Publication: Design, manufacture and evaluation of partially-cured composite materials
dc.contributor.advisor | Fernández Blázquez, Juan Pedro | |
dc.contributor.advisor | González Martínez, Carlos Daniel | |
dc.contributor.author | Martínez Serrano, Vanesa | |
dc.contributor.departamento | UC3M. Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales e Ingeniería Química | es |
dc.date.accessioned | 2020-03-25T19:00:37Z | |
dc.date.available | 2021-05-12T23:00:04Z | |
dc.date.issued | 2020-03-25 | |
dc.date.submitted | 2019-11-12 | |
dc.description.abstract | Normalmente, la fabricación de materiales compuestos de altas prestaciones se realiza en autoclave mediante el uso de preimpregnados y con la aplicación de forma conjunta de altas presiones y temperaturas, consiguiendo así reducir la porosidad del material garantizando unas buenas propiedades mecánicas. No obstante, este sistema de fabricación conlleva tiempos de producción largos y grandes inversiones en equipamiento, por lo que se ha generado un aumento de la demanda de sistemas de fabricación alternativos. En esta tesis se muestran los procedimientos experimentales para desarrollar una ruta de procesamiento para la fabricación de piezas de material compuesto parcialmente curados capaces de ser post-curados y consolidados con sus homólogos frescos tradicionales con el objetivo de producir estructuras integradas de una sola vez, reduciendo así costes y tiempo. Los materiales parcialmente curados fueron fabricados a partir de tejidos secos de carbono y resina epoxi mediante la técnica de moldeo por transferencia de resina asistida con vacío (VaRTM). La temperatura de transición vítrea Tg de la pieza parcialmente curada debe estar entre dos límites. Por un lado, la temperatura de transición vítrea debe ser lo suficientemente alta para mantener la pegajosidad y la deformabilidad dentro de un rango aceptable. Por otro lado, la temperatura de transición vítrea debe ser lo suficientemente baja para proporcionar una buena adaptabilidad de la pieza de material compuesto en el ciclo de post-curado posterior. La homogeneidad de la temperatura del molde fue crucial para alcanzar los grados específicos de curado necesarios para la integración posterior. Para este fin, se diseñaron dos moldes, uno plano y otro en forma de T, ambos equipados con un número de resistencias independientes para permitir así un control detallado de la temperatura de la pieza de material compuesto. La reacción exotérmica de la resina epoxi fue controlada en función del ciclo de curado específico. El ciclo de curado se determinó en función de algunos ensayos realizados a muestras extraídas de la pieza parcialmente curada usando para ello calorimetría diferencial de barrido (DSC) y análisis mecánico-dinámico (DMA). Siguiendo este procedimiento, será posible fabricar partes finales de una manera estándar (por ejemplo, de soporte) con un grado homogéneo de curado. Los elementos fabricados fueron almacenados en frío como ocurre con los preimpregnados estándar antes de la integración posterior con pieles de preimpregnado frescas y curadas. Asegurar un adecuado grado de curado es la clave de este trabajo, al igual que lograr que la pieza de material compuesto parcialmente curada fuera capaz de adaptarse a las diferentes geometrías de la piel manteniendo la geometría de la pieza fabricada y sin efecto del sangrado de la resina del material parcialmente curado. Con ello nuestro objetivo de producir estructuras integradas de una sola vez, reduciendo así costes y tiempo en el proceso de fabricación por autoclave se veía cumplido. | es |
dc.description.abstract | Typically, the manufacture of high-performance composite materials by autoclave with the use of prepregs and with the joint application of high pressures and temperatures, thus reducing the porosity of the material guaranteeing good mechanical properties. However, this manufacturing system involves long production times and large investments in equipment, resulting in increased demand for alternative manufacturing systems. This thesis shows the experimental procedures to develop a processing route for the manufacture of partially-cured composite materials capable of being post-cured and consolidated with their traditional fresh counterparts with the aim of producing integrated structures one-shot, thus reducing costs and time. Partially-cured materials were manufactured from dry carbon fabrics and epoxy resin using the Vacuum assisted Resin Transfer Moulding (VaRTM) process. The glass transition temperature, Tg, of the partially-cured material must be within two limits. On the one hand, the glass transition temperature should be high enough to keep the sticky and deformity within an acceptable range. On the other hand, the glass transition temperature should be sufficiently low to provide a good adaptability of the composite material in the later post-cure cycle. The homogeneity of the mould temperature was crucial to reach the specific degrees of curing needed for subsequent integration. For this purpose, two moulds were designed, one flat and the other in T-shape, both equipped with a number of independent resistances to allow a detailed control of the temperature of the composite material. The exothermic reaction of the epoxy resin was controlled according to the specific curing cycle. The curing cycle was determined on the basis of some tests carried out on samples taken from the partially-cured material using Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Mechanical- Dynamic Analysis (DMA). Following this procedure, it will be possible to manufacture final materials in a standard (for example, support) way with a homogeneous degree of curing. The manufactured materials were stored cold as is the case with the standard prepregs before subsequent integration with fresh and cured prepregs skins. Ensuring an adequate degree of curing is the key to this work, as well as ensuring that the partially-cured material was able to adapt to the different geometries of the skin maintaining the geometry of the manufactured material and without effect from the resin bleeding of the material partially-cured. With this our objective of producing integrated structures one-shot, thus reducing costs and time in the autoclave manufacturing process was fulfilled. | en |
dc.description.degree | Programa de Doctorado en Ciencia e Ingeniería de Materiales por la Universidad Carlos III de Madrid | es |
dc.description.responsability | Presidente: Jon Mikel Molina Aldareguia.- Secretario: Álvaro Ridruejo Rodríguez.- Vocal: Claudio Saúl Faria Lopes | es |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10016/30030 | |
dc.language.iso | eng | en |
dc.relation.ispartof | https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2019.105597 | |
dc.rights | Atribución-NoComercial-SinDerivadas 3.0 España | * |
dc.rights.accessRights | open access | en |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/ | * |
dc.subject.eciencia | Materiales | es |
dc.subject.other | Composite materials | es |
dc.subject.other | Partially-cured composite materials | en |
dc.subject.other | Vacuum Assisted Resin Transfer Moulding | en |
dc.subject.other | VaRTM | en |
dc.subject.other | Fracture toughness | en |
dc.subject.other | Mechanical properties | en |
dc.title | Design, manufacture and evaluation of partially-cured composite materials | en |
dc.type | doctoral thesis | * |
dspace.entity.type | Publication |
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