2ª parte Materiales Compuestos ETSIAE

La fabricación mediante técnicas de encintado automático de materiales compuestos. Tiene un coste horario mayor debido al mayor nivel de formación exigido a los operarios. Es recomendable incluso en series cortas si el tamaño del laminado es suficientemente grande. Se usa para mejorar de tolerancias de posicionamiento de fibras. Permite la realización de estructuras más complejas que el encintado manual.

La fabricación con Fiber Placement (FP). Tiene el mismo principio de funcionamiento que ATL, pero con aporte de material más estrecho. Tiene diferente principio de funcionamiento del ATL, porque la alimentación del material se realiza traccionando directamente sobre la mecha preimpregnada. No es posible realizar estructuras de las mismas dimensiones que las que se fabrican con ATL debido al menor tamaño del material de partida. Permite fabricar todas las geometrías que se fabrican manualmente, pero con mejores tolerancias.

Las bolsas de compactación durante la laminación. Se requieren solo para laminados manuales, porque en procesos automáticos el rodillo de compactación realiza ya la función de extraer volátiles. Son igual de necesarias para la fabricación de laminados con ATL y con FP. Se realizan durante las operaciones de apilado cada 5-6 capas para extraer volátiles. Son opcionales si el curado se realiza en autoclave.

El corte de kits de patrones de preimpregnados. Se realiza tanto para apilados manuales como automáticos (ATL y FP). Tiene la ventaja del escaso material desaprovechado. Puede evitar el agotamiento prematuro del "out life" en la fabricación de series pequeñas. Típicamente se realiza simultáneamente al proceso de apilado.

Dentro de la sala limpia para la fabricación con materiales compuestos. No se pueden emplear máquinas automáticas de corte de preimpregnados para evitar la contaminación con partículas. Se requiere una menor presión del aire que en el exterior. Se requiere un control de la temperatura y de la humedad. Se pueden realizar todas las operaciones de fabricación de una estructura monolítica coencolada.

El problema de utilizar el aire para aportar presión en un autoclave. Es que requiere mucha más energía para calentarse que el nitrógeno. Es que el coste es mayor que el nitrógeno. Es que aumenta la posibilidad de un incendio en el autoclave. Es la contaminación del material compuesto con volátiles procedentes del aire.

La velocidad de calentamiento de un ciclo de autoclave está acotada superiormente. Para disminuir la viscosidad y poder extraer los volátiles. Para disminuir el contenido en poros del material. Para conseguir un curado homogéneo en toda la pieza. Para acortar los tiempos de fabricación.

De los tres tipos de integración de estructuras monolíticas. Se prefiere el cocurado por sus menores costes y simplicidad de fabricación. El encolado secundario queda restringido a estructuras secundarias o uniones de baja responsabilidad en estructuras primarias. Se prefiere el encolado secundario porque a pesar de ser un proceso más caro los componentes pre-curados presentan una mayor fidelidad geométrica respecto al plano. Se prefiere el coencolado por su mayor optimización estructural.

El material preimpregnado de resina termoestable. Debe emplearse una vez que se saca de la cámara frigorífica porque pierde sus propiedades. No se puede volver a guardar en la cámara frigorífica una vez cortado en patrones. Puede ser cortado y almacenado posteriormente en la nevera a la espera de su uso posterior. No absorbe agua en el frigorífico porque se encuentra por debajo de la Tg del material.

En el RTM, el volumen de resina. Depende de la presión de inyección. Depende de la presión de cierre de útil. Depende del volumen del molde y del peso de la preforma. Es independiente de tipo de reforma empleado.

Las estrategias de inyección de más lenta a más rápidas son. Convergente, uniaxial, radial. Uniaxial, convergente, radial. Uniaxial, radial, convergente. Radial, convergente, uniaxial.

Frente a las estructuras sándwich, las estructuras monolíticas. Presentan mejores propiedades específicas. Son extensamente utilizadas para las secciones presurizadas por su buen aislamiento térmico y acústico. Sufren una menor degradación de sus propiedades mecánicas por absorción de agua durante su vida en servicio. Quedan relegadas únicamente a secciones en las que no aparezcan esfuerzos de torsión debido a la mayor rigidez y resistencia a flexión de las estructuras sándwich.

Uno de los objetivos de realizar un escalón previo a temperatura inferior a la de curado es. Favorecer las aplicación de la presión más uniforme. Ralentizar el curado de la resina y favorecer su reticulación. Mantener un nivel de viscosidad de la resina bajo durante mayor tiempo y poder extraer volátiles. Acompasar la dilatación del útil con la del laminado.

El material compuesto preimpregnado con resina termoestable. Aumenta su tiempo de uso cuanto mayor tiempo haya pasado en condiciones óptimas de almacenamiento (menores que -18ºC). El "tack life" y el "out life" dependen del tiempo de almacenamiento del preimpregnado en nevera (-18ºC). La trazabilidad del material permite devolver el material a la nevera siempre que no se hayan superado los tiempos de uso "tack life" y el "out life" y volver a usarlo posteriormente. Son solo tiempos de consumo recomendados, pero no condicionan la fabricación.

El objetivo de la pirámide de ensayos. Es la realización de diseños iterativos cada vez más eficientes. Es determinar las propiedades en probetas "coupon" y validar soluciones de diseño cada vez más complejas hasta el ensayo "full scale". Es la disminución de costes basada en el diseño concurrente. Es la realización del ensayo de certificación de una forma segura.

Dos probetas de geometría rectangular con secuencia de apilado [0, 90]n y [+45, -45]n del mismo material y fabricados de forma semejante. Presentan las mismas propiedades mecánicas ya que los laminados son semejantes. Presentan las dos un fallo explosivo debido a la fragilidad de las probetas. Presentan el mismo modo de fallo. Ninguna de lasa anteriores.

Los ensayos físico-químicos de la matriz. Solo se realizan al material sin curar. Difieren sustancialmente debido a la presencia de la fibra de carbono en la resina. No se usan para el control, ya que para ello se realizan ensayos mecánicos. Ninguna de las anteriores.

El utillaje de curado de estructuras aeronáuticas de aeronaves comerciales. Se realiza habitualmente en INVAR porque es el material que proporciona la mejor compatibilidad con el CTE de los materiales compuestos. Se realiza habitualmente en INVAR porque es el material con la mejor transferencia térmica. Se realiza en INVAR debido a su precio y fácil mecanizado. Se realiza en INVAR para la fabricación de piezas de gran tamaño por su mayor durabilidad frente a útiles de material compuesto.

Las pisas en las estructuras de material compuesto. Se pueden emplear tanto fuera como dentro de la bolsa de vacío. Se utilizan para mejorar la estanqueidad de la bolsa de vacío. Se emplean en todas las estructuras que tengan superficies aerodinámicas. Ninguna de las anteriores.

Las propiedades mecánicas de un material compuesto obtenidas en un ensayo de cortadura interlaminar. Son independientes del proceso de fabricación. Se emplean principalmente en control de calidad en la comparación entre diferentes materiales. Se emplean en diseño para determinar el módulo y la resistencia a cortadura. Ninguna de las anteriores.

El valor de diseño para un material compuesto. Es un valor que solo depende de las propiedades de la fibra y de la resina por separado. Es independiente de las propiedades químicas del material. Es un valor que depende de la distribución estadística que sigan las propiedades del material. Ninguna de las anteriores.

La compresión después del impacto (CAI) es un ensayo. Es independiente de la energía de impacto realizado. Para obtener las propiedades de tolerancia al daño de un laminado. Para obtener las propiedades de resistencia al daño de un laminado. Ninguna de las Sirve para definir las propiedades de compresión en la dirección de la fibra.

Las preformas de material compuesto obtenidas mediante la técnica de stitching. Se caracterizan por la mejora de propiedades en dirección transversal al laminado. Se caracterizan por la compleja manipulación del conjunto. Se caracterizan por su mayor volumen de fibra. Se caracterizan por la mayor direccionalidad de sus propiedades mecánicas.

La técnica de la infusión de resina (RFI). Está limitada a geometrías sencillas y planas. Utiliza los mismos materiales (fibra y resina) que el RTM y el RLI. Utiliza materiales preimpregnados. Ninguna de las anteriores.

Los útiles elastoméricos. Tienen un elevado coste al tener que repararlos después de cada ciclo. Se usan para reducir los costes del utillaje. Se usan fundamentalmente para compactar interiores en estructuras huecas. Solo se usan para estructuras sándwich.

La fabricación mediante bolsa de vacío, en comparación con el curado en prensa de platos calientes. Facilita la integración de refuerzos de la pieza a fabricar. Facilita el control de espesores del material curado. Dificulta la obtención de volúmenes de fibra y resina uniformes. Permite la aplicación de la presión de forma similar, pero más económica.

La exotermia de curado de las resinas epoxi. Es más crítica en laminados de gran espesor. Es más crítica en laminados con grandes variaciones en su espesor. Reduce los tiempos de fabricación. Es más crítica en laminados de espesor pequeño.

La detección de defectos mediante la técnica de rayos X. Se emplea tras la inspección ultrasónica como comprobación adicional. Está en desuso en la actualidad. No se emplean tan frecuentemente como los ultrasonidos, y fundamentalmente en aplicaciones específicas como laminados de gran espesor o núcleos. Menor difinición que los ultrasonidos.

Las operaciones de mayor carga de trabajo en la fabricación de una pieza por inyección de resina en molde cerrado son. La inyección y el desmoldeo, debido a que son las operaciones más delicadas. La limpieza del molde y el montaje, debido a que no están prácticamente automatizadas. La inspección no destructiva y la limpieza, debido a que típicamente tienen geometrías complejas. El corte de las preformas y el montaje, debido a los problemas al manipular el material seco.

Las estructuras rigidizadas fabricadas con la técnica de coencolado. Requieren remaches al igual que las fabricadas con cocurado. Requieren una lámina de adhesivo en la unión al igual que las fabricadas con encolado secundario. Requieren remaches al igual que las fabricadas con encolado secundario. Requieren una lámina de adhesivo en la unión al igual que las fabricadas con cocurado.

Los palpadores de ultrasonidos. Tienen mayor resolución espacial cuanto menor es su diámetro. Serán de la mayor frecuencia posible (superior a 10 MHz). Deberán ser de diámetro mayor a 17mm. Ninguna de las anteriores.

La temperatura y la presión típicas de autoclave para ciclos de material compuesto con matriz epoxídica son. 120ºC y 3,2 bar. 120ºC y 7 bar. 180ºC y 7 bar. 400ºC y 10 bar.

Una estructura de material compuesto con forma de U fabricada sobre un molde macho sobre un útil de aluminio. Se cierra hacia el interior (Spring-in). Tiene la misma distorsión angular que si el útil estuviera fabricado entero en acero. Se abre hacia el exterior (Spring-back). No sufre distorsiones en los radios.

Las inspecciones de material compuesto por ultrasonidos. Proporcionan la misma información independientemente de la técnica empleada. Suelen realizarse por placa reflectante debido a la sencilla manipulación de la pieza en el agua. Siempre se realizan por transmisión debido al menor coste del equipo de inspección. Ninguna de las anteriores.

El incremento del uso de los materiales compuestos en la fabricación de estructuras aeronáuticas. No hubiera sido posible si no se hubieran automatizado los procesos de fabricación con materiales compuestos. Se debe principalmente al menor coste de estos materiales frente a los materiales metálicos. Es debido a la imposibilidad de realizar de forma económica las geometrías de la estructura con materiales metálicos. Se debe principalmente a los menores costes de reparación de estas estructuras.

La inspección ultrasónica mediante la técnica de pulso eco. No permite distinguir entre porosidad en capa y porosidad distribuida. No permite distinguir la profundidad a la que se encuentran dos delaminaciones superpuestas. No permite distinguir entre porosidad en capa y delaminación. No permite distinguir entre porosidad en capa y huecos planos.

En el proceso de SQRTM, para una preforma dada, el volumen de resina menos el volumen de poros. Depende del procedimiento de inyección. Depende del volumen interior del útil. Depende del módulo de laminación de la preforma. Todas las anteriores.

La inspección no destructiva de estructuras aeronáuticas. Se emplea únicamente en servicio para detectar impactos. Solo permite la detección de delaminaciones. Se emplea como herramienta para determinar los criterios de diseño. Es una operación que añade valor al proceso de fabricación.