C-TEX – Desarrollo de materiales compuestos termoplásticos reforzados con fibras de carbono

I + D / Nanotecnología aplicada a materiales textiles. Desarrollo de fibras, hilatura y tejeduría

C-TEX – Desarrollo de materiales compuestos termoplásticos reforzados con fibras de carbono

Fecha: 2015

Estado: Finalizado

Entidad: IVACE

1. MOTIVACIONES POR LAS QUE SE REALIZA EL PROYECTO:

Los materiales compuestos reforzados con fibra tienen multitud de aplicaciones en sectores tan avanzados tecnológicamente como el aeroespacial, aeronáutico o la construcción. En la actualidad, el mercado está dominado por materiales compuestos de matriz termoestable. Sin embargo, la tendencia es la sustitución de las matrices termoestables por matrices termoplásticas.

Hasta el momento, el uso de matrices termoplásticas es limitado debido a sus bajas prestaciones en comparación con las termoestables. Sin embargo, en los últimos 20 años se ha avanzado mucho en el desarrollo de matrices termoplásticas, llegándose a obtener matrices con prestaciones similares a las termoestables. Esto supone un avance muy significativo, ya que, el procesado de materiales termoplásticos es teóricamente más rápido y simple que el de los materiales termoestables (No necesitan ser curados, se pueden reprocesar, se pueden unir por fundido y se pueden reutilizar). No obstante, no es tan simple como parece ya que los materiales termoplásticos son sólidos a temperatura ambiente, tienen una viscosidad alta en estado fundido, lo que dificulta la impregnación de las fibras de refuerzo, y necesitan temperaturas de procesado altas.

En la actualidad el procesado de materiales compuestos de matriz termoplástica se hace utilizando técnicas similares a las utilizadas por los materiales compuestos de matriz termoestable (Pre-preg o infusión liquida). Esto tiene la ventaja de que, de una forma u otra, el equipamiento utilizado en la producción de materiales compuestos de matriz termoestable puede adaptarse a la producción de materiales compuestos de matriz termoplástica. Sin embargo, estos métodos de procesado heredan los mismos problemas y limitaciones (trabajo manual y difícilmente automatizable, dificultades para controlar de forma apropiada el proceso etc.). Por lo tanto, el principal problema para la implantación del uso de los materiales compuestos de matriz termoplástica es el adecuado desarrollo de técnicas de procesado que permitan solventar todos los problemas anteriormente descritos.Los materiales compuestos reforzados con fibra tienen multitud de aplicaciones en sectores tan avanzados tecnológicamente como el aeroespacial, aeronáutico o la construcción. En la actualidad, el mercado está dominado por materiales compuestos de matriz termoestable. Sin embargo, la tendencia es la sustitución de las matrices termoestables por matrices termoplásticas.

2. OBJETIVOS:

Por lo tanto, el principal objetivo del proyecto C-Tex es desarrollar nuevos materiales compuestos de matriz termoplástica basados en hilos híbridos compuestos de: filamentos de refuerzo (fibras de carbono) y filamentos termoplásticos (PPS, PEEK, and PEI). Estos hilos híbridos podrán ser tejidos y termo conformados para producir materiales compuestos. Otro de los objetivos principales del proyecto será demostrar la reciclabilidad de los materiales compuestos desarrollados. Después de la vida útil de los materiales compuestos, estos se re-moldearan para darles una nueva forma que permita usarlos en otras aplicaciones distintas a las originalmente previstas.

Objetivos técnicos

  • Desarrollar nuevos hilos híbridos que combinen de forma apropiada filamentos de refuerzo y filamentos termoplásticos.
  • Desarrollar nuevos ensimajes que favorezcan la compatibilidad de los filamentos de refuerzo y los termoplásticos. Esto resultará en materiales compuestos con un 15% de propiedades mecánicas mejoradas.
  • Desarrollar nuevos procesos de tejeduría que permitan el procesado de los nuevos hilos híbridos.
  • Optimizar el proceso de termo conformado. Esto permitirá procesar los tejidos para obtener materiales compuestos.
    Demostrar la reciclabilidad de los materiales compuestos desarrollados.

3. RESULTADOS OBTENIDOS:

El mezclado de fibras (termoplásticas y fibra de carbono-vidrio) tras las distintas pruebas de commingling realizadas durante el proyecto ha obtenido resultados diversos:

Con la tecnología de TASLAN los hilos híbridos obtenidos tenían una calidad muy pobre debido a las múltiples roturas.
Con la planta de Cominngling y los JETS de que disponíamos inicialmente, las mezclas tuvieron propiedades bajas.
Con los nuevos JETS diseñados y fabricados por 3D la calidad de los hilos híbridos mejoraron de forma muy ostensible.
Las propiedades mecánicas (valores promedio) de las fibras obtenidas has sido buenas sobre todo para las fibras de PPS, las cuales han superado valores de 7 cN/tex.

 

Tenacidad

Alargamiento a la rotura

PA6

5.7 cN/dtex

27 %

PP

5.4 cN/dtex

17 %

PPS

7.1 cN/dtex

18 %

En general, las propiedades de Estabilidad, caída, porosidad, suavidad y rizado, no se han incrementado de forma muy desatacada pero tampoco se han empeorado, lo que nos lleva a concluir, junto a las buenas propiedades mecánicas obtenidas, que los resultados obtenidos tras el proyecto son mejorables pero óptimos y muy prometedores.

Este proyecto cuenta con el apoyo de la Conselleria d’Economia Sostenible, Sectors Productius, Comerç i Treball, a través del IVACE, y está cofinaciado por los fondos FEDER de la Unión Europea.

EXPEDIENTE: IMAMCI/2015/1

IMPORTE: 101.105,55 €

 

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