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Analisys of the effects of variation the resin mixing ratio on mechanical properties of composite materials

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2012-10
Defense date
2012-10-30
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Suzlon Blade Technology es una empresa que se dedica a la manufactura de palas de aerogeneradores además de investigar en el ámbito de los materiales. Una de las muchas investigaciones que se llevan a cabo en esta empresa están focalizadas en las resinas, un componente importante dentro del proceso de fabricación de dichas palas. El objetivo de esta investigación es analizar cómo repercute la variación de la proporción de la mezcla de las resinas y los endurecedores, denominado Mixing Ratio, respecto de la ideal, en las propiedades mecánicas tales como la rigidez y la tensión, y las propiedades térmicas, como la temperatura de transición vítrea (Tg) en dos tipos de compuestos laminados de fibra de vidio empleados en la fabricación de palas de aerogeneradores fabricados por la compañía Suzlon. Para ello, se ha procedido a fabricar los distintos tipos de compuestos laminados, que van en función de la disposición de las fibras reforzadas, empleando en cada una de ellas, una proporcion distinta de mezcla Resina/Endurecedor y analizar sus propiedades mecánicas. Para dichos compuestos laminados se ha empleado fibra de vidrio tipo E, con disposiciones diferentes, 0° y 45°. La resina empleada en esta investigación fue una resina Epoxy y un agente de curado de tipo Amina. La técnica empleada para fabricar dichos compuestos laminados ha sido la denominada 'Vacuum infusion', que es una variante de la técnica 'Resin Transfer Molding'. Hecho esto, se ha procedido a fabricar las correspondientes muestras de cada lámina siguiento los correspondientes estándares, ISO 525-­‐7 para laminas con fibras dispuestas a 0° e ISO 14129 para laminas con fibras a 45°. Para el estudio de las propiedades mecánicas, tales como la tensión, elongación y rigidez, se ha empleado la prueba de ensayo de tracción simple. Además, este estudio se ha apoyado en el uso de la formulación de Halpin-­‐Tsai para el cálculo del Módulo de Young para comprobar si los datos obtenidos experimentalmente concuerdan con los teóricos esperados. En cuanto a las propiedad térmica de la temperatura de transición vítrea Tg, se ha obtenido una muestra de cada diferente compuesto laminado y se ha analizado mediante el proceso denominado Differential Scanning Calorimetry (DSC). El estudio ha revelado, que a pesar de que disminuyen las propiedades mecánicas de los compuestos laminados al variar dicho Mixing Ratio, no es una gran pérdida significativa, lo cual permite seguir empleando dichas laminas con cierta seguridad en las palas de los aerogeneradores eólicos, aún sufriendo dichas mezclas de resinas, ligeras desviaciones respecto del ideal. _______________________________________________________________________________________________________
Suzlon Blade Technology is a company dedicated to researching, improving and manufacture wind turbine blades in the field of materials. One of the many research carried out in this company are focused on the resins, an important component of the manufacturing process of blades. The objective of this research is to analyze, how it affects varying the proportion between Resin and the Hardener, called Mixing Ratio, respect to the ideal on the mechanical properties such as strength and stiffness, and the thermal properties, as the Glass transition temperature, in two types of composite laminates used in the blades manufactured by Suzlon. For this purpose, it has manufactured two types of composite laminates, depending on the arrangement of reinforcing fibers, using in each one of them, a different mixing ratio and analyze its mechanical properties. The Epoxy resin and Amine hardener were used combining it with The E-­‐glass fiber as reinforcement, in two different displacement, 0° Unidirectional composite laminate and 45° Biaxial composite laminate. The technique used for performed these composite laminates was the 'Vacuum infusion', which is a variant of the 'Resin transfer molding' technique. The corresponding samples were tested following the respective ISO standards, ISO 525-­‐7 for Unidirectional composite laminate and ISO 14129 Biaxial composite laminates. For the study of mechanical properties such as strength, elongation and stiffness, the samples were tested by simple tensile traction test. Furthermore, this study has relied on the use of the Halpin-­‐Tsai formulation to calculate the Young's modulus of the composite as a function of the variation of the resin mixing ratio, for checking whether data obtained experimentally are consistent with theoretical expectations. Regarding to the thermal properties, as Glass transition temperature, a sample was obtained from each different composite laminate and it has been analyzed by a Differential Scanning Calorimetry. The study revealed that even though decreasing the mechanical properties of laminates made by varying the mixing ratio, it was not a significant loss, allowing to use these composite laminates with some confidence on the blades of the wind turbines, even if these mixtures of these resins have suffered slight deviations from the ideal.
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Keywords
Materiales compuestos, Resinas, Compuestos laminados, Polímeros, Mecánica de sólidos, Aerogeneradores
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