Análisis de los pros y los contras de dos métodos de fabricación compuestos

Publicado en 'Ciencias' por º_Bruno_º, 1 Ago 2020.





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    Las alas de los aviones, las palas de la turbina eólica y otras partes grandes se crean típicamente usando polimerización en masa en instalaciones de fabricación de compuestos. Se calientan y curan en autoclaves enormes y moldes calentados tan grandes como la parte terminada. La polimerización frontal es un nuevo método fuera de autoclave para la fabricación de compuestos que no requiere una gran inversión en las instalaciones. Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign realizaron un estudio que enfrenta un proceso contra el otro para descubrir las ventajas y desventajas de cada uno.

    "La polimerización frontal no utiliza un autoclave en absoluto, por lo que no requiere una gran inversión inicial", dijo el profesor de Bliss Philippe Geubelle en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la U de I. "Es una reacción química sostenida por el lanzamiento de calor a medida que el frente se propaga. Puede ahorrar mucha energía y genera mucho menos dióxido de carbono, por lo que es un beneficio ambiental ".

    Geubelle dijo que comenzaron a comparar los dos métodos observando las ecuaciones termoquímicas para modelar los dos procesos de polimerización. De esa manera, podrían comparar los métodos para una variedad de materiales compuestos y, en particular, el tiempo que toma cada método para fabricar la misma parte.

    "La contribución clave desde el punto de vista teórico es que hemos reescrito las ecuaciones de reacción-difusión para extraer los dos parámetros no dimensionales más importantes", dijo Geubelle. "El uso de estos dos parámetros nos permitió observar una amplia gama de parámetros químicos, como la energía de activación y el calor de reacción, y el impacto de la temperatura inicial de la resina".

    Geubelle dijo que este método ayudó a comparar los procesos de fabricación de compuestos basados en la polimerización frontal y en masa en términos del tiempo que lleva fabricar una pieza. El estudio encontró que hubo casos en que uno u otro fue más rápido.

    "Imagine que quiere hacer algo que tenga un metro de largo. La polimerización frontal podrá completar la tarea antes de que la polimerización en masa comience a funcionar", dijo Geubelle. "Por otro lado, si quieres hacer algo que tenga 10 metros de largo, entonces la polimerización en masa puede tener lugar antes de que el frente llegue al otro extremo de la pieza. Es la competencia entre estos dos procesos que analizamos en este estudio". "

    Continuó diciendo que hay varias formas de acelerar el proceso para la polimerización frontal: comience el frente en ambos extremos para que vaya dos veces más rápido o caliéntelo desde la parte inferior utilizando un panel calentado debajo. "Ese proceso es tan rápido que nos referimos a él como curado instantáneo", dijo Geubelle, "pero utiliza más energía que para un solo frente".

    La fabricación de piezas compuestas utilizando polimerización frontal en lugar de polimerización en masa tiene muchas ventajas.

    "Con la polimerización frontal, no se necesita la gran inversión de capital del autoclave, por lo que es una opción muy atractiva", dijo Geubelle. "El tiempo que lleva curar una pieza compuesta también es mucho más corto y el impacto ambiental se reduce sustancialmente".

    El estudio, "Polimerización frontal versus polimerización a granel de compuestos de matriz polimérica reforzada con fibra", fue escrito por S. Vyas, X. Zhang, E. Goli y P. H. Geubelle. Se publica en Composites Science and Technology.

    https://phys.org/news/2020-07-pros-cons-composite-methods.html