bolsa de vacío Sí

5 Ciclo de autoclave Sí

6 Desmoldeo Sí

7 Recanteo y reparaciones No

8 Taladrado No

9 Avellanado No

10 Sellado de bordes No

11 Prueba de estanqueidad Sí

12 Inspección ultrasónica Sí

13 Imprimación y pintura No

14 Pesada Sí

En resumen, a partir de su desmoldeo, la ruta que siguieron estos paneles comenzó a

diferir de la que habrían seguido de haberse tratado de piezas de serie. Puesto que su

propósito final era la destrucción, se omitieronn las operaciones de acabado tales


como el recanteo, taladrado, avellanado, sellado de bordes y pintura. Si se sometieron

sin embargo a todas aquellas inspecciones que pudieran arrojan información acerca

de la calidad interna de los mismos como son la ultrasónica, la de estaqueidad y la

pesada.

Se desgranan a continuación aspectos concretos del proceso de fabricación que

resultan de interés.

4.1.1 Apilado de telas. Lay-up

La secuencia de telas teórica de los dos tipos de paneles fue presentada en el

Capítulo 3 sin embargo en la fabricación de los paneles se introdujeron algunas

variantes respecto a dicha configuración definida según plano al introducir zonas extra

con secuencias de apilado diferentes a las definidas originalmente. Resulta por tanto

necesario aclarar el número de zonas existente en cada panel así como la secuencia

final de telas en cada una de ellas. Además, a partir de los espesores de capa curada

para cada preimpregnado, se estiman los espesores teóricos en cada una de esas

zonas que fueron posteriormente empleados en las comprobaciones dimensionales de

las mismas.

Para finalizar, se comentan aspectos tanto positivos como negativos encontrados en

cada una de las alternativas de material durante el proceso de apilado de telas en lo

que a características de fabricación se refiere.

.

4.1.1.1 Secuencia de telas paneles simples

Los paneles simples se fabricaron de acuerdo a la secuencia de apilado descrita en el

apartado 3.1.1 a excepción de una zona (denominada Zona 3) perteneciente a la zona

de pista del panel (Zona 1). El objeto de definir esta zona adicional fue el de disponer

de una región de laminado en el panel cuyo apilado tan sólo constase del

preimpregnado de fibra de carbono y resina epoxy empleado. Esto resultaría de gran

utilidad a la hora de la extracción de muestras para por ejemplo los ensayos de

determinación del volumen de fibras, resina y huecos puesto que permite garantizar

una mayor fidelidad en los resultados obtenidos al no tener que eliminar de las

muestras extraídas el resto de materiales que no sean fibra de carbono

preimpregnada.

La Zona 3 se prolonga a lo largo de uno de los lados de mayor longitud del panel y

tiene un grosor de aproximadamente 30 mm.

Puesto que se trataba de una operación especial fuera del flujo normal de

instrucciones a seguir en el apilado de los paneles, la instrucción de fabricar la Zona 3

sin adhesivo, malla ni Tedlar había de incorporarse de forma manual a la Orden de

Producción de cada panel. No fue así en el caso del Panel Simple III y por lo tanto en

este panel tan sólo existen las Zonas I y II.


Figura 48 Zonas paneles simples fabricados

En las Tabla 24, Tabla 25 y

Tabla 26, se recogen los espesores teóricos para cada uno de los paneles simples

calculados por zonas en base a la secuencia de apilado y el espesor nominal de capa

correspondiente a cada material. El espesor del adhesivo superficial y la malla de

bronce ha sido estimado de forma conjunta. El núcleo empleado tiene una altura de 15

mm. Los valores de capa curada para los tres preimpregnados fueron suministrados

por el fabricante correspondiente.

Tabla 24 Espesores por zonas Panel Simple I

CONFIGURACIÓN ESPESORES (mm)

ZONA 1 ZONA 2 ZONA 3

Adhesivo Film 0.220 0.220 -

Malla de bronce preimpregnada en resina epoxy

Prepreg carbono/epoxy: Material I 0.238 0.238 0.238

Prepreg carbono/epoxy: Material I 0.238 - 0.238



Núcleo Honeycomb - 15.00 -








Tedlar 0.025 0.025 -

TOTAL 2.863 16.197 2.618


Tabla 25 Espesores por zonas Panel Simple II


ZONA 1 ZONA 2 ZONA 3

Adhesivo Film 0.220 0.220 -


Prepreg carbono/epoxy: Material II 0.211 0.211 0.211

Prepreg carbono/epoxy: Material II 0.211 - 0.211



Núcleo Honeycomb - 15.00 -








Tedlar 0.025 0.025 -

TOTAL 2.566 16.089 2.321

Tabla 26 Espesores por zonas Panel Simple III


ZONA 1 ZONA 2

Adhesivo Film 0.220 0.220


Prepreg carbono/epoxy: Material III 0.237 0.237

Prepreg carbono/epoxy: Material III 0.237 -



Núcleo Honeycomb - 15.00








Tedlar 0.025 0.025

TOTAL 2.852 16.193


4.1.1.2 Secuencia de telas paneles complejos

Los paneles complejos se fabricaron de acuerdo a la secuencia de apilado descrita en

el apartado 3.1.2 a excepción de una zona (denominada Zona 7) perteneciente a la

zona de pistas del panel (Zona 3) y la Zona 2 (zona de radios de la pieza). Ambas

zonas (en negro y morado respectivamente en la Figura 49) tan sólo eliminan el

Tedlar® del conjunto de sus telas.

Al igual que en el caso de los paneles simples, el objetivo era disponer de regiones de

laminado en el panel cuyo espesor tan sólo constase del preimpregnado de fibra de

carbono y resina epoxy empleado. Sin embargo, como la fabricación de los paneles se

hayaba supeditada a las necesidades de la producción, se comenzó con la fabricación

antes de que esta modificación pudiera añadirse de forma manual en las órdenes de

producción de los paneles, por lo tanto tan sólo el Tedlar® fue retirado del lay-up

original.

Figura 49 Zonas panel complejo fabricado

Las Tabla 27, Tabla 28 y Tabla 29 recogen los espesores teóricos para cada uno de

los paneles complejos calculados por zonas en base a la secuencia de apilado y el

espesor nominal de capa correspondiente a cada material. El espesor del adhesivo

superficial y la malla de bronce ha sido estimado de forma conjunta. El espesor de las

Zonas 4,5 y 6 (zonas de sandwich) varía a pesar de compartir idéntica distribución de

telas debido a que se utilizan núcleos de distinta altura.


Tabla 27 Espesores por zonas Panel Complejo I

CONFIGURACIÓN

ESPESORES (mm)

ZONA 1

ZONA 2

ZONA 3

ZONA 4

ZONA 5

ZONA 6

ZONA 7

Adhesivo Film

0.220 0.220 0.220 0.220 0.220 0.220 0.220 Malla de bronce preimpregnada en resina

epoxy

Prepreg carbono/epoxy: Material I

0.238 0.238 0.238 0.238 0.238 0.238 0.238


0.238 0.238 0.238 - - - 0.238


0.238 0.238 0.238 - - - 0.238


0.238 0.238 0.238 0.238 0.238 0.238 0.238

Núcleo Honeycomb - - - 11 - - -

Núcleo Honeycomb - - - - 5 - -

Núcleo Honeycomb - - - - - 5 -


0.238 0.238 0.238 - - - 0.238


0.238 0.238 0.238 - - - 0.238


0.238 0.238 0.238 - - - 0.238


0.238 0.238 0.238 0.238 0.238 0.238 0.238


0.238 0.238 0.238 - - - 0.238


0.238 0.238 0.238 - - - 0.238


0.238 0.238 0.238 0.238 0.238 0.238 0.238

Tedlar 0.025 - 0.025 0.025 0.025 0.025 -

TOTAL 2,863 2,838 2,863 12.197 6.197 6.197 2,838


Tabla 28 Espesores por zonas Panel Complejo II

CONFIGURACIÓN

ESPESORES (mm)

ZONA 1

ZONA 2

ZONA 3

ZONA 4

ZONA 5

ZONA 6

ZONA 7

Adhesivo Film


epoxy

Prepreg carbono/epoxy: Material II

0.211 0.211 0.211 0.211 0.211 0.211 0.211


0.211 0.211 0.211 - - - 0.211


0.211 0.211 0.211 - - - 0.211


0.211 0.211 0.211 0.211 0.211 0.211 0.211

Núcleo Honeycomb - - - 11.00 - - -

Núcleo Honeycomb - - - - 5.00 - -

Núcleo Honeycomb - - - - - 5.00 -


0.211 0.211 0.211 - - - 0.211


0.211 0.211 0.211 - - - -


0.211 0.211 0.211 - - - -


0.211 0.211 0.211 0.211 0.211 0.211 0.211


0.211 0.211 0.211 - - - -


0.211 0.211 0.211 - - - -


0.211 0.211 0.211 0.211 0.211 0.211 0.211

Tedlar 0.025 - 0.025 0.025 0.025 0.025 -

TOTAL 2.566 2.541 2.566 12.089 6.089 6.089 2.541


Tabla 29 Espesores por zonas Panel Complejo III

CONFIGURACIÓN

ESPESORES (mm)

ZONA 1

ZONA 2

ZONA 3

ZONA 4

ZONA 5

ZONA 6

ZONA 7

Adhesivo Film


epoxy

Prepreg carbono/epoxy: Material III

0.237 0.237 0.237 0.237 0.237 0.237 0.237


0.237 0.237 0.237 - - - 0.237


0.237 0.237 0.237 - - - 0.237


0.237 0.237 0.237 0.237 0.237 0.237 0.237

Núcleo Honeycomb - - - 11.00 - - -

Núcleo Honeycomb - - - - 5.00 - -

Núcleo Honeycomb - - - - - 5.00 -


0.237 0.237 0.237 - - - 0.237


0.237 0.237 0.237 - - - 0.237


0.237 0.237 0.237 - - - 0.237


0.237 0.237 0.237 0.237 0.237 0.237 0.237


0.237 0.237 0.237 - - - 0.237


0.237 0.237 0.237 - - - 0.237


0.237 0.237 0.237 0.237 0.237 0.237 0.237

Tedlar 0.025 - 0.025 0.025 0.025 0.025 -

TOTAL 2.852 2.827 2.852 12.193 6.193 6.193 2.827

4.1.1.3 Compactación

Las Tabla 30 y Tabla 31 muestran la compactaciones llevadas a cabo durante el

proceso de apilado de telas de los paneles simples y complejos respectivamente. El

vacío de compactación realizado fue de 495 mmHg durante 5 ó 6 minutos en las capas

anteriores a la colocación del núcleo y de 120 mmHg máximo durante 5 ó 6 minutos en

las posteriores. El número de compactaciones efectuado en cada panel es el mínimo

necesario que por experiencia previa se establece para garantizar una correcta

adaptación de las telas.


Tabla 30 Secuencia compactación paneles simples

CAPA

Adhesivo Film Compactación

Malla de bronce preimpregnada en resina epoxy Compactación





Núcleo Honeycomb



Prepreg carbono/epoxy: Material I Compactación





Tedlar® Compactación

Tabla 31 Secuencia compactación paneles complejos

CAPA

Adhesivo Film Compactación

Malla de bronce preimpregnada en resina epoxy Compactación

Prepreg carbono/epoxy: Material III Compactación




Núcleo Honeycomb

Núcleo Honeycomb

Núcleo Honeycomb








Tedlar®

4.1.1.4 Consideraciones al proceso de lay-up

El proceso de apilado seguido en estos paneles debía asegurar el nivel de

consolidación necesario para asegurar un adecuado procesado posterior, conseguir un

bajo contenido en huecos en las zonas de laminado, evitar la formación de arrugas en

las capas cobertoras, así como evitar el recogimiento o colapso de los núcleos y la

aparición del fenómeno conocido como “telegraphing” en las zonas de sandwich de la


pieza. El “telegraphing” (ver Figura 50) consiste en una depresión que aparece en la

piel de la cara bolsa de la pieza sándwich debido a la copia del patrón de celdillas del

núcleo subyacente. El origen de este defecto puede estar en la aplicación de una

presión excesiva durante el proceso de curado de las piezas. Se trata de una

incidencia no deseada que afecta a los admisibles de cálculo de las piezas ya que

puede llegar a suponer el mismo efecto que un corte en las telas lo que disminuye las

propiedades mecánicas.

Detalle A1

Figura 50 Telegraphing

Tanto en la fabricación de los paneles simples como en los paneles complejos se

emplearon unos elementos de utillaje auxiliares conocidos como bandas rugosas. Se

trata de unas bandas de chapa semidura de unos 77.5 mm de ancho y 0.4 mm de

espesor (ver Figura 51) las cuales se pegan a lo largo de todo el contorno del útil y

tienen como finalidad la de retener las telas a medida que estas se van situando sobre

el útil. Un esquema de su funcionamiento aparece en la Figura 52.

Figura 51 Banda rugosa

Figura 52 Ejemplo disposición de las bandas rugosas


La disposición de bandas rugosas a lo largo del contorno en las piezas sandwich

reduce el recogimiento de los núcleos. Este fenómeno consiste en una deformación

del núcleo originada por la presión que ejercen el resto de telas sobre el mismo y

puede verse en la Figura 53. La rugosidad de las bandas consigue fijar las telas de

preimpregnado y evita que al ejercer presión durante el curado se originen fuerzas de

arrastre sobre el núcleo que tendería a deformarse “recogiéndose” lateralmente a la

vez que por su altura tiene lugar el colapso de sus celdillas

Figura 53 Recogimiento de núcleo

En el caso de los paneles simples, las bandas rugosas se dispusieron a lo largo de

todo el contorno de la pieza, tal y como puede verse en la Figura 54

Figura 54 Ejemplo disposición de bandas rugosas panel simple

En el caso de los paneles complejos, las bandas rugosas se colocaron de forma

puntual a lo largo de todo el contorno tal y como se observa en la Figura 55. Esto

tendrá influencia en los espesores de la zona de pista de los paneles como se verá

más adelante.


Figura 55 Ejemplo disposición de bandas rugosas panel complejo

4.1.1.4.1 Material I

Desde la colocación de la primera tela el especialista de fabricación consideró que la

pegajosidad (“tacking”), moldeabilidad y comportamiento del material es similar o

incluso en algunos aspectos mejor que el actual material de serie, presentando una

mejor adaptabilidad y posibilidad de posicionamiento de telas más favorable para el

proceso de fabricación, ya que permite manipular el material sin protectores.

Las propiedades favorables del material en cuanto a “tacking” y adaptabilidad,

posibilitaron la colocación del núcleo sin necesidad de uso calor local controlado tipo

secadores.

Figura 56 Colocación de telas Material I


4.1.1.4.2 Material II

Tras la colocación y compactación del adhesivo y la malla de bronce y comenzar el

apilado de las telas de prepreg, el especialista de fabricación consideró que el material

presentaba una adecuada adaptación al útil aunque un aspecto mucho más seco que

el actual material de serie En las capas posteriores se confirmó que el material tenía

fácil manejabilidad pero una pegajosidad (“tacking”) muy baja, lo que afectaba

básicamente a tres aspectos:

1. La falta de tacking hacía que se despegase el protector del preimpregando y

esto dificultaba el posicionamiento de las telas, especialmente en la fabricación

del panel complejo, dejando muchas arrugas en la pieza.

Figura 57 Arrugas en telas

2. Colocación del núcleo: Fue necesario el uso de calor local mediante secador

para su posicionamiento.

Figura 58 Aplicación calor local mediante secador

3. Se observó que el tejido se abría, unido a que las telas cortadas a grados se

deshilacharon durante la operación del corte de telas.


Figura 59 Detalle del deshilachado de las telas

4.1.1.4.3 Material III

Después de compactar adhesivo y malla de bronce se colocaron las capas de refuerzo

previas al posicionamiento del núcleo. Desde la primera tela el especialista de

fabricación consideró que la pegajosidad (“tacking”), manejabilidad y comportamiento

del material era bueno. Incluso en algunos aspectos mejor que el actual material de

serie, presentando una mejor adaptabilidad, y posibilidad de posicionamiento de telas

más favorable para el proceso de fabricación, ya que permitía manipular el material sin

protectores igual que en el caso del Material I.

Como aspecto destacable se observó que al quitar el protector del preimpregnado,

parte de la resina del material se quedaba adherida en el protector dejando

marcas/aguas de resina en la tela de carbono.

Figura 60 Detalle de la resina adherida

Aunque la pegajosidad del material era buena, la adherencia al núcleo fue baja sin ser

necesaria la aplicación de calor mediante secador. Aplicando un poco de presión

manual el núcleo quedó fijado.

Durante la fabricación del panel complejo, aunque las telas de prepreg se adaptaban

en las zonas de radio, se dedujo que para piezas con una geometría aún más

compleja, la rigidez del material (es un material poco flexible) podría generar


dificultades de colocación de telas y arrugas en zonas de radio y curvatura (ver Figura

61).

Figura 61 Rigidez telas en las zonas de radio

4.1.2 Curado en autoclave

Se presenta a continuación el ciclo de curado en autoclave de alta temperatura

(180ºC) actualmente definido en la planta para la fabricación de componentes

sandwich. El curado de los paneles de ensayo se hizo conforme a este ciclo dado a la

necesidad de emplear un ciclo de curado ya implementado en la planta. Se trata de un

ciclo de un solo escalón con la velocidad de calentamiento controlada por tramos y

presión mantenida desde el inicio del ciclo. En lo que a vacío se refiere, está permitida

la ventilación al exterior transcurridos unos minutos desde el inicio del ciclo, una vez la

presión ha alcanzado un valor requerido. En la Tabla 32 y la Figura 62 se muestra el

ciclo de curado teóricos de alta temperatura.


Tabla 32 Parámetros del ciclo de curado de alta temperatura



Presión2)

Psig 40 – 50

bar 2.7 – 3.4

Vacío1)

mmHg 200 – 250

bar 0.27 – 0.34


máxima

ºC/min

2.7

Intervalo de 54ºC a 165ºC 0.6

Intervalo de 165ºC a 180ºC 0.2

Tiempo de calentamiento Min 57 – 285

Tiempo de estabilización Min 120 – 180

Temperatura de estabilización ºC 175 – 185

Velocidad de enfriamiento ºC/min -

Tiempo de enfriamiento Min ≥ 43

Temperatura de desmoldeo ºC ≤ 60 1)

Ventilar al exterior a los 20 Psig 2)

Se permite una caída natural de presión, durante la etapa de enfriamiento manteniendo un mínimo de 26 Psig

Figura 62 Ciclo de curado de alta temperatura


La idea inicial era realizar el curado del panel simple, complejo y los paneles de control

de proceso de un mismo material en una misma carga de autoclave. Sin embargo la

necesidad de adaptarse al ritmo de producción de la planta y la disponibilidad de sus

instalaciones hicieron que esto no fuese posible en los tres casos. Tan sólo para el

Material I tuvo lugar el curado conjunto de todos los paneles. En el caso del Material II

panel complejo y probetas de control de procesos sí se curaron en la misma carga de

autoclave (y bajo la misma bolsa) pero no así el panel simple que se curó en una

carga diferente pero con el mismo ciclo. Finalmente, para el Material III cada uno de

los paneles se curó en una carga de autoclave diferente pero siguiendo siempre el

mismo ciclo de curado.

El control de la temperatura de cada una de la piezas se hizo por medio de dos

termopares y el del vacío por medio de una toma de registro. La Tabla 33 resume los

datos referentes a la carga de autoclave en la que se curó cada uno de los paneles así

como los termopares y toma de vacío correspondientes que se emplearon para

registrar los datos del curado.

Tabla 33 Datos de las cargas de autoclave

MATERIAL PANEL CARGA DE

AUTOCLAVE TERMOPARES

TOMA DE VACÍO

Material I

Simple 1136/14 33, 34 31

Complejo 1136/14 43, 44 14

Control de procesos

1136/14 47, 48 42

Material II

Simple 1162/14 27, 28 47

Complejo 1174/14 37, 38 29

Control de procesos

1174/14 37, 38 29

Material III

Simple 1203/14 3, 4 22

Complejo 1208/14 10, 30 46

Control de procesos

1221/14 23, 24 20

Se presentan a continuación los parámetros de curado registrados por los termopares

correspondientes a los paneles simples (ver Tabla 34), complejos (ver Tabla 35) y de

control de procesos (ver Tabla 36).

Cabe realizar algunas aclaraciones sobre el modo de calcular de los parámetros del

ciclo. Se considera tiempo de calentamiento al tiempo transcurrido desde el inicio del

ciclo hasta el instante en que la temperatura alcanza los 175ºC (primer valor de

temperatura admisible como temperatura de estabilización). La velocidad de

calentamiento se obtiene como la rampa o pendiente de la curva temperatura-tiempo

dentro de los dos intervalos definidos en la Tabla 32. En el segundo tramo (desde los

165ºC hasta los 180ºC), dado que se admite que la estabilización de la pieza tenga

lugar en el intervalo de temperaturas comprendido desde los 175ºC hasta los 185º, la


velocidad de calentamiento en realidad se calcula en el tramo desde los 165ºC hasta

que se superan por primera vez los 175ºC.

El tiempo de estabilización es el tiempo comprendido desde que se alcanzan por

primera vez los 175ºC hasta que la temperatura vuelve a descender por debajo de

este mismo valor.

Como tiempo de enfriamiento se considera el tiempo necesario una vez superada la

estabilización, para que la temperatura descienda por debajo de los 60ºC.

Por último, en cuanto a la temperatura de desmoldeo, dado que dicha operación tuvo

lugar transcurrido al menos un día desde el final del ciclo se garantiza que se alcanzó

la temperatura ambiente.


Tabla 34 Análisis parámetros curado paneles simples

MATERIAL I II III

REFERENCIA CARGA DE AUTOCLAVE 1136/14 1162/14 1203/14

SENSORES TERMOPARES TOMA DE

REGISTRO TERMOPARES

TOMA DE REGISTRO

TERMOPARES TOMA DE

REGISTRO

PARÁMETRO UNIDAD REQ. TC33 TC34 TR31 TC27 TC28 TR47 TC03 TC04 TR22

Presión Psig 40 – 50 44.96 44.96 44.96

bar 2.7 – 3.4 3.1 3.1 3.1

Vacío

mmHg 200 – 250 -

Sin

reg

istr

os

225.06 - - 217,55 - - 210.05

bar 0.27 – 0.34 - 0.3(*) - - 0.29(**) - - 0.28(***)


54ºC a 165ºC

ºC/min 0.6 – 2.7 0.99 - 1.27 1.06 - 1.04 1.04 -

165ºC a 180ºC

0.2 – 2.7 0.40 - 0.24 0.36 - 0.51 0.53 -

Tiempo de calentamiento Min 57 – 285 163 - 140 156 - 158 154 -

Tiempo de estabilización Min 120 – 180 167 - 178 170 - 156 157 -

Temperatura de estabilización

ºC 175 – 185 181.45 - 180.54 180.97 - 179.70 179.40 -

Velocidad de enfriamiento ºC/min - 0.59 - 0.56 0.54 - 0.50 0.51 -

Tiempo de enfriamiento Min ≥ 43 195 - 201 210 - 231 226 -

Temperatura de desmoldeo

ºC ≤ 60 OK - OK OK - OK OK -

(*) Se ventila al exterior cuando la presión alcanza 1.3 bares lo cual sucede transcurridos 7 minutos desde el inicio del ciclo. (**) Se ventila al exterior cuando la presión alcanza 1.3 bares lo cual sucede transcurridos 4 minutos desde el inicio del ciclo. (***) Se ventila al exterior cuando la presión alcanza 1.3 bares lo cual sucede transcurridos 4 minutos desde el inicio del ciclo.


Tabla 35 Análisis parámetros curado paneles complejos

MATERIAL I II III



REGISTROO

TERMOPARES TOMA DE

REGISTRO TERMOPARES

TOMA DE REGISTRO


Presión Psig 40 – 50 44.96 44.96 44.96

bar 2.7 – 3.4 3.1 3.1 3.1

Vacío

mmHg 200 – 250 - - 217.55 - - 217.55 - - 247.56

bar 0.27 – 0.34 - - 0.29(*) - - 0.29(**) - - 0.33(***)


54ºC a 165ºC

ºC/min 0.6 – 2.7 1.07 1.05 - 0.70 0.60 - 1.06 1.06 -

165ºC a 180ºC

0.2 – 2.7 0.43 0.44 - 0.23 0.29 - 0.54 0.55 -

Tiempo de calentamiento Min 57 – 285 154 159 - 236 263 - 149 147 -

Tiempo de estabilización Min 120 – 180 172 168 - 173 157 - 162 162 -


ºC 175 – 185 181.87 181.92 - 179.77 178.30 - 179.00 178.64 -

Velocidad de enfriamiento ºC/min - 0.61 0.60 - 0.19 0.19 - 0.50 0.52 -

Tiempo de enfriamiento Min ≥ 43 188 202 - 589 588 - 229 221 -


ºC ≤ 60 OK OK - OK OK - OK OK -

(*) Se ventila al exterior cuando la presión alcanza 1.3 bares lo cual sucede transcurridos 7 minutos desde el inicio del ciclo (**)Se ventila al exterior cuando la presión alcanza 1.2 bares lo cual sucede transcurridos 4 minutos desde el inicio del ciclo (***)Se ventila al exterior cuando la presión alcanza 1.2 bares lo cual sucede transcurridos 4 minutos desde el inicio del ciclo


Tabla 36 Análisis parámetros curado paneles de control de procesos

MATERIAL I II III



REGISTRO TERMOPARES

TOMA DE REGISTRO

TERMOPARES TOMA DE

REGISTRO


Presión Psig 40 – 50 44.96 44.96 44.96

bar 2.7 – 3.4 3.1 3.1 3.1

Vacío

mmHg 200 – 250 - - 217,55 - - 217,55 - - 232.56

bar 0.27 – 0.34 - - 0.29(*) - - 0.29(**) - - 0.31(***)


54ºC a 165ºC

ºC/min 0.6 – 2.7 1.00 0.98 - 0.70 0.60 - 1.03 1.15 -

165ºC a 180ºC

0.2 – 2.7 0.42 0.39 - 0.23 0.29 - 0.27 0.49 -

Tiempo de calentamiento Min 57 – 285 165 171 - 236 263 - 173 153 -

Tiempo de estabilización Min 120 – 180 164 161 - 173 157 - 154 170 -


ºC 175 – 185 181.54 181.28 - 179.77 178.30 - 180.15 181.17 -

Velocidad de enfriamiento ºC/min - 0.58 0.58 - 0.19 0.19 - 0.25 0.25 -

Tiempo de enfriamiento Min ≥ 43 198 198 - 589 588 - 466 459 -


ºC ≤ 60 OK OK - OK OK - OK OK -

(*) Se ventila al exterior cuando la presión alcanza 1.3 bares lo cual sucede transcurridos 7 minutos desde el inicio del ciclo (**)Se ventila al exterior cuando la presión alcanza 1.2 bares lo cual sucede transcurridos 4 minutos desde el inicio del ciclo (***)Se ventila al exterior cuando la presión alcanza 1.3 bares lo cual sucede transcurridos 4 minutos desde el inicio del ciclo


No se observan discrepancias en ninguno de los registros de los termopares

asociados a las piezas. Todos los parámetros calculados se encuentran dentro de los

intervalos permitidos. La única divergencia encontrada fue la desconexión por error

mecánico en el termopar TC34 del panel simple, sin embargo, esta no conformidad es

salvable dado que por extensión superficial (área) de la pieza los requerimientos de

fabricación permiten que tener el registro de un único termopar sea admisible.

En todos los casos, se utilizó la condición que permite ventilar al exterior una vez la

presión alcanza los 1.3 bares.

4.1.3 Desmoldeo

Durante el desmoldeo del Panel Simple I (Material I) se detectó un ligero “springback”

en sentido contrario al que cabría esperar. Teóricamente el fenómeno conocido como

“springback” consiste en el cambio geométrico que tiene lugar en una pieza al finalizar

su proceso de deformación una vez que ha sido liberada del útil de conformado.

Como se aprecia en la Figura 63 el útil del panel simple presenta una cierta curvatura

hacia arriba (forma cóncava) mientras que el panel desmoldeado (Figura 64) presenta

una curvatura en el sentido contrario (forma convexa). No se realizaron mediciones al

respecto.

Figura 63 Utillaje paneles simples

Figura 64 Springback panel simple I

101 Ensayos de calificación


Se desarrollan a lo largo de estos apartados el conjunto de inspecciones y ensayos

efectuados en los paneles producto de la fabricación descrita en el Capítulo 4. La

matriz de ensayos ya fue presentada en el Capítulo 3 Apartado 3.4 del presente

Proyecto.

5.1 Ensayos no destructivos

En el Capítulo 2 Apartado 2.5.9 del presente Proyecto se introdujeron los ensayos no

destructivos como aquellos que permitían obtener información acerca de la calidad de

las piezas sin producir una alteración permanente en sus propiedades.

La mayor parte de estos ensayos se realizaron en la planta y formaron parte de la

Orden de Producción de los paneles. Tan sólo la medición de espesores se incluyó

dentro del plan de ensayos a realizar por el laboratorio de “composites” escogido para

el desarrollo del Proyecto.

5.1.1 Inspección visual

Esta operación se efectuó inmediatamente después de que tuviera lugar el desmoldeo

de los paneles y consistió en una evaluación del aspecto externo general de las piezas

tanto por cara útil como por cara bolsa. Las incidencias encontradas se anotaron en la

orden de producción correspondiente.

5.1.2 Ensayo de estanqueidad

El primero de los ensayos no destructivos a los que las piezas se sometieron tras su

desmoldeo. En todos los casos el procedimiento consistió en la inmersión del panel

correspondiente en la cuba o depósito de agua caliente para este tipo de pruebas

disponible en las instalaciones de la planta de producción.

5.1.3 Inspección ultrasónica

Todos los paneles se inspeccionaron por ultrasonidos con el equipamiento y las

técnicas recogidas en los procedimientos internos de la planta para las mismas piezas

de serie.

5.1.3.1 Inspección ultrasónica en paneles simples

La inspección se realizó tras la prueba de estanqueidad de las piezas. El

procedimiento de inspección para estos paneles define dos zonas a inspeccionar:

laminado y núcleos (Zonas 1 y 2 respectivamente). La técnica empleada fue la

transmisión automática. La Figura 65 extraída de “Ultrasonic Testing of Aerospace

Materials” [Ref.23], muestra en qué consiste esta ténica. Un transmisor ultrasónico se

sitúa a uno de los lados de la pieza mientras que un detector se posiciona en el lado

opuesto. El escaneo del panel mediante esta técnica permite la localización de

posibles defectos: inclusiones,delaminaciones, grietas,etc en el plano X-Y. Este


método se usa para inspección no destructiva de piezas multicapa y multicompontes.

En materiales compuestos cada onda transmitida /recibida de la Figura 65 representa

un pulso de energía. Un componente sin defectos será atravesado por un pulso de

energía mayor que aquel que presente defectos o delaminaciones.

Figura 65 Método de transmisión automática para inspección ultrasónica

Previamente a la inspección se debe definir el valor de transferencia. Este valor es la

corrección de la ganancia registrada por el equipo de ultrasonidos cuando se

transfieren los palpadores desde una probeta de referencia a la pieza bajo examen

(este valor incluye pérdidas debidas a acoplamiento, reverberación y atenuación). El

valor de transferencia debe estar entre ± 6dB.

En la transmisión automática, el valor de transferencia se obtiene de los datos de

C-Scan de las probetas de referencia y de la pieza inspeccionada calculando la

diferencia entre las amplitudes de señal (ganancia en dB) entre la mejor área de la

probeta y la mejor área de la pieza bajo inspección que tenga idéntica geometría.

La Tabla 37 muestra información referente a los materiales y equipamientos

involucrados en la inspección ultrasónica de los paneles simples.


Tabla 37 Equipamiento y materiales empleados en la inspección ultrasónica por transmisión

EQUIPAMIENTO Y MATERIALES

Técnica Transmisión automática

Equipo Composite 1

Valor de transferencia 6 dB

Modelo de Palpador Benchmark

Diámetro del palpador ֱ½”

Frecuencia del palpador 2.25 MHz

Velocidad de barrido 800 mm/s

Acoplador Agua

Probeta de referencia Patrón 1 (Zona Laminado)

Patrón 2 (Zona Sándwich)

El equipo utilizado en la inspección, COMPOSITE 1, del fabricante Tecnatom,

generalmente se utiliza para la inspección de paneles planos o de componentes con

curvatura poco significativa. Consiste en un sistema de inspección con dos ejes y un

canal ultrasónico para inspección por transmisión por chorro de agua. El agua es el

mejor acoplador debido a su disponibilidad, seguridad y baja viscosidad.

COMPOSITE 1 consta de los siguientes subconjuntos:

Sistema mecánico: estructura soporte, pórtico de inspección, brazos y boquillas

de inspección, módulos de contacto y circuito de aporte y regulación de agua.

Controlador SIROCO-VME o SIROCO INSIDE para controlar todos los

movimientos del sistema mecánico.

Sistema MIDAS de adquisición y evaluación de datos ultrasónicos.

Programa GENTRAY de elaboración de trayectorias

Otros elementos auxiliares.

Toda la información referente al equipo COMPOSITE 1 se encuentra disponible en la

página web de Tecnatom. [Ref. 24]

Puesto que se trata de unos paneles de prueba fabricados a partir de materiales

pendientes de calificación no se dispone de probetas de referencia propias para la

inspección. Se optó por lo tanto por utilizar las probetas patrón habitualmente

empleadas en la inspección de estos paneles, las cuales imitan la configuración de las

zonas de la pieza pero están fabricadas con el material de serie. Las probetas patrón

para las dos zonas de la pieza se muestran en las Figura 66 y Figura 67.


Tres filas de defectos a lo largo del espesor:

Fila A: defectos situados a dos filas de la superficie inferior.

Fila B: defectos situados a la mitad del espesor.

Fila C: defectos situados a dos telas de la superficie superior.

Materiales:

Adhesivo film

Malla de bronce

Preimpregnado de fibra de carbono y resina epoxy

Figura 66 Probeta Patrón 1

Materiales:

Adhesivo film

Malla de bronce

Preimpregnado de fibra de carbono y resina epoxy

Adhesivo film

Núcleo nido de abeja

Preimpregnado de fibra de carbono y fibra de vidrio

Figura 67 Probeta Patrón 2

5.1.3.2 Inspección ultrasónica en paneles complejos

Al igual que para los paneles simples, la inspección se realizó tras la prueba de

estanqueidad de las piezas. El procedimiento correspondiente divide el panel en 5

zonas. La técnica de inspección por ultrasonidos empleada depende de la zona del

panel bajo revisión. En la “parte larga” del panel, tanto el laminado (Zona 1) como la

zona de núcleos (Zona 2) fueron inspeccionados mediante transmisión automática, la

misma técnica de inspección empleada en los paneles simples y se emplearon las


mismas probetas patrón que las anteriormente descritas. La zona de radios de la pieza

(Zona 3) se inspeccionó por pulso-eco manual. Finalmente, la “parte corta” del panel

se inspeccionó por pulso-eco manual tanto la zona de laminado (Zona 4) como la zona

de núcleo (Zona 5).

Figura 68 Método pulso-eco para inspección ultrasónica

A continuación se realiza una breve descripción del método pulso-eco tay como

aparece en “Ultrasonic Testing of Aerospace Materials” [Ref.23] junto con su definición

gráfica mostrada en la Figura 68. En ella se presenta un palpador piezoeléctrico con

su eje longitudinal situado perpendicular y montado sobre o cerca de la superficie del

material que está siendo inspeccionado se usa para transmitr y recibir energía

ultrasónica. Las ondas ultrasónicas son reflejadas por la cara opuesta del material o

bien por posibles discontinuidades, huecos o inclusiones en el mismo y recibidas por el

mismo palpador donde la energía reflejada se convierte en una señal eléctrica. Esta

señal es procesada por computador para ser poder ser visualizada en un monitor de

vídeo. La representación obtenida permite conocer la profundidad a la que aparecen

posibles defectos en el material. Cada señal enviada/ recibida de la Figura 68

representa un pulso de energía. La Tabla 38 muestra información referente a los

materiales y equipamientos involucrados en la inspección ultrasónica por pulso eco de

los paneles complejos.


Tabla 38 Equipamiento y materiales empleados en la inspección ultrasónica por pulso-eco

EQUIPAMIENTO Y MATERIALES

Técnica Manual pulso-eco

Equipo Krautkramer USM 35X

Valor de transferencia 6 dB

Modelo de Palpador Benchmark

Diámetro del palpador ¼”

Frecuencia 2.25 MHz

Acoplador Sonotrace

Probeta de referencia

Patrón1 (Zona Laminado)

Patrón 2 (Zona Sándwich)

Patrón 3 (Zona de Radios)

El equipo empleado, USM 35X (General Electric) (ver Figura 69) es un detector de

fallas ultrasónico ligero y compacto especialmente adecuado para localizar y evaluar

defectos en materiales y documentar y almacenar los resultados de las inspecciones.

Existen diferentes versiones del instrumento, la 35X es la estándar para aplicaciones

universales de inspeccion ultrasónica.

Figura 69 Krautkramer USM35X

Sonotrace 30 es un acoplador de base acuosa libre de glicerina y siliconas formulado

para la detección ultrasónica de defectos. Se emplea para asegurar una óptima

transmisión gracias a que no presenta burbujas que puedan reflejar, dispersar y

atenuar las ondas sonoras.

Las probetas patrón a emplear en la inspección por pulso eco son idénticas a las

empleadas en la transmisión automática a excepción de una tercera probeta que se

introduce para la inspección de la zona de radios y que aparece representada en la

Figura 70.


Figura 70 Probeta patrón Zona de radios

5.1.4 Pesada

La pesada de todos los paneles fue la última operación efectuada en la planta de

fabricación ante de la expedición de los paneles al laboratorio. El equipo empleado en

la misma fue una báscula Mettler Toledo modelo Spider SW como la de la Figura 71

con una capacidad máxima de hasta 60 kg y una precisión de 20 g. Este modelo se

combina con plataformas de pesaje de acero inoxidable que permiten pesar ambas

configuraciones de paneles.

Figura 71 Báscula Mettler Toledo Spider SW

5.1.5 Inspección dimensional

La inspección dimensional realizada en ambos tipos de paneles consiste en la

medición del espesor en una serie de puntos definidos a lo largo de toda la zona de


pistas de los paneles. Se realiza de forma manual mediante una pinza medidora de

espesores digital tal y como la que se muestra en la Figura 72.

Figura 72 Medidor de espesores digital

Los valores obtenidos se registran para comprobar si se encuentran dentro del

intervalo de tolerancia admisible definido según plano para la zona de medida. Para

ello resulta necesario primero definir cuáles son los espesores teóricos nominales para

cada uno de los paneles en base a los materiales empleados y su secuencia de

apilado correspondiente.

5.1.5.1 Comprobación dimensional paneles simples

Para realizar la comprobación dimensional en las Zonas 1 y 3 se marcaron un total de

60 puntos distribuidos a lo largo de todo el contorno. Puesto que los paneles no se

recantearon, se decidió mantener una distancia mínima de 20 mm desde el borde del

panel hasta la marcada del punto para de esta forma evitar realizar la medición dentro

de la zona de creces del panel que como ya fue comentado en el Capítulo 2 esta zona

presenta acumulaciones de resina que serían eliminadas en el recanteado de la pieza.

Figura 73 Puntos para medición de espesores en paneles simples

La Figura 73 muestra un croquis con la posición de los puntos en los que se lleva a

cabo la inspección dimensional. Los puntos del 1 al 20 pertenecen a la Zona 3

mientras que el resto (21-60) a la Zona 1.


5.1.5.2 Comprobación dimensional paneles complejos

La comprobación dimensional se realiza en 60 puntos (ver Figura 74) distribuidos a lo

largo de las Zonas 3 y 7 (las Zonas 1 y 2 a pesar de ser también zona de laminados no

resultan accesibles al instrumento empleado para la medición).

Puesto que los paneles no se recantearon, se decidió mantener una distancia mínima

de 20 mm desde el borde del panel hasta la marcada del punto para de esta forma

evitar realizar la medición dentro de la zona de creces del panel (ídeam que para el

panel simple).

Figura 74 Puntos para medición de espesores en paneles complejos

5.2 Ensayos destructivos

La finalidad y el tipo de ensayos destructivos a realizar fueron ampliamente descritos

en el Capítulo 3, sección 3.4. En los siguientes puntos se describen en detalle los

procedimientos seguidos en la realización de cada uno de ellos (equipamiento,

probetas,etc) así como los resultados a obtener en cada caso.

5.2.1 Determinación del volumen de fibra, resina y huecos

Se realizó de acuerdo a la normativa UNE EN2564 Revisión 99 [Ref. 25] la cual recoge

los métodos para determinar el contenido en fibra por volumen y masa y por

correlación el contenido en resina por volumen y masa y el contenido en huecos por

volumen de los laminados curados de fibra de carbono para aplicaciones

aeroespaciales.

Como se expuso en el Capítulo 3 Apartado 3.3, la determinación del volumen de fibras

pertenece al grupo de ensayos a realizar como parte de la caracterización de

laminados fabricados a partir de preimpregnados de fibra de carbono. Se definió por

tanto un conjunto de muestras a lo largo de la zona de pistas de los paneles de las que

extraer las probetas de laminado de fibra de carbono / epoxy necesarias para el

ensayo.


Tal y como la normativa aplicable establece, tres especímenes deben extraerse como

mínimo de cada zona considerada. Según normativa estos especímenes deben tener

unas dimensiones de 20x10 mm y un espesor de 2 mm.

5.2.1.1 Procedimiento de ensayo

El principio fundamental de este ensayo consiste en determinar la diferencia de masa

en probetas antes y después de la extracción de resina por digestión en ácido

sulfúrico. De los dos métodos posibles recogidos en la normativa de aplicación se

empleó el método B o método simplificado, es el usado habitualmente en laboratorios

donde se llevan a cabo un gran número de ensayos garantizando el mantenimiento de

unas adecuadas condiciones de seguridad.

El acondicionamiento previo al ensayo se realizó de acuerdo a la normativa UNE EN

2743 Procedimiento B [Ref.26]. Las probetas extraídas se acondicionaron durante 2

horas en una atmósfera de humedad relativa del 50±5 % y temperatura de 23±2ºC.

Se describe a continuación paso a paso el procedimiento seguido.

1. Los especímenes se secaron con la ayuda de un desecador como el de la

Figura 75 hasta conseguir una masa constante Esto se consideró cuando la

diferencia entre dos pesadas consecutivas fue inferior a 2 mg. En la pesada se

utilizó la balanza analítica AB204S / FACT Mettler Toledo (Figura 76) con una

precisión de 0.01 mg. La masa obtenida se denominó m1.

Figura 75 Desecador

Figura 76 Balanza Mettler Toledo AB204S

2. Se determinó la densidad de los especímenes (ρc) de acuerdo a la normativa

UNE EN ISO 1183, Método A [Ref.27], por medio de un kit de densidad Mettler

Toledo incorporado a la balanza.

3. Cada espécimen fue colocado en un vaso de precipitado con 20 ml de ácido

sulfúrico concentrado.

4. Los vasos de precipitado se situaron en el interior de un baño de arena a

160±10 ºC. Un baño de arena como el de la Figura 77 es una pieza común

entre los equipos de laboratorio consistente en un recipiente lleno de arena

calentada empleado para proporcionar un calentamiento uniforme de otro

contenedor.


Figura 77 Baño de arena

5. Cuando la coloración oscura del ácido sulfúrico indicó el inicio de la

descomposición de la resina se añadieron gradualmente 25 ml de una solución

de peróxido de hidrógeno de concentración 300 g/l. La adición aclaró el color

de la solución y las fibras emergieron a la supeficie. Se continuó con el

calentamiento hasta la reaparición de los humos blancos de el trióxido de

sulfuro.

6. Una vez que la solución se mantuvo clara, se retiraron los vasos de precipitado

del baño de arena y se dejaron enfriar hasta la tempertatura ambiente.

7. El contenido de cada vaso se virtió en un nuevo vaso de precipitado de

aproximadamente 400 ml y que contenía unos 100 ml de agua destilada. Se

lavaron de esta forma todas las fibras adheridas al primer vaso dentro del

segundo.

8. Se filtró el contenido de cada vaso de precipitado a través de un crisol

previamente secado y pesado (masa m2), se lavaron el vaso y su contenido en

el crisol con agua destilada hasta quedar libres de ácido. Posteriormente se

lavaron con 10 ml de acetona.

9. El crisol y su contenido se secó en una estufa de aire Carbolite PF120 a 120ºC

durante unos 45 minutos y después se dejó secar en un desecador durante 20

min. Pasado ese tiempo se pesó (m3) hasta que la variación obtenida fue de

±1 mg.

Figura 78 Crisol

Figura 79 Estufa de aire Carbolite PF120


5.2.1.2 Expresión de resultados

Contenido de fibras por unidad de peso

𝑊𝑓 es el contenido en fibra como porcentaje de la masa inicial. Se obtiene de la

siguiente relación:

𝑊𝑓 = 100 ∙(𝑚3 −𝑚2)

𝑚1

Donde:

𝑚1: masa inicial del espécimen en gramos

𝑚2: peso del crisol en gramos

𝑚3: masa final del crisol y del residuo tras la digestión en gramos

Contenido de resina por unidad de peso

𝑊𝑟 = 100 −𝑊𝑓

Contenido de fibras por unidad de volumen

𝑉𝑓 = 𝑊𝑓 ∙𝜌𝑐𝜌𝑓

Donde:

𝑊𝑓 : es el contenido en fibra como porcentaje de la masa inicial.

𝑉𝑓: es el contenido en fibra como porcentaje del volumen inicial

𝜌𝑐: es la densidad del espécimen en g/cm3

𝜌𝑓: es la densidad de la fibra en g/cm3.

Contenido de resina por unidad de volumen

𝑉𝑟 = (100 −𝑊𝑓) ∙𝜌𝑐𝜌𝑟

Donde:

𝑉𝑟: es el contenido en resina como porcentaje del volumen inicial

𝑊𝑓: es el contenido en fibra como porcentaje de la masa inicial


𝜌𝑟: es la densidad de la resina curada en g/cm3

Contenido de huecos por unidad de volumen

𝑉𝑜 = 100 − [𝑊𝑓 ∙𝜌𝑐𝜌𝑓

+ (100 −𝑊𝑓) ∙𝜌𝑐𝜌𝑓]

Donde:

𝑉𝑜: es el contenido en huecos como porcentaje del volumen inicial


𝑊𝑓: es el contenido en fibra como porcentaje de la masa inicial


𝜌𝑓: es la densidad de la fibra en g/cm3.

5.2.1.3 Muestras en paneles simples

La zona de panel escogida para la extracción de las muestras fue la Zona 3 puesto

que su espesor tan sólo se compone de capas de preimpregnado de fibra de carbono

y resina epoxy (a excepción del Panel Simple III cuya incidencia en el proceso de

fabricación ya fue comentada en el Apartado 4.1.1.1). Se seleccionan un total de 3

muestras denominadas M1, M2 y M3 a lo largo de la Zona 3 tal y como aparece en la

Figura 80. Tres seran los especímenes extraídos de cada una de ellas tal y como se

establece en la normativa aplicable EN 2564 [Ref 25]. Una indicación adicional de

dicha normativa señala que el laminado debe tomarse respetando una distancia de al

menos 10 mm desde el borde de la pieza y así se indicó en el correspondiente

marcado del panel.

Figura 80 Extracción de muestras para determinación volumen de fibra/resina y huecos. Paneles

simples

5.2.1.4 Muestras en paneles complejos

Las muestras se marcaron en las Zonas 7 y 2 (zonas sin Tedlar) pero puesto que

malla y adhesivo se mantenían en la secuencia de apilado de dichas zonas, fue

necesario someter los especímenes a un proceso de lijado a fin de eliminar todo lo que

no fuera fibra de carbono preimpregnada en resina epoxy del espesor de los mismos.


Figura 81 Extracción de muestras para determinación volumen de fibra/resina y huecos. Paneles

complejos

Se seleccionaron un total de 4 muestras (M1, M2, M3 y M4) tomadas tal y como puede

verse en la Figura 81. Al igual que en los paneles simples, tres fueron los

especímenes extraídos de cada una de esas regiones de acuerdo a la normativa de

aplicación UNE EN 2564 [Ref.25].

5.2.2 Inspección macro/micrográfica

Esta inspección consiste en realizar una serie de cortes o secciones transversales en

los paneles para poder examinar primero desde un punto de vista macroscópico (x10)

y luego en mayor detalle mediante microscopía (x50) características de la estructura

interna de los paneles tales como la calidad del laminado sólido (ausencia de

porosidad, posibles delaminaciones, inclusiones de objetos extraños, ondulaciones en

las fibras, grietas, arrugas…)

Conviene aclarar las siguientes definiciones empleadas en laboratorio las cuáles son

conformes con las definiciones de laboratorio metalográfico que aparecen en las

normativas ASTM E3 [Ref.28], ASTM E7 [Ref.29] y ASTM E175 [Ref.30].

Sección macroscópica: la sección que se examina tiene una superficie de análisis

lijada. La imagen puede amplificarse hasta más de 100 veces.

Sección microscópica: la sección que se examina tiene una superficie de análisis

pulida. La imagen puede amplificarse hasta más de 1000 veces.

Montaje: especímen embebido en un compuesto o mezcla adecuado por ejemplo

resina epoxy de curado en frío.

Macrografía: fotografía de una sección macroscópica.

Micrografía: fotografía de una sección macroscópica.



Todas las muestras fueron mecanizadas hasta sus dimensiones finales usando una

cuchilla revestida de diamante. El mecanizado de los paneles se hizo de acuerdo a la

normativa ISO 2818 [Ref.31]. Durante el corte de las muestras, la velocidad de corte,

tamaño de diente, etc, se escogen para producir el mínimo calentamiento del panel

usando una sierra con recubrimiento de diamante. Los bordes de la muestra se

cortaron en ángulo de 90º y sin rebabas ni irregularidades. Se tomaron precauciones

para evitar muescas, hundimientos, superficies rugosas o irregularidades y

delaminaciones causadas por métodos de mecanizado inapropiados.

Una vez cortadas, las muestras son preparadas con una máquina automática de lijado

y pulido y se montan en una pastilla donde se embeben en una resina epoxy de

curado en frío. Todo el equipamiento empleado en la observación macro-microscópica

se muestra de la Figura 82 a la Figura 85. La observación fue realizada en un estéreo

microscopio binocular (Figura 82) y en un microscopio binocular invertido (Figura 84)

con cámara adaptada (Figura 85).

Figura 82 Estereo Microscopio SMZ800

Figura 83 Fuente de luz fría Photonic PL3000

Figura 84 Epiphot 200

Figura 85 Lumenera Infinity 2-3C


La amplificación depende de la razón definida para la observación. Para cada sección

macroscópica considerada, se seleccionan varios detalles de los que se extrae

información más detallada por medio de inspección microscópica.

Un detalle al cual se ha prestado especial atención en las observaciones realizadas en

este Proyecto ha sido la formación de los meniscos. Al no existir adhesivo entre el

núcleo honeycomb y el laminado, es la propia resina epoxy la encargada de adherir las

capas de carbono por medio de una buena formación de meniscos en la interfase.


Dos secciones transversales se marcaron en los paneles: la sección A-A’ situada en

una de las esquinas del panel y B-B’ centrada en uno de los lados tal y como aparece

en la Figura 86.

Figura 86 Secciones transversales para análisis macro/microscópico. Paneles simples


Cinco secciones transversales fueron marcadas, A-A’, B-B’ y C-C’, D-D’ y E-E’, estas

dos últimas en la zona de radios de la pieza de acuerdo a la Figura 87.

Figura 87 Secciones transversales para análisis macro/microscópico. Paneles complejos


5.2.3 Determinación de la temperatura de transición vítrea

La técnica empleada es el Análisis mecánico diferencial, conocido por sus siglas

inglesas DMA ( “Dynamical Mechanical Analysis”). En MIL Handbook 17 Volume 1

[Ref.32] esta técnica se presenta como el método de preferencia y el más común a la

hora de caracterizar la transición vítrea de materiales compuestos de matriz orgánica.

En lo que a determinación de temperatura de transición vítrea (Tg) se refiere, DMA es

la técnica más sensible.

De acuerdo a lo indicado en el ASM Volumen 21. Composites [Ref. 33], el análisis

dinámico mecánico mide la rigidez (módulo de almacenamiento) y el amortiguamiento

de un material (módulo de pérdida, tan δ) en función de la temperatura, tiempo y

frecuencia bajo una atmósfera controlada y produce las curvas correspondientes a

estos parámetros en función de la temperatura. Estas curvas reflejan la cantidad de

energía disipada durante cada ciclo de carga y presentan un valor pico durante la

transición vítrea.


Se realizó un ensayo oscilatorio dinámico. El procedimiento a seguir aparece recogido

en el MIL-Handbook 17 Volume 1 [Ref.32] y se resume en la Tabla 39.

De este modo, una tensión sinusoidal fue aplicada sobre las probetas extraídas de los

paneles y se midió la deformación resultante junto con la diferencia de fase δ entre las

dos señales sinusoidales. Puesto que el módulo es tensión entre deformación, se

obtuvo el módulo complejo E* y a partir de este y de la diferencia de fase medida, se

calculó el módulo de almacenamiento E’ y el módulo de pérdida E’’. El módulo de

almacenamiento es la componente elástica en relación a la rigidez de la muestra. El

módulo de pérdida es la componente viscosa relacionada con la capacidad de la

muestra de disipar energía mecánica por medio del movimiento molecular. La tangente

de diferencia de fase es otro parámetro común que proporciona información de la

relación entre las componentes elásticas e inelásticas.

Así pues, la temperatura de transición vítrea puede determinarse de varias maneras a

partir de los datos obtenidos del análisis mecánico diferencial. Esta es la fuente de las

diferencias existentes en los valores de Tg reportados. La Tg puede determinarse como

la temperatura en el inicio o en el punto medio de la transición según se tome como

base:

Curva del módulo de almacenamiento: la denominada Tg onset se determina

como la instersección de dos líneas tangentes a la curva del módulo de

almacenamiento. La primera tangente se selecciona a una temperatura anterior

a la transición. La segunda línea tangente se construye en el punto de inflexión

aproximadamente en el punto medio de la caída del módulo de

almacenamiento.

Máximo en el módulo de pérdida: la llamada Tg loss

Máximo en la curva tan δ: la llamada Tg peak


El método utilizado para el cálculo produce marcadas diferencias entre los valores

para un mismo ensayo DMA de hasta 28ºC. la tasa de calentamiento a la que se

realiza el análisis así como la frecuencia empleada también influyen en el resultado. El

valor más bajo en el DMA es normalmente la Tg onset observada en el módulo de

almacenamiento que a menudo es la estimación más aproximada a la temperatura

donde se observa una drástica caída de las propiedades mecánicas.

Tabla 39 Procedimento DMA

ANÁLISIS MECÁNICO DIFERENCIAL (DMA)

Acondicionamiento previo

Durante una semana a 105ºC

Equipo Q800

Frecuencia 1 Hz

Amplitud 15µm (constante)


5ºC/min

Rango de temperaturas

Desde temperatura ambiente hasta 350ºC

Probeta Cantilever simple: la probeta se amordaza en uno de sus extremos y flexionada por la mitad

Atmósfera Nitrógeno

Uso de los datos Los datos se almacenan en el ordenador y se plotean las curvas del

módulo de almacenamiento , módulo de pérdida y tan δ.

Solidificación

La solidificación ocurre cuando el módulo de Young del material comienza a aumentar rápidamente (varios órdenes de magnitud) sobre un estrecho rango de temperaturas. La temperatura de solidificación depende de la tasa de calentamiento y de la frecuencia mecánica. Así pues ambos datos han de proporcionarse cuando las temperaturas de solidificación del DMA se reportan,

Tiempo de solidificación

En el modo isotérmico, el tiempo de solidificación se determina calentando rápidamente una muestra hasta la temperatura deseada y manteniéndola constante mientras se monitoriza el cambio que tiene lugar en el módulo de Young con el tiempo. El tiempo de solidificación se define como el tiempo que tarda el módulo en empezar a aumentar rápidamente (varios órdenes de magnitud).


Se marcaron un total de dos muestras (P1 y P2) como aparece en la Figura 88 por

panel de las cuales extraer los especímenes de laminado sólido del cual se quiere

determinar la temperatura de transición.


Figura 88 Extracción muestras DMA. Panel simple


Se marcaron un total de dos muestras (P1 y P2) (ver Figura 89) por panel de las

cuales extraer los especímenes de laminado sólido del cual se quiere determinar la

temperatura de transición.

Figura 89 Extracción muestras DMA. Panel complejo

5.2.4 Ensayo de pelado de tambor

El ensayo de pelado tambor mide la resistencia al pelado de la unión entre una piel

flexible y el núcleo de una estructura tipo sándwich. Este ensayo se emplea

comúnmente como control de procesos en la fabricación de piezas sandwich a modo

de control del curado y calidad de la unión de la estructura, de hecho dentro de los

paneles de control de proceso se incluyen paneles fabricados exclusivamente para

efectuar este ensayo.


La normativa de ensayo que se tomó como referencia fue la UNE EN 2243-3 [Ref. 34]

la cual forma parte de las normas EN para materiales no metálicos en aplicaciones

aeroespaciales.

En el caso que nos ocupa, la prueba se efectúa sobre probetas extraídas de las piezas

lo que implica que la configuración de las probetas ensayadas no coincide con la

requerida en la normativa ni en lo referente a materiales ni a altura de núcleo.


Las dimensiones de las probetas de pelado tambor se esquematizan en la Figura 90.

Figura 90 Probetas pelado tambor

Las probetas extraídas de los paneles se sometieron a un acondicionamiento previo

durante 16 horas con una humedad relativa del 50±5 % y una temperatura de 23±2ºC.

Este es el periodo mínimo recogido por la norma para paneles de curado a alta

temperatura.

El útil para el ensayo de pelado se esquematiza en la Figura 91. Consiste en un

cilindro o tambor provisto de dos poleas laterales con la que es concéntrico y solidario,

dos flejes de acero de longitud conveniente para la aplicación de la carga y dos

mordazas para la sujección de la probeta. El cilindro contiene en su interior un

contrapeso opuesto a la mordaza con el fin de equilibrar su peso respecto al eje de

giro. El peso del tambor incluyendo sus mordazas, poleas y flejes no supera los 3,5 kg.


Figura 91 Dispositivo de pelado

Este útil se dispuso en una máquina universal de ensayos Zwick Retroline equipada

con una célula de carga de 10kN. Al inicio del ensayo, el laminado se situó tangente al

cilindro tal y como aparece en la Figura 91 y se fijó por uno de sus extremos al mismo

y por el extremo opuesto a la mordaza. La carga se aplicó fijando una velocidad de

separación de las mordazas constante de 25 mm/min. Se registró continuamente el

desplazamiento relativo a la carga aplicada a lo largo del ensayo hasta que ocurrió el

fallo de la probeta. En la Figura 92 aparece un diagrama típico de pelado.

Figura 92 Típico diagrama de pelado tambor


5.2.4.2 Expresión de resultados

La carga F0 es la carga de enrollado en Newtons, es decir, la carga que se necesita

para enrollar la piel alrededor del tambor. La carga Fr es la carga media de pelado y

enrollado en Newtons la cual se determina una vez superada una longitud de pelado

de 125 mm introduciendo el valor medio estimado en el diagrama de la Figura 92.

Los resultados de los primeros 25 mm de separación de pelado del espécimen tras el

primer máximo de carga se excluyen de estimación de la carga media tal y como se

indica en la Figura 92.

El valor de la carga de pelado se obtiene a partir de la ecuación:

𝐹 = 𝐹𝑟 − 𝐹0

La resistencia al pelado (N/cm) se obtiene de:

𝜏 =𝐹

𝑊


La zona delimitada en gris que se indica en la Figura 93 fue la escogida para extraer

las dos probetas que fueron sometidas al ensayo de pelado de tambor (probetas DP1

y DP2). Una de ellas se peló por cara útil y la otra por cara bolsa.

Figura 93 Extracción de muestras pelado tambor. Paneles simples


Las zonas delimitadas en gris que se indican en la Figura 94 fueron escogidas para la

extracción de las dos probetas por núcleo que fueron sometidas al ensayo de pelado

de tambor (probetas DP1 y DP2, DP3 y DP4 Y DP5 y DP6 respectivamente). De cada

par de probetas, una de ellas se peló por cara útil y la otra por cara bolsa.


Figura 94 Extracción de muestras pelado tambor. Paneles complejos

5.2.5 Ensayos mecánicos en paneles de control de procesos

Hasta un total de siete paneles de control de procesos (para cada alternativa de

material autoadhesivo) fueron fabricados y ensayados. La configuración de cada panel

depende del tipo de ensayo mecánico al que estaba destinado y se introdujo en el

Capítulo 3 del presente Proyecto. Se resumen brevemente a continuación lo métodos,

normativa y equipos que fueron empleados en cada uno de dichos ensayos.

5.2.5.1 Ensayo de cortadura interlaminar

Este ensayo aporta información acerca de la calidad de la relación fibra-resina. Se

trata de un ensayo muy frecuente en la recepción y control de producción de

materiales compuestos y por añadidura en el control de procesos de las piezas de

serie. Consiste en determinar la resistencia a la delaminación bajo cargas de cortadura

paralelas a las capas de un laminado. Esta resistencia se conoce bajo el nombre de

resistenicia a cortadura interlaminar “aparente” y es la máxima resistencia a cortadura

calculada a la mitad del espesor del especimen en el momento del primer fallo.

La normativa UNE EN2563 [Ref.35], norma que especifica el método para determinar

la resistencia de cortadura interlaminar de materiales plásticos reforzados con fibra de

carbono en forma de laminados unidireccionales por medio de un ensayo de flexión

fue la normativa seguida a la hora de realizar este ensayo. Esto se debe a que el

método que recoge también puede aplicarse en el caso de materiales plásticos

reforzados con fibra de carbono en forma de tejidos tal y como es el caso que nos

ocupa.

La determinación se realiza sobre una probeta de dimensiones reducidas y sección

transversal rectangular tal y como la que aparece representada en la Figura 95

(derecha) que se ensaya a flexión entre dos apoyos (rodillos). La carga se aplica en el

centro de la probeta por medio de un tercer rodillo situado justo en la mitad de los

apoyos (izquierda). Aunque básicamente el ensayo consiste en una flexión en tres


puntos, dado que la distancia entre apoyos es pequeña, la componente de cortadura

prima sobre la de flexión.

Figura 95 Ensayo de cortadura interlaminar

Las dimensiones tanto de las probetas de ensayo como de los apoyos aparecen

recogidas en la normativa EN2563 [Ref.35] y se indican en la Tabla 40.

Tabla 40 Dimensiones (mm)

SÍMBOLOS VALORES

R1 3 ± 0.1

R2 3 ± 0.1

B 10 ± 0.2

L 20 ± 0.25

Lv 10 ± 0.1

H 2 ± 0.2

De cada uno de los paneles de control de procesos de cortadura interlaminar que se

fabricaron para cada una de las alternativas de material autoadhesivo se extrajeron un

total de 5 probetas de acuerdo a las dimensiones que aparecen en la Tabla 40. Dichas

probetas se sometieron a un acondicionamiento previo al ensayo de acuerdo a la

normativa EN2743 procedimiento B [Ref. 26], durante un tiempo de dos horas con una

humedad relativa del 50±5 % y una temperatura de 23±2ºC. Tras ello, fueron

ensayadas en una máquina universal de ensayos Zwick Retroline equipada con una

célula de carga de 10 kN. Se dispusieron de manera que su eje fuera perperndicular a

sus soportes y se cargaron lentamente, imponiendo una velocidad de desplazamiento

del rodillo de carga constante de aproximadamente 1mm/min. Se registró la carga en

función de la flecha o desplazamiento de dicho rodillo hasta alzanzar la carga de fallo

del espécimen (PR).

5.2.5.1.1 Expresión de resultados

La resistencia a cortadura interlaminar “aparente” se obtiene como sigue:

𝜏 =3 ∙ 𝑃𝑅4 ∙ 𝑏 ∙ ℎ

Donde:

𝜏: es la resistencia a cortadura interlaminar “aparente” (MPa)


𝑃𝑅: es la carga de fallo es decir, la máxima carga registrada en el momento en que

tiene lugar el primer fallo del espécimen (N)

𝑏: es el ancho del espécimen en mm

ℎ: es el espesor del espécimen en mm

5.2.5.2 Tracción plana

En estructuras tipo sandwich es habitual realizar el ensayo de tracción plana de

núcleos para evaluar los valores admisibles de resistencia a la tracción de la unión

adhesivo-núcleo. El método consiste en someter las probetas extraídas del panel

sandwich fabricado para el ensayo a una carga de tracción perpendicular a las pieles

del mismo hasta que tiene lugar su rotura.

Tal y como ya se indicó en el Capítulo 3, se fabricaron paneles sándwich con un

núcleo del mismo material que el de los paneles para el ensayo de tracción plana de

cada una de las alternativas de material siendo la altura del núcleo (12,7 mm)

empleado la única diferencia existente con los núcleos de las piezas.

El ensayo se efectuó de acuerdo a la normativa AITM1-0025 [Ref.36]. Las

dimensiones de las probetas se muestran en la Figura 96. El adhesivo que se empleó

para unir los tacos metálicos al panel sandwich es el adhesivo estructural en película

Scotch Weld AF 163-2 del fabricante 3M. Se sometió las probetas a un curado de 90

minutos de duración a una temperatura comprendida entre 125±5 ºC y a una presión

de 2.8±3 bares.

Figura 96 Probeta para ensayo de tracción plana

El equipo utilizado fue una maquina universal de ensayos Zwick Zetroline equipada

con una célula de carga de 100 kN. El ensayo se realizó a temperatura ambiente. Las

probetas se colocaron en la máquina de manera que no se generasen cargas de


pandeo indeseadas durante el proceso de carga. La carga se aplicó imponiendo una

velocidad constante de 1 mm/min en las mordazas. Se registró el valor máximo de

carga para el que tiene lugar el fallo de la probeta.

Para que el material autoadhesivo desarrolle toda su capacidad portante y no limite la

de la unión piel núcleo, lo deseable es que el fallo tenga lugar en parte del núcleo

garantizando así que la resistencia entre laminado autoadhesivo y núcleo es

adecuada.


La resistencia a la tracción plana se obtiene a partir de la siguiente relación:

𝜎𝐵 =𝐹

𝐿 ∙ 𝑊

Donde:

𝜎𝐵: es la resistencia a tracción plana (MPa)

𝐹: es la carga última (N)

𝐿: es la longitud del espécimen (mm)

𝑊: es el ancho del espécimen (mm)

5.2.5.3 Pelado tambor

Tanto la normativa aplicable como el procedimiento seguido en la realización de este

ensayo sobre los paneles fabricados con este fin, es idéntico al descrito en la sección

5.2.6 del presente Capítulo.

5.2.5.4 Tracción simple

El ensayo de tracción sobre laminados pretende obtener las propiedades de rigidez y

resistencia del laminado. Consiste en aplicar una carga de tracción en los extremos de

una probeta tal y como se refleja en la Figura 97.

Figura 97 Aplicación de carga en ensayo tracción simple


En el caso que nos ocupa, tanto la geometría de las probetas a ensayar, el

procedimiento o técnica experimental empleada, las recomendaciones sobre el ensayo

y los resultados a obtener del mismo se recogen en la normativa UNE EN 2597

[Ref.37]

Figura 98 Configuración probetas de tracción simple según UNE EN 2597

Tal y como puede verse en la Figura 98, las probetas se refuerzan con unos tacos de

vidrio para garantizar que el fallo de las mismas tiene lugar en una zona alejada de la

de aplicación de la carga.


Por medio de una galga extensométrica colocada en las probetas de laminado con

orientación 0º se miden las deformaciones 𝜀𝑥 cuando la probeta se somete a tracción.

A partir de esta medida, de la carga aplicada y de la geometría de la probeta se

determina el módulo de elasticidad del laminado.

𝜎𝑥 =𝐹

𝐴

𝜀𝑥 =∆𝐿

𝑙

𝐸𝑥 =𝜎𝑥𝜀𝑥

Donde:

σx: resistencia a la tracción (MPa)

F: carga última (N)

𝐴: área (mm2)

Ex: módulo de elasticidad longitudinal (GPa)

5.2.5.5 Cuatro puntos de flexión

Este ensayo consiste en someter a flexión una probeta apoyada en sus dos extremos

aplicando carga en dos puntos (flexión en cuatro puntos). La aplicación de carga se

realizó de acuerdo a la normativa AITM1-0018 [Ref.38] tal y como se representa en la

Figura 99. Se ensayaron un total de cinco probetas rectangulares de configuración

sandwich extraídas del panel de control de procesos correspondiente. La cara

sometida a compresión fue la cara bolsa de los paneles.


Figura 99 Esquema de ensayo de cuatro puntos de flexión según AITM1-0018

La carga se aplicó por medio de un útil de ensayo de 100 kN que se situó en una

máquina universal de ensayos Zwick Z100 BS1. La velocidad de desplazamiento de

las mordazas fue de 12 mm/min.

Durante el ensayo se registró tanto la carga total aplicada como el desplazamiento en

el centro de la probeta por medio de un extensómetro.


Los valores que se obtienen del ensayo son la carga última, la máxima deflexión y la

curva fuerza-desplazamiento o F versus donde:

F: carga última (N): la última carga aplicada en el ensayo de flexión.

: deflexión (mm): es el desplazamiento del centro del especimen relativo al cilindro de

acero exterior durante el ensayo.

5.2.5.6 Compresión

Este ensayo se realiza para determinar las propiedades a compresión de laminados

unidireccionales. La carga de compresión se aplica normalmente a la probeta por

cizallamiento en las caras laterales y la forma de aplicarla depende del tipo de probeta,

de la secuencia de apilado y de la norma a aplicar. En este caso, la normativa de

referencia empleada fue la UNE EN 2850 Tipo B [Ref.39].

Se ensayaron un total de cinco probetas con la configuración y dimensiones que

aparecen en la Figura 100 y la Tabla 41.


Figura 100 Probeta para la determinación del

esfuerzo de rotura (Tipo B1)

Tabla 41 Dimensiones de la probeta tipo B1

TIPO DE PROBETA B1

h 2 ± 0.2

H De 4.5 hasta 6

b 12.5 ± 0.2

L De 75 a 80

t 5 + 0.5

Nota:Todas las dimensiones en mm

El ensayo se realizó en una máquina universal de ensayos Zwick Z100 BS1 equipada

con una célula de carga de 100 kN tal y como la que se presenta en la Figura 101 y la

Figura 102. La velocidad de las mordazas se mantuvo constante e igual a 1 mm/min.

Figura 101 Dispositivo de ensayo según

UNE EN 2850 (I)

Figura 102 Dispositivo de ensayo según UNE EN 2850 (II)


La resistencia a compresión se obtiene de:

𝜎𝐶 =𝑃𝑅𝑏 ∙ ℎ

Donde:


𝑃𝑅: carga última (N). El último valor de fuerza registrado durante el ensayo de

compresión.

𝑏: ancho de espécimen (mm)

ℎ: espesor del espécimen (mm)

131 Resultados

6 Resultados

A lo largo de este Capítulo se presentan los resultados obtenidos en todas las

inspecciones y ensayos efectuados sobre paneles simples y complejos presentados

en el Capítulo 5.

6.1 Resultados de ensayos no destructivos

6.1.1 Inspección visual

Se resumen a continuación los principales defectos encontrados durante la inspección

visual de los paneles.

6.1.1.1 Paneles simples

Los tres paneles simples superaron la inspección visual sin que se detectasen

defectos a simple vista por lo que el resultado de la misma puede considerarse

conforme.

6.1.1.2 Paneles complejos

En lo que a los paneles complejos se refiere, en el caso del Material I se detectaron

recogimientos del núcleo mayor del panel que no son más que desplazamientos

laterales registrados en la zona de sándwich ocasionados por el colapso de las

celdillas. Estos desplazamientos se muestran en la Figura 103.

Figura 103 Detalle recogimiento lateral núcleos Panel Complejo I

132 Resultados

En cuanto a los paneles complejos fabricados a partir de los Materiales II y III, se

observaron delaminaciones en la zona de radio por cara útil. Dichas delaminaciones

consisten en una separación o desprendimiento de las capas de material. Al

presentarse en el radio y por la cara útil de la pieza las capas que se delaminan son el

adhesivo, la malla y parte del preimpregnado de fibra de carbono.

Su carácter fue múltiple y a lo largo de todo el radio en el caso del Panel Complejo II

como se muestra en la Figura 104, y singular en el caso del Panel Complejo III tal y

como se ve en la Figura 105.

La aparición de estas delaminaciones no se consideró un defecto específico del

material puesto que se trata de una incidencia que habitualmente se da en este tipo de

piezas en la fabricación de serie actual.

Figura 104 Detalle delaminaciones en radio Panel Complejo II

Figura 105 Delaminación en radio Panel Complejo III

133 Resultados

6.1.2 Ensayo de estanqueidad

Esta sección detalla los resultados obtenidos tras someter los paneles a la prueba de

estanqueidad.

6.1.2.1 Estanqueidad en paneles simples

Los tres paneles presentaron fugas tras ser sometidos a la prueba de estanqueidad

siendo de carácter puntual en los paneles simples I y III y de carácter generalizado en

el panel simple II como puede verse en la Figura 106.

Las fugas se relacionan con la presencia de manchas oscuras en la cara útil de los

paneles tal y como las que pueden verse en la Figura 107.

Figura 106 Fugas ensayo estanqueidad panel Simple II

Figura 107 Detalle fuga puntual

6.1.2.2 Estanqueidad en paneles complejos

Todos los paneles complejos presentaron fugas tras someterse al ensayo de

estanqueidad. Su carácter viene indicado en la Tabla 42.

Tabla 42 Resultados ensayo estanqueidad paneles complejos

PANEL TIPO DE FUGA

Complejo I Generalizada

Complejo II Generalizada

Complejo III Leves fugas en el centro de la pieza

6.1.3 Inspección ultrasónica

Esta sección resume los resultados de la inspección por ultrasonidos efectuada en los

paneles.

134 Resultados

6.1.3.1 Ultrasonidos en paneles simples

Dos fueron las zonas inspeccionadas, laminado (Zona 1) y sándwich (Zona 2). El

resultado de la inspección ultrasónica en los tres paneles simples fue conforme para el

100% de la pieza. Ningún tipo de defecto interno fue detectado en la inspección.

6.1.3.2 Ultrasonidos en paneles complejos

En el caso de los paneles complejos cinco eran las zonas diferenciadas por el

procedimiento de inspección. Los resultados de la inspección ultrasónica en cada una

de las zonas se detallan a continuación en la siguiente Tabla 43.

Tabla 43 Resultado de la inspección ultrasónica por zonas

ZONA PANEL COMPLEJO I PANEL COMPLEJO II PANEL COMPLEJO III

1: Laminado “parte larga”

Conforme Conforme Conforme

2: Núcleo “parte larga”

Conforme Conforme Conforme

3: Radio Conforme No conforme Admisible

4: Laminado “parte corta”

Conforme Conforme Admisible

5 Núcleo “parte corta” Conforme Conforme Admisible

La no conformidad de la inspección ultrasónica en el radio del Panel Complejo II se

encuentra en consonancia con la delaminación observada durante la inspección visual.

Asimismo también se detecta porosidad a lo largo de toda la zona de radios de la

pieza.

En el caso del Panel Complejo III, el resultado de la inspección de los radios y la ·parte

corta” de la pieza tan solo resulta admisible en lugar de conforme. Esto implica que se

obtiene cierta atenuación durante la inspección por pulso eso lo que implica la

presencia de porosidad aunque dentro de unos límites aceptables.

6.1.4 Pesada

El peso registrado para cada uno de los paneles se recopila en la Tabla 44.

Tabla 44 Registro de peso

MATERIAL I MATERIAL II MATERIAL II

SIMPLE COMPLEJO SIMPLE COMPLEJO SIMPLE COMPLEJO

PESO (kg) 1,66 6,6 1,62 6,3 1,68 6,6

135 Resultados

Como se vio en el Capítulo 2, el registro de peso de las piezas se realiza como parte

de la verificación final de las mismas tras ser pintadas. Sin embargo en el caso de

estos paneles, el peso registrado es el de los paneles sin recantear (con una zona de

creces de aproximadamente 15 mm de material extra a lo largo de todo el contorno de

las piezas), sin taladrar, sin operación de sellado de bordes y sin pintura.

6.1.5 Inspección dimensional

Los resultados completos de la medición de espesores en los puntos marcados en

paneles simples y complejos se presentan en el Anexo I.

6.2 Resultados de ensayos destructivos

6.2.1 Resultados de la determinación del volumen de fibra, resina y

huecos

6.2.1.1 Fibra/resina y huecos en paneles simples

La Figura 108 representa las tres zonas dentro de los paneles simples de las que se

obtuvieron las muestras a ensayar. Dentro de cada región M1, M2 y M3 se extrajeron

tres especímenes descartando la zona de laminado más próxima al borde del panel.

Figura 108 Extracción muestras determinación contenido en volumen de fibra, resina y huecos en

paneles simples

Los resultados reportados en la Tabla 46 y la Tabla 46 son los valores medios para

cada una de las tres muestras M1, M2 y M3 y para cada uno de los paneles simples.

136 Resultados

Tabla 45 Resultados densidad y contenido en peso de fibra y resina en paneles simples

PANEL MUESTRA CONTENIDO DE

FIBRA (% PESO ) CONTENIDO EN

RESINA (% PESO)

I

M1 69.47 30.53

M2 69.98 30.02

M3 70.07 29.24

II

M1 61.37 38.63

M2 60.71 39.29

M3 62.86 37.14

III

M1 62.80 37.20

M2 62.82 37.18

M3 63.19 36.81

Tabla 46 Resultados contenido en volumen de fibra, resina y huecos en paneles simples

PANEL MUESTRA CONTENIDO EN

FIBRA (%) CONTENIDO EN

RESINA (%) CONTENIDO EN

HUECOS (%)

I

M1 60.12 39.09 0.79

M2 60.63 38.47 0.90

M3 61.50 37.59 0.91

II

M1 53.62 45.55 0.83

M2 52.90 46.18 0.91

M3 55.19 43.99 0.82

III

M1 54.26 45.14 0.61

M2 54.19 45.06 0.75

M3 54.54 44.63 0.83

6.2.1.2 Fibra/resina y huecos en paneles complejos

La Figura 109 representa las cuatro zonas dentro de los paneles complejos de las que

se obtuvieron las muestras a ensayar. Dentro de cada región M1, M2, M3 y M4 se

extrajeron tres especímenes descartando la zona de laminado más próxima al borde

del panel. Para las muestras M3 y M4 localizadas en la zona de radios, se extrajeron

del laminado más próximo a la “parte corta” del panel.

137 Resultados

Figura 109 Extracción muestras determinación contenido en volumen de fibra, resina y huecos en

paneles complejos

Los resultados obtenidos se reportan en la Tabla 47 y Tabla 48. Se trata de valores

medios para cada una de las cuatro muestras M1, M2, M3 y M4 y para cada uno de

los paneles complejos.

Tabla 47 Resultados densidad y contenido en peso de fibra y resina en paneles complejos

PANEL MUESTRA CONTENIDO DE

FIBRA (% PESO ) CONTENIDO EN

RESINA (% PESO)

I

M1 67.00 33.00

M2 67.58 33.42

M3 68.67 31.33

M4 68.01 31.99

II

M1 59.52 40.48

M2 61.58 38.42

M3 61.60 38.40

M4 63.48 36.52

III

M1 62.57 37.43

M2 63.43 36.57

M3 62.32 37.68

M4 63.45 36.55

138 Resultados

Tabla 48 Resultados contenido en volumen de fibra, resina y huecos en paneles complejos

PANEL MUESTRA CONTENIDO EN

FIBRA (%) CONTENIDO EN

RESINA (%) CONTENIDO EN

HUECOS (%)

I

M1 57.63 41.99 0.38

M2 58.06 41.21 0.74

M3 59.47 40.14 0.38

M4 58.61 40.78 0.61

II

M1 51.68 47.41 0.91

M2 53.96 45.42 0.62

M3 53.88 45.31 0.80

M4 55.82 43.34 0.84

III

M1 54.13 45.49 0.38

M2 54.92 44.47 0.61

M3 53.59 45.52 0.89

M4 54.78 44.34 0.88

6.2.2 Resultados de la inspección macro/micrográfica

Los resultados completos de la inspección macro/micrográfica realizada sobre todos

los paneles simples se presenta en el Anexo II.

Los correspondientes a la inspección macro/micrográfica realizada sobre todos los

paneles complejos se presenta en el Anexo III.

La evaluación de los meniscos efectuada sobre algunas de las macrografías

realizadas se presenta en el Anexo IV.

6.2.3 Resultados de la determinación de la temperatura de transición

vítrea

6.2.3.1 Transición vítrea en paneles simples

La Figura 110 representa las dos zonas dentro de los paneles simples de las que se

obtuvieron las muestras a ensayar. Dentro de cada región P1 y P2 se extrajeron tres

especímenes descartando la zona de laminado más próxima al borde del panel.

139 Resultados

Figura 110 Extracción muestras determinación temperatura de transición vítrea en paneles simples

Los resultados que se recopilan en la Tabla 49 son los valores medios obtenidos en

las muestras P1 y P2 para las temperaturas de transición vítrea que fueron definidas

en el Capítulo 5, sección 5.2.5.

Tabla 49 Resultados temperatura de transición vítrea en paneles simples

PANEL MUESTRA Tg ONSET (ºC) Tg LOSS (ºC) Tg PEAK (ºC)

I P1 204.34 212.71 216.31

P2 204.80 213.22 217.52

II P1 183.49 192.07 195.70

P2 183.00 191.65 195.37

III P1 173.94 182.81 189.77

P2 172.10 181.39 188.44

6.2.3.2 Transición vítrea en paneles complejos

La Figura 111 representa las dos zonas dentro de los paneles complejos de las que se

obtuvieron las muestras a ensayar. Dentro de cada región P1 y P2 se extrajeron tres

especímenes descartando la zona de laminado más próxima al borde del panel.

140 Resultados


complejos

Los resultados que se recopilan en la Tabla 50 son los valores medios obtenidos en

las muestras P1 y P2 para las temperaturas de transición vítrea que fueron definidas

en el Capítulo 5, sección 5.2.5.

Tabla 50 Resultados temperatura de transición vítrea en paneles complejos

PANEL MUESTRA Tg ONSET (ºC) Tg LOSS (ºC) Tg PEAK (ºC)

I P1 206.12 214.51 218.47

P2 205.64 213.48 217.36

II P1 185.33 192.88 196.85

P2 184.44 192.68 196.15

III P1 177.88 186.31 191.53

P2 169.93 179.18 186.82

6.2.4 Resultados del ensayo de pelado de tambor

6.2.4.1 Pelado en paneles simples

La Figura 112 representa la zona dentro de los paneles simples de la que se

obtuvieron las muestras a ensayar. Dentro de la región señalada se extrajeron dos

probetas DP1 y DP2 una para pelar por la cara bolsa y otra para pelar por la cara útil.

141 Resultados

Figura 112 Extracción muestras ensayo de pelado tambor en paneles simples

Los valores de resistencia al pelado obtenidos del ensayo realizado en las muestras

extraídas de los paneles simples se presentan en la Tabla 51 junto con los modos de

fallo observados.

Tabla 51 Resultados del ensayo de pelado de tambor en paneles simples

PANEL MUESTRA ALTURA DEL NÚCLEO (mm)

RESULTADOS

RESISTENCIA AL PELADO (N/cm)

MODO DE FALLO

I DP 1 15 19.45 1

DP 2 15 17.84 1

II DP 1 15 14.91 1

DP 2 15 15.05 1

III DP 1 15 11.58 1

DP 2 15 12.24 1

Nota: Modos de fallo: 1) 100% Delaminación 2) Delaminación con rotura parcial del núcleo (inferior al 20%) 3) Delaminación con rotura parcial del núcleo (superior al 20%)

El modo de fallo obtenido en los tres materiales fue el mismo: delaminación total de las

probetas, un tipo de rotura adhesiva la cual consiste en que toda la resina presente en

el preimpregnado autoadhesivo permanece en tan solo una de las caras de la unión,

en este caso en la piel de la estructura sándwich. Esto puede verse en la Figura 113.

142 Resultados

Figura 113 Ejemplo modo de fallo 1: 100% Delaminación

6.2.4.2 Pelado en paneles complejos

La Figura 114 representa las tres zonas dentro de los paneles complejos de las que se

obtuvieron las muestras a ensayar. Dentro de cada una de las tres regiones señaladas

se extrajeron dos probetas DP1 y DP2, DP3 y DP4 y por último DP5 y DP6 donde una

de ella fue para pelar por la cara bolsa y la otra para pelar por la cara útil.

Figura 114 Extracción muestras ensayo de pelado tambor en paneles complejos

Los valores de resistencia al pelado obtenidos del ensayo realizado en las muestras

extraídas de los paneles complejos se presentan en la Tabla 52 junto con los modos

de fallo observados.

143 Resultados

Tabla 52 Resultados del ensayo de pelado de tambor en paneles complejos

PANEL MUESTRA ALTURA DEL NÚCLEO (mm)

RESULTADOS

RESISTENCIA AL PELADO (N/cm)

MODO DE FALLO

I

DP 1 5

22.92 2

DP 2 21.44 2

DP 3 5

51.66 3

DP 4 23.17 2

DP 5 11

32.00 3

DP 6 25.96 3

II

DP 1 5

38.23 3

DP 2 45.39 3

DP 3 5

47.76 3

DP 4 48.54 3

DP 5 11

16.52 1

DP 6 17.85 1

III

DP 1 5

19.05 2

DP 2 46.78 3

DP 3 5

48.37 3

DP 4 17.05 2

DP 5 11

17.31 1

DP 6 16.92 1


En este caso, las probetas extraídas mostraron una mayor variabilidad en cuanto a

modos de fallo se refiere, apareciendo tanto delaminaciones como delaminación en

combinación con rotura en mayor o menor medida. La Figura 115 presenta el modo de

fallo 2 y la Figura 116 el modo de fallo 3.

Figura 115 Ejemplo modo de fallo 2: Delaminación con rotura parcial de núcleo (<20%)

144 Resultados

Figura 116 Ejemplo modo de fallo 3: Delaminación con rotura parcial de núcleo (>20%)

6.3 Resultados de ensayos mecánicos en paneles de control de

procesos

6.3.1 Cortadura interlaminar

Se reportan en la Tabla 53 los resultados de carga última, resistencia a cortadura

interlaminar “aparente” y modos de fallo correspondientes a todos los especímenes de

cortadura interlaminar ensayados para los tres materiales.

Tabla 53 Resultados del ensayo de cortadura interlaminar

MATERIAL ESPÉCIMEN CARGA

ÚLTIMA PR

(N)

RESISTENCIA A CORTADURA

INTERLAMINAR ‘APARENTE’

(MPa)

MODO DE FALLO

I

1 1897.27 63.21 Cortadura múltiple y flexión





II






III






145 Resultados

6.3.2 Tracción plana

La Tabla 54 presenta los resultados correspondientes a todos los especímenes de

tracción plana fabricados con núcleo de papel de poliamida.

Tabla 54 Resultados del ensayo de tracción plana en probetas con núcleo de papel


ÚLTIMA F (N)

RESISTENCIA A TRACCIÓN

PLANA 𝛔𝐁 (MPa) MODO DE FALLO

I

1 8410.17 3.37 Rotura de núcleo





II

1 6948.98 2.78 Despegue piel/núcleo +

Rotura de núcleo


Rotura de núcleo


Rotura de núcleo


Rotura de núcleo


Rotura de núcleo

III






Los modos de fallo obtenidos para los Materiales I, II y III se presentan en las Figura

117, Figura 118 y Figura 119.

Figura 117 Modo de fallo probetas Material I y núcleo de poliamida: rotura de núcleos

146 Resultados

Figura 118 Modo de fallo probetas Material II y núcleo de poliamida: Despegue piel/núcleo + Rotura

de núcleo

Figura 119 Modo de fallo probetas Material III y núcleo de poliamida: rotura de núcleos

En la Tabla 55 se muestran los mismos resultados pero para las probetas de tracción

plana que fueron fabricadas con núcleo de fibra de vidrio.

Tabla 55 Resultados del ensayo de tracción plana en probetas con núcleo de vidrio


ÚLTIMA F (N)

RESISTENCIA A

TRACCIÓN PLANA 𝛔𝐁 (MPa)

MODO DE FALLO

I

1 9675.80 3.90 Despegue piel/núcleo





II






III






147 Resultados

Los modos de fallo obtenidos en este caso para los Materiales I, II y III se muestran en

la Figura 120, Figura 121 y Figura 122.

Figura 120 Modo de fallo probetas Material I y núcleo de vidrio: despegue piel/núcleo

Figura 121 Modo de fallo probetas Material II y núcleo de vidrio: despegue piel/núcleo

Figura 122 Modo de fallo probetas Material III y núcleo de vidrio: despegue piel/núcleo

6.3.3 Pelado de tambor

Los resultados del ensayo de pelado de tambor efectuados sobre los paneles de

control de procesos correspondientes se indican en la Tabla 56.

148 Resultados

Tabla 56 Resultados del ensayo de pelado de tambor

MATERIAL ESPECIMEN ALTURA DE

NÚCLEO (mm) RESISTENCIA AL PELADO (N/cm)

MODO DE FALLO

I 1

15 20.21 1

2 20.54 1

II 1

15 20.32 1

2 17.55 1

III 1

15 12.01 1

2 12.30 1


El modo de fallo observado en todas las probetas es el mismo, 100% delaminación y

el aspecto presentado en la rotura se corresponde con el que ya fue presentado en la

Figura 113

6.3.4 Tracción simple

Los resultados correspondientes a este ensayo (resistencia a tracción y módulo de

elasticidad) obtenidos en las probetas de control de procesos se recopilan en la Tabla

57 para las tres alternativas de material autoadhesivo.

Tabla 57 Resultados del ensayo de tracción simple

MATERIAL ESPECIMEN RESISTENCIA A LA TRACCIÓN (MPa)

MÓDULO DE ELASTICIDAD (GPa)

I

1 768.86 43.20

2 792.86 64.60

3 758.56 50.80

4 798.48 50.50

5 705.23 52.90

II

1 666.71 56.20

2 672.38 51.50

3 647.71 53.40

4 660.92 53.90

5 706.60 56.60

III

1 735.22 58.70

2 772.94 55.20

3 774.33 55.10

4 749.66 47.40

5 724.82 48.20

149 Resultados

6.3.5 Cuatro puntos de flexión

Se presentan a continuación tanto los resultados numéricos (Tabla 58) como las

imágenes con los modos de fallo observados en los paneles sándwich de control de

procesos sometidos al ensayo de cuatro puntos de flexión (Figura 123, Figura 124 y

Figura 125)

Tabla 58 Resultados del ensayo de cuatro puntos de flexión

MATERIAL ESPECIMEN CARGA

ÚLTIMA (N) DEFLEXIÓN

MÁXIMA (mm) MODO DE FALLO

I 1 702.52 42.06

Rotura a cortadura del núcleo y piel superior

2 851.25 41.43 Rotura a cortadura del núcleo y piel superior

II 1 858.14 43.84



III 1 936.38 49.89



Figura 123 Modos de fallo probetas Material I

Figura 124 Modos de fallo probetas Material II

Figura 125 Modos de fallo probetas Material III

150 Resultados

6.3.6 Compresión

Por último en la Tabla 59 aparecen los resultados del ensayo de compresión efectuado

en los laminados fabricados a partir de los tres materiales preimpregnados

autoadhesivos.

Tabla 59 Resultados del ensayo de compresión

MATERIAL ESPECIMEN CARGA ÚLTIMA (kN) RESISTENCIA A COMPRESIÓN (MPa)

I

1 22.275 674.26

2 21.686 658.60

3 20.708 637.98

4 21.281 640.77

5 22.340 674.76

II

1 17.844 620.87

2 19.123 659.31

3 17.955 631.91

4 19.068 679.00

5 18.484 669.18

III

1 18.131 682.91

2 19.272 737.93

3 17.185 644.82

4 17.505 656.62

5 17.965 661.73

151 Análisis y comparativa


El objetivo de este apartado es el determinar en base a toda la información recopilada,

cuál de los materiales preimpregnados autoadhesivos es más adecuado para adaptar

al proceso de fabricación de los paneles sándwich de alta temperatura. Para ello se

tienen en cuenta tanto características e incidencias observadas durante el proceso de

fabricación, como los resultados obtenidos de los ensayos no destructivos y

destructivos que fueron presentados en el Capítulo 6. Para cada uno de los aspectos

considerados se establece una ordenación de los tres materiales en base a su

comportamiento o calidad de mejor a peor.

7.1 Proceso de fabricación

La Tabla 60 es una compilación de los comentarios y observaciones realizados por los

especialistas durante el proceso de fabricación de los paneles. Para cada una de las

características consideradas en la evaluación clasificatoria se establece una

puntuación del 0 (menos adecuado) al 3 (más adecuado). Las tres alternativas se

ordenan del 1 al 3 según la suma de las puntuaciones obtenidas (1 para la máxima y 3

para la mínima).

Tabla 60 Comparativa de los parámetros de fabricación

MATERIAL I MATERIAL II MATERIAL III

Acción Paneles de

ensayo Puntos

Paneles de ensayo

Puntos Paneles de

ensayo Puntos

Corte de telas + Bueno 3 - Ligero deshilachado

de telas 0 + Bueno 3

Pegajosidad + Buena 3 - Aspecto muy seco

- Baja pegajosidad

0 + Bueno 3

Moldeabilidad + Buena 3 + Buena 3

+ Buena

+ Baja flexibilidad pero

buena adaptabilidad

3

Posicionamiento de telas + Bueno 3

- El protector de las

telas debido a la baja pegajosidad dificulta la operación de apilado

1

+ Bueno

- El protector de telas

se separa con parte de la resina superficial

2

Posicionamiento de núcleo

+ Buena

adherencia. No es necesario el uso de secador

3

- Se requiere el uso de

secador

- El núcleo se desplaza

localmente durante la compactación

0 + Baja adherencia

pero no se requiere el uso de secador

2

Deformación de las telas

No observada1) - - Deformación de las

telas durante el apilado 0 No observada

1) -

Arrugas No observadas1) -

-El protector de telas se

cae durante el apilado produciendo arrugas. Relacionado con las arrugas encontradas en las macros

0 No observadas1) -



Acción Paneles de

ensayo Puntos

Paneles de ensayo

Puntos Paneles de

ensayo Puntos

Adaptabilidad radios

+ Buena durante

el apilado

-Puenteo de los

radios (panel complejo)

1 - Baja pegajosidad 0

+ Buena durante el

apilado

- Riesgo potencial

debido a la baja flexibilidad

- Puenteo de radios

(panel complejo)

1

Desmoldeo

- Ligero springback

en la dirección opuesta a la esperada

2)

- Delaminaciones en el

radio No observado

1)

Aspecto superficial

- Pequeñas

manchas oscuras en cara útil de ambos paneles relacionadas con los malos resultados en el ensayo de estanqueidad

1

- Abundantes

manchas oscuras en cara útil correlacionadas con los malos resultados en el ensayo de estanqueidad en ambos paneles

0

- Pequeñas manchas

oscuras en la cara útil del panel complejo relacionadas con los malos resultados de estanqueidad

+ Buenos resultados

estanqueidad panel simple

2

Recanteado No realizado - No realizado - No realizado -

1) No observado/a implica que no se recibieron comentarios al respecto por parte de la planta durante el proceso de fabricación y por tanto no se dispone de evidencias durante los ensayos

2) No se disponen de medidas acerca del springback

EVALUACIÓN 1 3 2

7.2 Estanqueidad

Los tres materiales presentaron una baja resistencia a la penetración de los fluidos.

Una explicación estaría en una posible incompatibilidad entre los materiales

superficiales (adhesivo y malla de bronce) con el material estructural (prepreg de

carbono y resina epoxy).

La Tabla 61 resume los resultados de las pruebas de estanqueidad en los paneles y

clasifica las tres alternativas en función de su comportamiento en dichas pruebas. Al

igual que la sección anterior, la primera posición se otorga a la opción que presenta

mejores resultados globales.

Tabla 61 Resistencia a la estanqueidad de los fluidos

PANELES MATERIAL I MATERIAL II MATERIAL III

SIMPLE Aceptable No aceptable Aceptable

COMPLEJO No aceptable

Fuga generalizada No aceptable

Fuga generalizada

Aceptable Fugas detectadas pero dentro de los límites permisibles

EVALUACIÓN 2 3 1


7.3 Inspección ultrasónica

Los resultados de la inspección por ultrasonidos que fueron presentados en el Capítulo

6 se encuentran íntimamente relacionados con el comportamiento en estanqueidad de

los paneles y el aspecto interno que presentan las micrografías. Esta relación se

recoge en la Tabla 62.

Tabla 62 Correlación UT con estanqueidad y micrografías


Inspección UT.

Paneles Simples Resultado aceptable Resultado aceptable Resultado aceptable

Inspección UT.

Paneles

Complejos

Resultado aceptable

No aceptable

(Atenuación inaceptable

detectada en el radio)

Resultado aceptable

(aceptable a pesar de las

atenuaciones detectadas en

el laminado de la piel y del

radio)

Correlación de

la inspección

por ultrasonidos

con la

inspección

micrográfica

Laminado

(no presenta porosidad)

Porosidad en el laminado

(no detectada por

ultrasonidos)

Porosidad en el laminado

(detectada por ultrasonidos)

Porosidad en radio (no

detectada por ultrasonidos)

Porosidad /delaminación en

radio (detectada por

ultrasonidos)

Porosidad en radio

(detectada por ultrasonidos)

Porosidad en zona de rampa

(zona no inspeccionada por

ultrasonidos)



ultrasonidos)



ultrasonidos)

Correlación de

la inspección

por ultrasonidos

con el ensayo

de estanqueidad

Panel simple : aceptable Panel simple : no aceptable Panel simple : aceptable

Panel complejo: No aceptable.

Fuga generalizada

Panel complejo: No

aceptable. Fuga generalizada

Panel complejo: aceptable.

Fugas dentro de lo admisible

Porosidad

No detectada por ultrasonidos

Porosidad / Delaminación

Detectada por ultrasonidos

Porosidad

Detectada por ultrasonidos

pero aceptable

EVALUACIÓN 1 3 2


Con toda esa información se establece una clasificación de los materiales en base a

su calidad interna reflejada en los resultados de las inspecciones y sustentada por las

imágenes micrográficas.

7.4 Pesos

En la Tabla 63 se muestra el valor de peso teórico original para los dos paneles. Dicho

peso es el del panel con la configuración de telas definida en la fabricación de serie

actual, recanteado, taladrado, con sellado de cantos y primer. La configuración de

telas en la producción en serie actual se presentó en la Tabla 4 (paneles simples) y la

Tabla 5 (paneles complejos) del Capítulo 3.

Este valor de peso teórico original se actualiza con la nueva configuración de

fabricación (eliminando las capas de adhesivo que rodean el núcleo e introduciendo

las densidades de los nuevos materiales preimpregnados) pero manteniendo el resto

de condiciones (recanteado, taladrado,etc)

Comparando ambos valores de peso es posible ver cuál sería teóricamente la

alternativa que supondría una mejora de peso mayor.

Tabla 63 Mejoras teóricas de peso


PANEL SIMPLE COMPLEJO SIMPLE COMPLEJO SIMPLE COMPLEJO

Valor teórico original (kg)

1.813 7.420 1.813 7.420 1.813 7.420

Valor teórico con nuevos materiales (kg)

1.593 6.345 1.536 6.108 1.609 6.415

Ahorro de peso teórico

kg -0.22 -1.075 -0.277 -1.312 -0.204 -1.005

% -12.134 -14.488 -15.278 -17.682 -11.252 -13.544

EVALUACIÓN 2 1 3

A continuación se trata de ver en la práctica cuál de las tres alternativas supuso un

mayor ahorro de peso real. La Tabla 64 compara los valores de la pesada real

obtenidos en cada panel con el peso teórico esperado en los mismos. Dicho peso

teórico considera una configuración de pieza idéntica a la fabricada (sin recantear ni

taladrar, sin sellado de cantos ni primer) e introduce para cada material el valor de

densidad correspondiente. Para estimar las creces existentes como consecuencia del

no recanteo de los paneles se consideró un exceso de 15 mm de material a lo largo de

todo el contorno de las piezas.

La desviación existente entre ambos valores (teórico y real) es negativa en todos los

casos, es decir, las pesadas reales mejoran el peso teórico estimado. Sin embargo, los

requerimientos de fabricación establecen una tolerancia del ± 7% para el peso de los


paneles lo que dejaría a los Materiales I y III fuera del intervalo admisible y haría del

Material II la alternativa más adecuada.

Tabla 64 Registro de peso


PANEL SIMPLE COMPLEJO SIMPLE COMPLEJO SIMPLE COMPLEJO

Peso (kg) 1.66 6.6 1.62 6.3 1.68 6.6

Valor peso estimado (kg)

1.788 6.699 1.722 6.443 1.807 6.774

Desviación kg -0.128 -0.099 -0.102 -0.143 -0.127 -0,174

% -7.159 -1.478 -5.923 -2.219 -7.028 -2.568

EVALUACIÓN 3 1 2

7.5 Dimensional

Las mediciones de espesores y su desviación frente al valor teórico esperado fueron

presentadas en el Anexo I para paneles simples y complejos. Previamente a analizar

cuál sería la alternativa de material más aceptable en base a la magnitud de dichas

desviaciones hay que tener en cuenta las siguientes consideraciones.

Los paneles simples se fabricaron disponiendo banda rugosa retenedora a lo largo de

todo su contorno y las desviaciones respecto a los espesores nominales registradas

son prácticamente uniformes en todos los puntos donde se efectuó la comprobación

dimensional. En los paneles complejos, tan sólo se dispuso banda rugosa en algunas

zonas determinadas del contorno. La colocación de estas bandas cambia del panel

complejo I a los paneles complejos II y III en los que sí es la misma. Esto se debe a

que este elemento de utillaje auxiliar se empleó en base al criterio y la experiencia de

la persona responsable del apilado de las telas del panel en cuestión.

Observando las desviaciones detectadas en los espesores medidos en los paneles

complejos, se extrae que en aquellas zonas en las que sí se utilizó banda rugosa, las

desviaciones obtenidas son del mismo orden que las obtenidas para el panel simple

del mismo material, mientras que las obtenidas fuera de la zona de banda rugosa son

inferiores.

Para poder obtener unas desviaciones máximas y mínimas de espesores en los

paneles complejos significativas a la hora de comparar con las de los paneles simples,

se consideran por tanto únicamente en el cálculo los puntos correspondientes a zonas

donde se dispuso banda rugosa retenedora. El resultado de todo este análisis se

presenta en la Tabla 65.


Tabla 65 Evaluación dimensional


Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo

Desviaciones paneles simples (%)

-24.3 -28.6 -2.2 -9.9 -17.2 -19.2

Desviaciones paneles complejos (%)

-21.0 -28.1 -3.8 -9.7 -17.0 -22.3

Desviación media observada

-25.5 -6.4 -18.9

EVALUACIÓN 3 1 2

En la fabricación en serie de estos paneles (tanto los simples como los complejos), las

máximas desviaciones de espesor admisibles son de un ± 7%. Por lo tanto ninguno de

los materiales preimpregnados permite obtener unas desviaciones de espesores

admisibles en las zonas de pista de los paneles.

Las desviaciones obtenidas en las zonas donde no se situó la banda rugosa y que no

se consideraron en el cálculo son inferiores pero tampoco se encuentran dentro del

intervalo de tolerancia permitido.

A fin de obtener mayor información, se realiza un segundo análisis usando los

espesores de los paneles de control de procesos monolíticos o laminados (cortadura

interlaminar, tracción simple y compresión) en orden de evaluar la influencia de la

tipología de la pieza (monolítica o sándwich) cuando el resto de circunstancias de

fabricación son las mismas (mismo ciclo, mismos materiales auxiliares empleados,

etc.)

Para ello se toman los valores de espesores medios de estos paneles y se comparan

con los espesores teóricos que les corresponderían en base al material y el número de

capas con las que se fabricaron (indicados en el Capítulo 3 Tabla 3). Estos datos se

resumen en la Tabla 66.

Tabla 66 Espesores paneles monolíticos de control de procesos

MATERIAL

I MATERIAL

II MATERIAL

III

Espesores teóricos paneles cortadura interlaminar

2.142 2.110 2.133

Espesores reales paneles cortadura interlaminar 2.214 2.314 2.168

Espesores teóricos paneles tracción simple 2.380 2.110 2.133

Espesores reales paneles tracción simple 2.564 2.338 2.210

Espesores teóricos paneles compresión 2.380 2.110 2.133

Espesores reales paneles compresión 2.618 2.276 2.126


Analizando los espesores de los paneles de control de procesos se observan

diferencias significativas entre los espesores reales obtenidos en los paneles de

tracción simple y compresión fabricados a partir del Material I con los fabricados con

los Materiales II y III. Tras revisar las órdenes de producción de dichos paneles se

detectó el problema; fueron fabricados con una configuración de 10 telas de prepreg

en lugar de 9 tal y como se hizo en el panel de cortadura, de ahí el gran salto de

espesor existente de unos paneles a otros.

La Tabla 67 muestra las desviaciones frente al espesor teórico para cada uno de los

laminados y materiales. En todos los casos son desviaciones positivas es decir sobre-

espesores. Se tiene pues, el caso contrario al observado en las zonas de laminado de

los paneles sándwich donde se observaba una pérdida de espesor generalizada en la

zona.

Tabla 67 Evaluación dimensional paneles laminado sólido


Desviaciones paneles cortadura interlaminar (%) +3.36 +9.67 +1.64

Desviaciones paneles tracción simple (%) +7.73 +10.80 +3.61

Desviaciones paneles compresión (%) +10.0 +7.87 -0.33

Desviación media (%) +7.03 +9.45 +1.64

EVALUACIÓN 2 3 1

En la Tabla 68 se calcula cuál fue la desviación media de espesor encontrada por

proceso y qué intervalo de desviación frente al valor nominal se obtuvo para cada

material considerándose tanto menos adecuado cuanto mayor sea dicho intervalo.

Tabla 68 Evaluación dimensional por proceso (monolítico/sándwich)


Panel laminado

Individual (%)

+3.36 +7.73 +10.0 +9.67 +10.80 +7.87 +1.64 +3.61 -0.33

Media (%) +7.03 +9.45 +1.64

Panel sándwich simple

Mínima (%)

-24.3 -2.2 -17.2

Máxima (%)

-28.6 -9.9 -19.2

Panel sándwich complejo

Mínima (%)

-21.0 -3.8 -17.0

Máxima (%)

-28.1 -9.7 -22.3

Panel sándwich

Media (%) -25.5 -6.4 -18.9

Amplitud intervalo de desviación (de laminado a sándwich) (%)

32.53 15.85 20.54

EVALUACIÓN 3 1 2


Tras todas las evaluaciones realizadas la clasificación final de los materiales

autoadhesivos en función de su calidad dimensional se resume en la Tabla 69.

Tabla 69 Evaluación calidad dimensional

MATERIAL

I MATERIAL

II MATERIAL

III

Dispersión en las medidas 3 1 2

Desviación respecto al espesor nominal

Laminado 2 3 1

Sándwich 3 1 2

EVALUACIÓN 3 1 2

7.6 Contenido en fibra, resina y huecos

Resulta necesario a la hora de evaluar la calidad interna de los paneles analizar el

porcentaje de resina en peso obtenido en las muestras extraídas ya que se dispone de

un requerimiento para este valor que fue suministrado por cada uno de los

proveedores de material preimpregnado.

De este modo, en la Tabla 70 se estudia cuáles fueron las desviaciones registradas

frente a cada valor nominal proporcionado. Junto a estos valores se presenta también

un importante indicador de calidad interna como es el porcentaje en volumen de

huecos obtenido.

Tabla 70 Análisis resultados ensayo según UNE EN 2564

MATERIAL PROPIEDAD Contenido en

peso de resina1)

Contenido en volumen de

huecos

I

Panel simple Valor medio 29.93 0.87

Desviación -33.5 +0.87

Panel complejo Valor medio 32.19 0.53


II





III





1) Los valores de referencia para el contenido de resina suministrados por los fabricantes son:

Material I: 45% Material II: 43% Material III:44%


Todas las desviaciones respecto al porcentaje en peso nominal de resina son

negativas en todos los paneles lo cual está estrechamente relacionado con los bajos

espesores registrados en la zona de pistas. A mayor desviación del porcentaje de

resina en peso, menores espesores. Por este motivo la clasificación de los materiales

en cuanto a calidad dimensional y en cuanto a contenido en resina es coincidente.

El contenido en huecos es similar en los tres materiales y se encuentra por debajo del

2% que es el máximo porcentaje de porosidad que se considera admisible en un

laminado sólido de material compuesto.

Tabla 71 Evaluación de los contenidos en resina y huecos

PROPIEDAD MATERIAL I MATERIAL II MATERIAL III

Contenido en peso de resina (%) 31.06 38.41 37.06

Desviación del contenido teórico de resina (%)

-31 -10.7 -15.8

Contenido en huecos (%) 0.70 0.84 0.71

EVALUACIÓN 3 1 2

7.7 Temperatura de transición vítrea

Como se indica en la Tabla 72 se comprueba que se cumple el requerimiento existente

para los materiales preimpregnados de curado a alta temperatura que implica que la Tg

ONSET debe ser como mínimo 160ºC en las tres alternativas de material. Por cumplirse

en los tres casos, las tres alternativas se consideran idénticamente válidas en lo

referente a este parámetro.

Tabla 72 Temperaturas de transición vítrea

PROPIEDAD MATERIAL I MATERIAL II MATERIAL III

Temperatura de transición vítrea Tg ONSET (ºC)

205.03 184.07 173.46

EVALUACIÓN 1 1 1

7.8 Imágenes macro/micrográficas

La inspección macro/micrográfica de los paneles se realizó de cara a comprobar la

existencia de toda una serie de posibles defectos que afectan a la calidad interna de

las piezas. La Tabla 73 considera los defectos más significativos y si fueron

detectados o no durante la inspección a la vez que establece una clasificación de los

materiales en función de su calidad interna.


Tabla 73 Evaluación de la calidad interna

CARACTERÍSTICA MATERIAL I MATERIAL II MATERIAL III

Porosidad

Laminado (no presenta porosidad)

Porosidad en radio


Ligera porosidad en laminado

Porosidad en radio


Porosidad en laminado

Porosidad en radio


Delaminación No observada Observada en el radio del

panel complejo No observada

Ondulación de fibras, arrugas

No observadas excepto: - Cerca de los límites del

núcleo y las áreas de chaflán

- Radio (panel complejo)

No observadas excepto: - Cerca de los límites del

núcleo y las áreas de chaflán

- Radio (panel complejo)

No observadas

Orientación de las fibras

Correcta Correcta Correcta

Telegraphing Observado en todos los

paneles Observado en todos los

paneles Observado en todos los

paneles

Rotura de celdillas

No observada. (Solo colapso de núcleo en

el panel complejo en la zona donde no se dispuso

banda rugosa)

No observada. Solo alguna rotura/

separación de las paredes de las celdillas en el panel

complejo

No observada

Acumulaciones de resina

Observada entre el laminado y el núcleo (inicio

de la zona de rampa)

No observada (ligera presencia entre el laminado y el núcleo al

inicio de la zona de rampa)

Observada entre el laminado y el núcleo (inicio de la zona de

rampa)

EVALUACIÓN 1 3 2

Cabe destacar que la porosidad en los laminados de la zona de pistas no se considera

relevante puesto que no fue detectada por ultrasonidos y que el contenido en volumen

de poros se halla por debajo del máximo valor admisible para este parámetro. La

porosidad más relevante fue aquella detectada por ultrasonidos en el radio del Panel

Complejo II.


En cuanto a las acumulaciones de resina detectadas en la zona de rampa están

relacionadas con la desviación del valor nominal en peso de resina detectado en el

laminado y la pérdida de espesor.

Una característica muy importante en la evaluación de las propiedades adhesivas del

preimpregnado es la formación de menisco por parte de la resina del prepreg en la

interfase de unión piel/núcleo. La calidad de dicha unión es altamente dependiente de

la forma y el tamaño del menisco creado.

Figura 126 Formación de meniscos en paneles sándwich

Una curva de resina se forma en la interfase entre el laminado y las paredes de las

celdillas del núcleo honeycomb a medida que la viscosidad desciende con el aumento

de la temperatura que tiene lugar durante el proceso de curado. La resina experimenta

un fenómeno de capilaridad formándose un menisco entre la piel y la celdilla del

núcleo “honeycomb”. La resina cura en esta forma originándose un arco o curva.

Figura 127 Detalle menisco resina

Por tanto, adicionalmente a la obtención de las imágenes macro/micrográficas se

efectuó una medición de los meniscos formados en caras bolsa y útil para cada uno de

los materiales en estudio. La Tabla 74 analiza las características que son

determinantes en la calidad de la unión.


Tabla 74 Evaluación de la calidad de la interfase piel/núcleo


Panel simple Panel

complejo Panel simple

Panel

complejo Panel simple

Panel

complejo

Cara bolsa

Cara útil

Formación

menisco

resina

+ Buena

formación (caras bolsa & útil)

+ Misma altura

en meniscos izquierdo y derecho

+ Formación de

menisco (caras bolsa & útil)

- Diferente altura


- Pobre

formación de meniscos (caras bolsa & útil)

- Diferente altura


- Pobre


- Diferente altura


- Pobre


+ Misma altura


+ Inconsistente

formación de meniscos

- Diferente altura


Distorsión de las celdillas

+ Sin distorsión

en las celdillas

- Distorsión

global y telegraphing

+ Sin distorsión

en las celdillas

- Distorsión


+ Sin distorsión

en las celdillas

- Distorsión


Sangrado de resina

- Elevado

sangrado de resina de cara bolsa a cara útil

- Elevado


- No existe flujo

de resina (pobre formación de menisco)

- No existe flujo


- No existe flujo


- Elevado


EVALUACIÓN 1 3 2

7.9 Pelado de tambor

El ensayo de pelado de tambor se efectuó tanto en paneles simples y complejos como

en los paneles de control de procesos con el fin de evaluar las propiedades adhesivas

de los materiales preimpregnados en base a los resultados obtenidos de resistencia al

pelado y a los modos de fallo observados.

Para las probetas obtenidas de los paneles simples y complejos, si se tiene en cuenta

el modo de fallo reportado en el Capítulo 6, sección 6.2.4 en relación a la altura del

núcleo de la probeta ensayada, se observa que para los especímenes con alturas de

núcleo inferiores a la recomendada en la normativa empleada UNE EN 2243-3 (>12

mm) los resultados obtenidos no resultan representativos ya que el modo de fallo

presenta una rotura parcial del núcleo. En los resultados de resistencia obtenidos para

esos modos de fallo es más significativo el aporte de resistencia del núcleo en lugar de

la adhesividad aportada por la unión laminado/ núcleo.


Para realizar una valoración de las propiedades adhesivas a partir de los resultados

obtenidos en el ensayo, en el caso de los paneles complejos se obviaron los

resultados obtenidos en los especímenes con una altura de núcleo baja (5 mm) y tan

sólo se mantuvieron los resultados correspondientes a los núcleos de altura de 11 mm

siempre y cuando el modo de fallo no implicase rotura del núcleo. Debido a esta

condición no pudieron considerarse los valores del panel complejo para el caso del

Material I ya que el modo de fallo en el núcleo de 11 mm supuso una rotura parcial de

este.

Tabla 75 Evaluación de la resistencia al pelado

PANEL ALTURA (mm) MATERIAL I MATERIAL II MATERIAL III

SIMPLE 15 18.7 15.0 11.9

COMPLEJO 11 - 17.2 17.1

CONTROL 12,7 20.4 18.9 12.2

EVALUACIÓN 1 2 3

No se dispone de unos requerimientos de resistencia al pelado para estos materiales

sin embargo, un valor de referencia para materiales autoadhesivos de curado a alta

temperatura son 27 N/cm. Por lo tanto todas las alternativas estarían por debajo de

dicho requerimiento como se muestra en la Figura 128.

Figura 128 Resistencia al pelado frente al requerimiento


7.10 Cortadura interlaminar

El objetivo de este ensayo mecánico era determinar la resistencia a la delaminación

bajo fuerzas de cortadura paralelas en los laminados sólidos fabricados a partir de las

tres alternativas de material preimpregnado autoadhesivo.

Puesto que no se dispone de requerimientos de resistencia a cortadura interlaminar

“aparente” para los materiales autoadhesivos, se opta por comparar los valores

mínimos y medios contra el criterio de aceptación actualmente empleado en los

controles de procesos para paneles de cortadura de alta temperatura (55 MPa

requerimiento mínimo individual y 60 MPa requerimiento mínimo en media). Todos los

valores cumplirían con los requerimientos exigidos como puede verse en la Figura

129.

Figura 129 Resistencias a cortadura interlaminar “aparente” individual y media frente a

requerimientos

Las tres alternativas de material preimpregnado autoadhesivo resultan igual de

aceptables ya que todas ellas cumplen los requerimientos.

Tabla 76 Evaluación del ensayo de cortadura interlaminar

PROPIEDAD UNIDAD MATERIAL I MATERIAL II MATERIAL III

Mínimo Medio Mínimo Medio Mínimo Medio

Carga última N 1897.27 1957.57 2026.67 2108.44 1680.23 1823.85

Resistencia a cortadura interlaminar “aparente”

MPa 63.21 65.91 66.43 68.14 58.06 62.94

Modo de fallo Conforme

Cortadura múltiple /flexión

Conforme Cortadura múltiple

/flexión

Conforme Cortadura múltiple

/flexión

EVALUACIÓN 1 1 1


7.11 Tracción plana

Este ensayo mecánico permite evaluar el nivel de autoadhesión de los materiales

preimpregnados bajo estudio al núcleo por medio de la resistencia a la tracción sobre

el lado plano desarrollada en la unión piel/ núcleo.

Tabla 77 Evaluación del ensayo de tracción plana



Resistencia a tracción plana (núcleo de papel)

MPa 3.28 3.42 2.59 2.82 3.27 3.40

Modo de fallo (núcleo de papel) Rotura de núcleo Despegue

piel/núcleo + rotura de núcleo

Rotura de núcleo

EVALUACIÓN 1 3 1

Los modos de fallo presentados por los Materiales I y III son válidos ya que consisten

en una rotura del núcleo de papel de poliamida lo que implica que el valor de

resistencia a tracción plana registrado es debido tan solo a la resistencia ejercida por

el núcleo mientras que la resistencia de la unión piel/núcleo tendría un valor superior

Para el caso del Material II, la rotura mixta presentada se considera no válida ya que

no permite evaluar cuál fue la influencia de la rotura del núcleo en el valor de

resistencia registrado.

Puesto que el papel de poliamida es el material empleado en la fabricación de los

paneles de serie, es la adhesividad de los materiales preimpregnados a este tipo de

núcleos la que se evalúa y tiene en cuenta en la clasificación global de las tres

alternativas. No obstante, a fin de obtener más información sobre el valor de la

resistencia a tracción plana de las tres posibles uniones, se fabricaron unos paneles

de control de proceso adicionales empleando un núcleo de vidrio en lugar de uno de

papel. En este caso, dado que el núcleo empleado presenta una mayor resistencia, el

fallo de las probetas tiene lugar por despegue de la unión piel/núcleo y es posible

evaluar la resistencia a la tracción plana de la misma.

Tabla 78 Evaluación paneles de control adicionales



Resistencia a tracción plana (núcleo de vidrio)

MPa 3.90 4.57 4.18 4.79 4.48 4.67

Modo de fallo Despegue piel/núcleo

Despegue piel/núcleo

Despegue piel/núcleo (*)

(*) Sólo en 2/5 probetas, en las 3 restantes parte del núcleo se fracturó


Para el Material III se descartaron las probetas en las que parte del núcleo se fracturó.

Como medida de referencia para comprobar si la resistencia a la tracción plana de la

unión obtenida resulta aceptable se utilizan los requerimientos mínimo y medio

actualmente utilizados para dar conformidad al control de procesos de tracción plana

del material autoadhesivo de curado a baja temperatura. (4.0 MPa requerimiento

mínimo individual y 4.5 MPa requerimiento mínimo en media).

En la Figura 130 puede verse como la combinación del Material II con el núcleo de

vidrio sería la que permite obtener unos mejores resultados de resistencia, sin

embargo en el panel de control de proceso del Material II con el núcleo de papel de

poliamida esta fue la peor opción implicando un despegue de la unión a resistencias

muy bajas.

Figura 130 Resistencias a tracción plana individual y media frente a requerimientos

7.12 Tracción simple

El ensayo mecánico de tracción plana efectuado proporciona información acerca de

las propiedades de resistencia a la tracción simple y del módulo de elasticidad de los

laminados fabricados a partir de los tres materiales autoadhesivos objeto de estudio

del presente Proyecto.

Para evaluar si el comportamiento en tracción de los laminados es o no satisfactorio se

comprueba que todos ellos cumplan los requerimientos de resistencia a tracción

actualmente exigidos a los materiales preimpregnados de alta temperatura (475 MPa

requerimiento mínimo individual y 500 MPa requerimiento mínimo en media) así como

los requerimientos para el módulo de elasticidad a tracción (que debe estar

comprendido entre 47 y 63 GPa).


Figura 131 Resistencias a tracción simple individual y media frente a requerimientos

Figura 132 Módulo de elasticidad frente a requerimientos

Las tres alternativas de material preimpregnado autoadhesivo resultan igual de

aceptables ya que todas ellas cumplen los requerimientos.

Tabla 79 Evaluación del ensayo de tracción simple



Resistencia a tracción simple

MPa 705.23 764.80 660.92 670.86 724.82 751.39

Módulo de elasticidad GPa 43.20 52.4 51.50 54.32 47.40 52.92

EVALUACIÓN 1 1 1


7.13 Cuatro puntos de flexión

Al igual que los ensayos mecánicos de pelado de tambor y de tracción plana, este

ensayo permite evaluar las propiedades de adhesividad del material preimpregnado

autoadhesivo al núcleo a través de los resultados obtenidos de carga última soportada

por el panel sándwich así como la máxima deflexión que es capaz de experimentar

hasta rotura.

Para efectuar la evaluación se comprueba si el requerimiento de carga última a flexión

exigido en paneles sándwich de alta temperatura (valor mínimo de 1300 N) se cumple.

Tal y como se deduce de la Figura 133 ninguno de los materiales alcanza los valores

de carga última requeridos.

Figura 133 Carga última frente a requerimiento

A la luz de los resultados obtenidos las tres opciones de material autoadhesivo

presentan un comportamiento similar e igualmente inadecuado en lo que a

comportamiento a flexión se refiere.

Tabla 80 Evaluación del ensayo de cuatro puntos de flexión



Carga última N 702.52 776.88 784.59 821.37 936.38 957.79

Deflexión mm 41.43 41.75 42.57 43.21 49.21 49.55

Modo de fallo

Rotura a cortadura del núcleo y piel

superior


superior


superior

EVALUACIÓN 3 3 3


7.14 Compresión

Con este ensayo mecánico se verifican las propiedades a compresión de un laminado

unidireccional fabricado a partir de cada una de las alternativas de material

preimpregnado autoadhesivo.

Como valores de referencia frente a los que comparar la resistencia a compresión

obtenida se toman los requerimientos de resistencia a compresión actualmente

exigidos para los laminados de preimpregnado carbono/epoxy de alta temperatura

(requerimiento mínimo individual 500 MPa; requerimiento mínimo en media 550 MPa).

Todos los valores obtenidos en los laminados de los tres materiales autoadhesivos se

encuentran por encima de los requerimientos (ver Figura 134) lo que convierte a las

tres alternativas en igualmente adecuadas en el comportamiento a compresión.

Figura 134 Resistencia a compresión individual y media frente a requerimientos

Tabla 81 Evaluación del ensayo de compresión



Resistencia a compresión

MPa 637.98 657.27 620.87 652.05 644.82 676.80

EVALUACIÓN 1 1 1

171 Conclusiones

8 Conclusiones

A la vista de todos los resultados obtenidos es posible concluir que no se alcanzarían

los niveles de calidad actualmente exigidos para los paneles de serie fabricándolos

con ninguna de las tres alternativas de material autoadhesivo introduciéndolos dentro

del proceso de fabricación actualmente definido en la planta para los paneles de alta

temperatura (manteniendo el resto de materiales tanto estructurales como auxiliares,

utillaje, ciclo de curado, etc). Las discrepancias obtenidas frente a los valores

nominales definidos según plano tanto para espesores como para peso resultan

intolerables de cara a la producción en serie de estos paneles ya que implican

reducciones de la capacidad portante de carga de los mismos

Sin embargo resulta conveniente concluir de las tres alternativas cuál fue la que

obtuvo mejores resultados considerando el proceso global de cara a analizar qué tipo

de problemas presenta y cuáles aspectos habrían de ser modificados para conseguir

mejoras en la calidad final de las piezas fabricadas. La clasificación final para los tres

preimpregnados autoadhesivos se resume en la Tabla 82.

Tabla 82 Clasificación global materiales preimpregnados

CARACTERÍSTICA MATERIAL

I MATERIAL

II MATERIAL

III

PROCESO DE FABRICACIÓN 1 3 2

PRUEBA DE ESTANQUEIDAD 2 3 1

INSPECCIÓN POR ULTRASONIDOS 1 3 2

PESOS 3 1 2

ESPESORES 3 1 2

%RESINA, %HUECOS 3 1 2

TEMPERATURA DE TRANSICIÓN VÍTREA 1 1 1

ASPECTO MICROGRÁFICO 1 3 2

FORMACIÓN MENISCOS 1 3 2

COMPORTAMIENTO A PELADO 1 2 3

COMPORTAMIENTO A CORTADURA INTERLAMINAR

1 1 1

COMPORTAMIENTO A TRACCIÓN PLANA 1 3 1

COMPORTAMIENTO A TRACCIÓN SIMPLE 1 1 1

COMPORTAMIENTO A FLEXIÓN 3 3 3

COMPORTAMIENTO A COMPRESIÓN 1 1 1

TOTAL 24 30 26

CLASIFICACIÓN GLOBAL 1 3 2

172 Conclusiones

En base a las puntuaciones obtenidas, el Material I fue el que obtuvo unos mejores

resultados seguido de los Materiales III y II.

Desde el punto de vista de fabricación, el Material I presenta algunas características

superiores a las del material actualmente empleado en la fabricación en serie, entre

otras la moldeabilidad, la capacidad de posicionamiento (levantamiento de capas y

reposicionamiento de las mismas) y la mejor adaptación de telas conseguida en las

zonas de radio.

Sin embargo, en lo que a calidad interna final de las piezas se refiere, a pesar de

liderar la clasificación se trata del Material que mayores desviaciones de espesores /

peso presentó. Estas divergencias se encuentran en consonancia con la notable

desviación obtenida en las zonas de laminado del porcentaje de resina en peso

respecto al porcentaje teórico de la que partía el material.

Una de las principales razones para esta desviación podría hallarse en las

discrepancias existentes entre el ciclo de curado teórico definido para este Material por

su proveedor, y el ciclo que fue empleado en la fabricación de los paneles (el definido

en la planta para los paneles de curado a alta temperatura). La diferencia fundamental

entre ambos consiste en el número de etapas en las que se realiza el curado de la

resina. En la propuesta teórica, el curado se realiza en dos etapas, un primer escalón

de residencia y un segundo de curado propiamente dicho, mientras que en el ciclo de

planta utilizado, el curado se efectúa en una sola etapa a la máxima temperatura de

curado posible.

En los ciclos de doble escalón, durante el primer escalón de “dwell” o residencia se

mantiene la resina epoxy a una temperatura por debajo de su temperatura de curado

por un periodo especifico de tiempo con el fin de producir un determinado grado de

activación. El principal motivo para definir este tipo de intervalo es el de controlar el

flujo de la resina del material preimpregnado. Esto explicaría que el someter el Material

I a un ciclo de curado que elimina esta etapa y que somete el material directamente a

la máxima temperatura de curado, traiga consigo consecuencias negativas en cuanto

al comportamiento de la misma. Además para el caso que nos ocupa, el escalón de

“dwell” propuesto se haría sin aplicación de presión, mientras que en el ciclo de curado

realizado, el Material I se sometió a la máxima presión de curado (45 psig)

prácticamente desde el inicio del ciclo.

Como consecuencia, se observa un flujo significativo de la resina de las telas de

preimpregnado de las telas que conforman el laminado hacia las zonas de rampa de

los paneles sándwich originándose acumulaciones en las primeras celdillas de la zona

de transición. Esto se traduce en una disminución del espesor en las zonas de

laminado sólido.

Cabe destacar que dicha disminución de encuentra influenciada por el uso de bandas

rugosas. La utilización de este tipo de elemento de utillaje auxiliar colocado en las

inmediaciones del borde de las piezas, a pesar de resultar generalmente beneficioso a

la hora de minimizar defectos como el recogimiento de los núcleos y también contribuir

positivamente a la hora de conseguir los espesores requeridos, en este caso sin

173 Conclusiones

embargo hace que se tengan reducciones de espesor aún mayores lo que constituye

un efecto no deseado.

La explicación se haya en que su presencia minimiza el flujo de resina desde los

bordes de la pieza hacia las zonas de rampa por lo que la resina que se acumula en

estas zonas ha fluido no desde el borde sino desde una zona situada más al interior

del laminado, que además es coincidente con la zona donde se realiza la inspección

dimensional que es la que vería más reducido su espesor. En ausencia de banda

rugosa, el flujo de resina hacia las zonas de rampa tiene lugar desde los bordes de la

pieza hacia dentro hasta la transición con el núcleo, lo que hace que la disminución de

espesor experimentada en la zona donde se inspecciona dimensionalmente la pieza

sea menor.

En efecto, del análisis de resultados de la inspección dimensional, se observa que la

disminución de espesor experimentada es mayor en aquellas zonas del Panel

Complejo I donde se introdujo banda rugosa en el contorno y resultan del mismo orden

que las existentes en el Panel Simple I donde la banda se dispuso en todo el perímetro

de las piezas. Esas pérdidas de espesor no son aceptables ya que supondrían una

drástica disminución de los admisibles de carga que se requieren en estos paneles.

El pobre comportamiento a estanqueidad de los fluidos presentado por los paneles

fabricados con este Material también se halla relacionado con las fugas de resina.

Una posible causa del aumento de las mismas podría estar en la incompatibilidad

entre los materiales superficiales (adhesivo y malla de bronce) con el preimpregnado

autoadhesivo. No obstante, esta hipótesis habría de ser demostrada.

En cuanto a los niveles de porosidad presentados, otro de los factores clave en cuanto

a calidad interna de una pieza, la observada en todos los paneles durante la

inspección micrográfica no resulta significativa puesto que no es detectable por

ultrasonidos y no comprometería el comportamiento estructural de las piezas.

Asimismo los resultados para el volumen de huecos en las zonas laminadas resultan

aceptables.

Otro de los problemas encontrados en las piezas fabricadas en este Material,

concretamente en el Panel Complejo I fue el recogimiento de núcleos. Este defecto se

dio en una de las zonas donde fue omitido el uso de banda rugosa lo que unido al

hecho de que el ciclo de curado empleado implica aplicar unos niveles de presión muy

superiores y en un estado del curado del Material anterior al teóricamente

recomendado favoreció la aparición de este fenómeno. El también presente

“telegraphing” podría ser otra consecuencia negativa de la aplicación excesiva de

presión durante las primeras etapas del curado.

A la hora de certificar las propiedades autoadhesivas, la observación de los meniscos

originados por la resina del preimpregnado en la interfase núcleo/ revestimientos

resulta un parámetro de relevancia significativa. En el caso del Material I, la formación

de meniscos resultó satisfactoria tanto en lo que a morfología como tamaño de los

mismos se refiere por lo que es posible garantizar una correcta adhesión entre ambos

componentes. Los resultados de resistencia de la unión al pelado que se obtuvieron en

174 Conclusiones

las pruebas de pelado tambor en paneles simples y complejos, no resultan del todo

significativos debido a las diferencias existentes con la configuración de probeta de

pelado definida en la normativa en cuanto a materiales y dimensiones (espesor de

núcleo). Los requerimientos de resistencia al pelado generalmente definidos en las

especificaciones de los materiales preimpregnados se refieren a probetas que

respetan exactamente esa configuración (núcleos metálicos y espesor de 12.7 mm).

Los valores obtenidos en paneles de control de procesos que resultan los más

similares a los paneles estándar de la normativa se encuentran más próximos a dicho

requerimiento.

Los resultados de la resistencia de la unión a tracción plana obtenidos permiten

demostrar que para el caso de los núcleos generalmente empleados en los paneles

(papel de poliamida), la resistencia generada en la unión es mayor que ofrecida por el

núcleo por lo que el fallo de producirse lo haría por este y no por la interfase tal y como

se desea.

Finalmente para el resto de ensayos mecánicos efectuados los resultados fueron

globalmente aceptables a excepción de los del ensayo de cuatro puntos de flexión.

Hay que destacar sin embargo que no se disponía de admisibles o requerimientos

específicos para materiales preimpregnados de alta temperatura por tratarse de

materiales en fase aún experimental.

En resumen, se deduce que las diferencias existentes entre el ciclo de curado teórico

propuesto por el fabricante para este material y el ciclo de curado disponible en la

planta, tienen una influencia significativa en el aspecto y la calidad finales de la pieza

fabricada.

En caso de que se decidiese apostar por implantar esta alternativa y continuar con la

calificación del Material para su uso en la planta, resultaría fundamental ahondar en el

estudio de varios factores:

Influencia de la presencia del escalón de residencia o “dwell” en las

propiedades del Material I prestando especial atención a la fluidez observada

en la resina.

Influencia de los niveles de presión a los que se somete el material durante el

curado en su comportamiento durante el mismo prestando especial atención a

sus efectos en la fluidez de la resina.

Influencia de la utilización de banda rugosa retenedora en los espesores

obtenidos en las pistas así como en el recogimiento de los núcleos de los

paneles.

Compatibilidad del material preimpregnado autoadhesivo (Material I) con el

adhesivo superficial y malla de bronce actualmente utilizados.

175 Conclusiones

Solicitación de valores admisibles para los ensayos mecánicos a modo de

poder verificar si los resultados obtenidos resultan aceptables.

Todo apunta a que la mejor solución posible para conseguir un mejor comportamiento

del Material I sea realizar modificaciones sobre el ciclo de curado de alta temperatura

dividiendo la etapa de polimerización o curado en dos escalones. La suma de los

máximos tiempos de estabilización de los dos escalones en el ciclo teórico del Material

I es del orden del máximo tiempo de estabilizacion definido en el ciclo de alta de la

planta. Por otra parte, la suma de los dos máximos de tiempo de calentamiento en dos

escalones es inferior al máximo permitido en el de un escalón por lo que sustituir un

ciclo por otro no supondría incrementar los tiempos de curado en autoclave necesarios

ya que prácticamente coincidirían con los actualmente existentes en la producción en

serie.

Para descartar cualquier posible incompatibilidad entre los materiales superficiales

(adhesivo y malla de bronce) y el Material I resultaría interesante consultar cuáles son

las recomendaciones del proveedor en cuanto a estos y efectuar pruebas para

determinar si el comportamiento en estanqueidad se ve comprometido en ese caso.

Finalmente, para conseguir mejores espesores una posible alternativa sería introducir

refuerzos de material preimpregnado en las zonas de pista de los paneles. No se trata

de la solución más deseable ya que introducir nuevas telas supondría aumentar el

peso y ese es el factor que se buscaba reducir desde un principio. Sin embargo, sería

interesante comprobar si el incremento de peso experimentado al añadir prepreg en la

zona de pistas seguiría siendo inferior al que supondría mantener el adhesivo en las

interfases núcleo/piel. Esta solución debería ser consensuada con Oficina Técnica e ir

respaldada por un análisis desde el punto de vista de Cálculo ya que modificaría los

admisibles de resistencia de los paneles.

176 Conclusiones

177 Referencias bibliográficas

Referencias bibliográficas

1. Jim Kindinger, Hexcel Composites (2001). Chapter: Lightweight structural

cores. ASM Handbook.Volume 21. Composites. (página 458). The Materials

Information Company.

2. (Febrero 2014). “Opportunities for Composites in the Global Aerospace Market

2014-2033” Research and Markets Magazine.

3. (Enero 2013) Hexply® Prepreg Technology. Publicación Nº FGU 017c.

©Hexcel Corporation.

4. Department of Defense Handbook. (2002). Chapter 2.7.8 Adhesive bonding.

MIL Handbook 17 Volume 3. Polymer Matrix Composites: Materials: usage,

design and analysis. (página 104).

5. Sanjay K. Mazumdar, Ph.D. (2002). Chapter 6.8. Manufacturing Processes for

Thermoset Composites. Composites Manufacturing. Materials, products and

process engineering. (página 33). CRC Press.

6. Accesorios para laminar con bolsas de vacío. JCM. Suministros industriales

para la manufactura del vidrio. http://jcm.es/productos/eva/sellado-de-vidrio-

laminado-bajo-vacio/

7. Department of Defense Handbook. (2002). Chapter 2.10 Process Control. MIL

Handbook 17 Volume 3. Polymer Matrix Composites Materials: usage, design

and analysis. (página 59).

8. Figueras, Jordi. El composite como material a mecanizar. (08/06/2012). IK4-

Ideko.http://www.interempresas.net/MetalMecanica/Articulos/80996-El-

composite-como-material-a-mecanizar.html

9. Ensayo no destructivo. http://es.wikipedia.org/wiki/Ensayo_no_destructivo

10. C. Ibarra-Castanedo, F. Marcotte, M. Genest, L. Brault, V. Farley and X. P. V.

Maldague. (2012). Detection and characterization of water ingress in

honeycomb structures by passive and active infrared thermography using a

high resolution camera. 11th International Conference on Quantitative InfraRed

Thermography.

11. García Navarro, Josué. Inspección por ultrasonidos.

http://www.monografias.com/trabajos60/inspeccion-ultrasonido-

materiales/inspeccion-ultrasonido-materiales2.shtml

12. Leslie A. Hoeckelman, The Boeing Company, St. Louis. Environmental

Protection ans Sealing. ASM Handbook.Volume 21. Composites. (página

1549). The Materials Information Company.

http://jcm.es/productos/eva/sellado-de-vidrio-laminado-bajo-vacio/

http://jcm.es/productos/eva/sellado-de-vidrio-laminado-bajo-vacio/

http://www.interempresas.net/MetalMecanica/Articulos/80996-El-composite-como-material-a-mecanizar.html

http://www.interempresas.net/MetalMecanica/Articulos/80996-El-composite-como-material-a-mecanizar.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Ensayo_no_destructivo

http://www.monografias.com/trabajos60/inspeccion-ultrasonido-materiales/inspeccion-ultrasonido-materiales2.shtml

http://www.monografias.com/trabajos60/inspeccion-ultrasonido-materiales/inspeccion-ultrasonido-materiales2.shtml


13. Black, Sara (05/01/2013). Lightning strike protection strategies for composite

aircraft. Composites World.

14. Hexply® 8552. Epoxy Matrix. Product Data. Hexcel. Source:

http://www.hexcel.com/

15. Hysol® EA 9695. Epoxy film adhesive. Henkel. Source:

www.aerospace.henkel.com.

16. Eurocomposites. ECK-Honeycomb Properties. Source: http://www.euro-

composites.com/en/kevlar-wabe/

17. Definitions. ASM Handbook.Volume 21. Composites. (página 2579). The

Materials Information Company.

18. DuPont™ Tedlar® Polyvinyl Fluoride (PVF) Films. General Properties. Source:

www.tedlar.com

19. HexWeb® HRP. Fibreglass/Phenolic Honeycomb. Product Data. Source:


20. Department of Defense Handbook. (2002). Chapter 4.5.2 Thermal Analysis.

MIL Handbook 17 Volume 1. Polymer Matrix Composites. Guidelines for

characterization of structural materials (página 205)

21. Department of Defense Handbook. (2002). Chapter 5.5.4. Procedure for

differential scanning calorimetry (DSC). MIL Handbook 17 Volume 1. Polymer

Matrix Composites. Guidelines for characterization of structural materials

(página 231)

22. Department of Defense Handbook. (2002). Chapter 3.3.3 Destructive tests. MIL

Handbook 17 Volume 3. Polymer Matrix Composites

Materials: usage, design and analysis. (página 130).

23. “Ultrasonic Testing of Aerospace Materials” NASA Preferred Reliability

Practices. PRACTICE NO. PT-TE-1422

24. http://www.tecnatom.es/es/inicio/areas-de-actividad/diseno-y-desarrollo-de-

productos/sistemas-mecanicos-de-inspeccion/aeronautico-sistema-de-

inspeccion-ultrasonica-por-transmision-y-pulso-eco-de-componentes-

aeronauticos-tipo-portico-composite

25. UNE EN2564 Revisión 99. (Fecha de edición: 1999-04-22) Material

aeroespacial. Laminados de fibra de carbono. Determinación del contenido en

fibra, resina y tasa de porosidad.


http://www.aerospace.henkel.com/

http://www.euro-composites.com/en/kevlar-wabe/

http://www.euro-composites.com/en/kevlar-wabe/

http://www.tedlar.com/


http://www.tecnatom.es/es/inicio/areas-de-actividad/diseno-y-desarrollo-de-productos/sistemas-mecanicos-de-inspeccion/aeronautico-sistema-de-inspeccion-ultrasonica-por-transmision-y-pulso-eco-de-componentes-aeronauticos-tipo-portico-composite





26. UNE EN 2743 Procedimiento B. Material aeroespacial. Plásticos reforzados

con fibra. Procedimientos normalizados para su acondicionamiento antes de

ensayar materiales no envejecidos. (Ratificada por AENOR en febrero de 2002)

27. UNE EN ISO 1183. Plásticos. Métodos para determinar la densidad de

plásticos no celulares. Parte 1: Método de inmersión, método del picnómetro

líquido y método de valoración (ISO 1183-1:2004)

28. ASTM E3 – 11. Standard Guide for Preparation of Metallographic Specimens.

29. ASTM E7. Standard Terminology Relating to Metallography.

30. ASTM E175. Standard Terminology of Microscopy.

31. ISO 2818:1994 Plastics -- Preparation of test specimens by machining

32. Department of Defense Handbook. (2002). Chapter 5.5.5. Procedure for

dynamic mechanical analysis (DMA). MIL Handbook 17 Volume 1. Polymer

Matrix Composites. Guidelines for characterization of structural materials

(página 232)

33. John Moylan, Delsen Testing Laboratories. Chapter: Lamina and Laminate

Nonmechanical Testing. ASM Handbook.Volume 21. Composites. (página

1757). The Materials Information Company.

34. UNE EN 2243-3. Material aeroespacial. Adhesivos estructurales. Métodos de

ensayo. Parte 3: ensayo de pelado metal-núcleo de nido de abeja. (Versión

oficial EN 2243-3:1991).

35. UNE EN 2563 Material aeroespacial. Plásticos reforzados de fibras de carbono.

Estraficados unidireccionales. Determinación de la resistencia aparente al

cizallamiento interlaminar. (1997)

36. AITM1-0025. Fiber reinforced plastics. Flatwise tensile test of composite

sandwich panel. (1994)

37. UNE EN 2597. Material aeroespacial. Plásticos reforzados de fibra de carbono.

Laminados unidireccionales. Ensayo de tracción perpendicular a la dirección de

las fibras. (1999)

38. AITM1-0018 Airbus Test Method. Fibre reinforced Plastic. Sandwich flexural

test 4-point bending (2004)

39. UNE EN 2850 Tipo B. Aerospace series. Carbon fibre thermosetting resin

unidirectional laminates- Compression test parallel to fibre direction.

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