Materiales Compuestos
November 8, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
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SELECCIÓN DE MODELOS O UTILES Para cualquier proceso de materiales compuestos es importante el tipo de molde a utilizar. Las partes principales que definen un molde por el método de contacto son:
La estructura soporte La superficie de trabajo Los componentes móviles y retenedores Los materiales auxiliares
Consecuentemente temente los moldes deben de cumplir las l as siguientes funciones básicas: Consecuen
Ligeros, para reducir masa a calentar en el curado Conservar las dimensiones, cuando es sometido a temperatura y presión Permitir la libre dilatación térmica de los elementos a curar La diferencia de dilatación del molde y el material deben ser mínimas Repartir uniformemente las presiones Buen acabado de la superficie del molde en contacto con con el material Largo tiempo de servicio, con mínimo mantenimiento Buena estanqueidad y facilidad de movimiento de aire en las estructuras
Para seleccionar el tipo de molde se debe de tener en cuenta: Tipo de proceso seleccionado Tipo de material para la fabricación del conjunto Exigencias dimensionales a obtener Condicione económicas
Los materiales que se usan para la confección de los moldes se eligen combinado los requisitos de la pieza de producción (temperatura de curado, tamaño y forma, tolerancias, materiales, etc.) y las características del material del molde (dilatación, temperatura de trabajo, durabilidad, etc.) y las limitaciones de fabricación (económicas, disponibilidad de materiales e instalaciones etc.) Lo ideal es que la dilatación de los materiales del molde sea lo más cercano al compuesto y se debe conocer la temperatura de transición vítrea Tg. del molde para saber la temperatura máxima de trabajo del molde.
CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DEL MOLDE Los conjuntos curados mediante el calor, autoclaves, estufas o prensas obligan a que los moldes de fabricación tengan la capacidad de resistir ciclos repetitivos de temperatura y presión, siendo los metálicos los má máss duraderos qu quee los compue compuestos. stos. Debido a que los conjuntos fabricados adoptan su forma y tamaño definitivo a la temperatura de curado, es decir cuando el molde se encuentra dilatado, resulta que la pieza alcanza dimensiones mayores que cuando fueron montadas sin curar. Por estas razone es necesario aplicar ciertos factores de corrección en el diseño del molde.
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Los problemas de la precisión de contorno son: Problema de alargamiento, debido a la dilatación del molde Abarquillamiento o alabeo, es el encorvamiento en la pieza, depende del diseño
del conjunto del proceso de fabricación Recuperac Recuperación ión elástica, es la deformación en los radios, ángulos y pestañas que se presenta en la pieza durante el el proceso de curado curado
En conjuntos con grandes radios de observa este tipo de defectos y se le llama recuperación elástica del radio, siendo distintos de acuerdo al material usado, también se da este defecto en las pestañas llamándose recuperación elástica angular siendo necesario un factor de corrección, este defecto se dan en materiales avanzados y en función de: Espesor del laminado y orientación de la fibra Material del molde y del composito Longitud de la faldilla y su ángulo
MOLDES METALICOS
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La mayoría de los moldes utilizados hasta el momento en la industria aeroespacial están dentro de este grupo, y presentan las siguientes ventajas:
Alta durabilidad Propiedades definidas y predecibles de los metales Procesos de fabricación conocidos Fácil manejo
Desventajas: Incompatibilidad de ciertas propiedades termo físicas Penalización por peso Penalización por costo
En general los moldes para autoclaves y estufas constan de dos partes: Fabricación de la sub-estructura Fabricación de la superficie de moldeo
La fabricación de la estructura se hace por soldadura y uniones mecánicas, la fabricación de la superficie del molde se puede realizar de dos maneras: Por conformado, de chapas de 1mm a 3mm Por mecanizado, realizado por maquinas de control numérico
Los moldes hechos por colada no se usan mucho por los problemas de peso y porosidad.
MOLDES DE ALUMINIO El aluminio es utilizado en las fabricaciones de conjuntos en fibra de vidrio, su elevado coeficiente de dilatación térmica es un inconveniente que hace necesario la utilización de factores de corrección. En general es preferido para piezas planas de contornos simples y no de grandes dimensiones dimensiones..
Ventajas:
Bajo costo y densidad en comparación con el acero Fácil mecanizado Buena velocidad de calentamiento Soldable
Desventajas: Coeficiente térmico de expansión muy alto alto Las guías deben ser ranuradas ranuradas
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MOLDES DE ACERO Su coeficiente de expansión es la mitad del aluminio, pero tiene densidad alta, se utiliza en la fabricación de grandes paneles, donde su lento calentamiento y peso no contribuyen problemas.
Ventajas:
Estabilidad dimensiona con la temperatura Coeficiente térmico de expansión compatible La superficie de modelo se puede trabajar con el control numérico Fácil adaptar distintos suplementos y accesorios
Desventajas: Mecanizado lento Gran peso Lenta velocidad de calentamiento
MOLDES GALVANO-RECUBRIMI GALVANO-RECUBRIMIENTO ENTO La fabricación de moldes por electro conformado cosiste en la obtención de la superficie del molde mediante un recubrimiento galvánico. El recubrimiento se realiza sobre una superficie conductora de un molde positivo, normalmente de materiales que no absorben humedad y no tengan excesiva expansión térmica. Se les puede fabricar de resinas epóxicas con fibra de vidrio, y se les hace conductores aplicándoles una película conductora de barnices o vapores de plata. Esta capa metálica depositada debe de ser lo suficientemente dura y de débil unión con el molde positivo para poder desmoldar. Los materiales galvánicos conde níquel y el cobre. Las cascaras obtenidas suelen tener espesores de 3 a 4 mm y se sitúan sobre estructuras metálicas de acero soldado.
Ventajas:
Porosidad cero comparada con molde colado en aluminio Buena conductividad térmica Estanqueidad perfecta Menos costo que el acero, pero más que el aluminio Alta resistencia a la corrosión Calentamiento rápido, permitiendo ciclos de curado rápido
Desventajas: blando que eldeacero Más Limitado tamaño moldes por e baño galvánico
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Configuraciones Configuraciones limitadas Necesidad de un modelo o master master
ETAPAS EN LA ELABORACIÓN DE MOLDES ELECTRO E LECTRO PLATEADOS
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MOLDES DE MATERIALES COMPUESTOS Los moldes de materiales compuestos se fabrican de fibra de vidrio y de carbono, en matrices de resinas epóxicas. Existen dos métodos para fabricar estos moldes Método de contacto húmedo Método de contacto en seco
Ventajas de estos materiales:
Buena estabilidad dimensional con F.V. y excelente con fibra de carbón Distribución de temperatura relativamente uniforme sobre el molde Bajo peso Corto tiempo de fabricación Buena resistencia química Resistencia a la corrosión
Desventajas:
Vida de utilización limitada a temperaturas altas Costos relativamente altos
Requiere controles estrictos durante la elaboración Son tóxicos Se requiere en un modelo o master para su elaboración Se utilizan resinas para temperaturas de 0a 60ºC, de 60ª 150ºC y de 60 a 200ºC
MOLDES DE MATRICES CERAMICAS Los materiales cerámicos tienen un bajo coeficiente térmico de expansión pudiendo resistir altas temperaturas, y además se elimina la posibilidad de que se produzcan deformaciones durante la polimerización . su principal inconveniente es su baja conductividad calórica, requiriendo elementos calefactores en su interior, además su manejo presenta problemas debido a la fragilidad de estos materiales. MOLDES DE CARBON / CARBON Estos moldes se pueden fabricar de dos formas: f ormas: 1. Moldes hechos con fibras de carbón impregnados normalmente de resinas fenólicas y sometidas a etapas etapas de carbonización, re impregnados impregnados y grafitización 2. Moldes hechos de grafito industrial, se toman bloques de grafito y se les trabaja realizándose uniones con adhesivos especiales.
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MOLDES ELASTOMERICOS En general con moldes metálicos o no metálicos, en los que la función de das transmitir la presión necesaria para la compactación durante la polimerización está encomendada a resinas elastoméricas o termo expansibles. Los moldes elastoméricos reúnen propiedades que no tiene otros m materiales ateriales como:
Comprensibilidad Buena resilencia o deformación con recuperación No son termoplásticos termoplásticos Con flexibles y tiene elongación alta Resistencia química a alta y bajas temperaturas Los moldes elastoméricos están basado en su habilidad de expandirse cuando se calientan consiguiendo transmitir la presión necesaria al estratificado durante la operación de curado polimerización. La presión que se obtiene sobre el estratificado depende de una serie de parámetros que hay que tener en cuenta en el diseño del útil mixto o simple:
Temperatura de trabajo, difusión del calor y manera del calentamiento Espesor de estratificado Geometría de la cavidad del molde y volumen del elastómero con relación al
molde Temperatura, espesores, formulación del elastómero el astómero Coeficiente de fricción entre la goma y e material compuesto Se puede fabricar tres tipos de molde elastoméricos:
a. Moldes elastoméricos extrusionados.- los materiales que se utilizan son las siliconas, fluorosiliconas y fluro-elastoméros y se obtiene generalmente perfiles como, L, T, C, Z, cuadrados, ángulos, rectangulares, semiesferas, mandriles de diferentes tipo, retenedores, almas o núcleos etc. b. Moldes elastoméricos de colada.- son hechos a base de resina de siliconas, se usa para la creación de moldes de expansión térmica, y su aplicación es en la confección moldes tipocon caja. Estos molde requieren de un ciclomínimas inicial dey curado y undepost-curado, el primero se obtiene las propiedades con el segundo se proporciona la estabilidad térmica y propiedades necesarias. En la selección de la silicona se debe tener en cuenta lo siguiente: Estabilidad dimensional y expansión térmica Facilidad para ser colada, calandrada y extrusionada Resistencia al ablandamiento con el calor Conservació Conservaciónn e las dimensiones después de ciclos ciclos repetidos Resistencia química alas resinas epóxicas Buena conductividad clórica c. Planchas de gomas.- estas planchas se obtienen por calandrado del material que puede estar al estado A o B, y se elaboran; almohadillas mantas aislantes,
almohadillas calefactores etc.
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PRESENTACIONES PRESENTACION ES DE LAS FIBRAS
H CORTADOS (CHOPPED STRAND) HILOS (YARNS) CINTAS (TAPE)
H. CORTADOS
H. MOLIDOS (MILLED FIBERDS) HILOS
F. CONTINUAS
MECHASC CONTNUAS ( ROBING)
FIELTO O MAT MAT DE FIBRAS CORT CORTADAS ADAS FIELTRO O MAT DE FIBRAS CONTINUAS NO TEJIDAS FIELTROS LIVIANOS VELOS
TELAS
TEJIDAS DE HILOS
UNIDIRECCIONALES
TEJIDAS TEJIDAS DE ROVING
BIDIRECCIONALES TRIDIRECCIONALES
MATERIALES PREIMPREGNADOS PREIMPREGNADOS O PREPREG. I. II. III.
CINTAS: serie de fibras que corren paralelamente entre si impregnada en resina TEJIDAS: juego de fibras a 90º entre sí con ddiferentes iferentes texturas impreg impregnados nados de resina. ROVING O MECHAS: impregnados de resina
conjunto de hilos sin torsión continuos,
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IV.
COMPUESTOS PARA HOJAS O SMC (SHEET MOLDING COMPOUND). Laminadas formadas por fibras cortadas que varían desde 6.5 – 50 50 mm de longitud y cargas, cargas, impregnadas de resina. Dependiendo Dependiendo de la distribución de la fibra se denominan: SMC.R: distribución isotrópica de fibras SMC.D: distribución orientada de fibras SMC-C: distribución orientada de fibras continuas V. XMC: las fibras de refuerzo se encuentran en cierto ángulo determinado y espaciadas a cierta distancia. VI. DMC: “PREMIX” O PASTA: pasta formada por una combinación de resina, refuerzos de fibra cortadas y determinados compuestos químicos químicos.. VII. HMC: son los DMC en los que se ha aumentado la proporción de refuerzo consiguiendo elevadas propiedades mecánicas VIII. BMC: (BULCK MOULDING COMPOUND).son los DMC a los que se ha añadido a la formulación un agente espesante obteniéndose una masa mas viscosa IX. IMC (INYECCIÓN MOULDING COMPOUND), son los DMC especialmente formulados para realizar el proceso de moldeo por inyección
CLASIFICACIÓN CLASIFICAC IÓN POR LA FORMA D DE E COMPONER EL MATERIAL COMPUESTO sin presion
moldeo por contacto
moldeo con bolsa de vacio moldeo con presion moldeo en autoclave con presion baja o media
moldeo con macho flexible moldeo con doble util
laminacion
moldeo por inyeccion de resina moldeo por comprecion en frio con alta presion
moldeo por compresion en caliente moldeo por laminado continuo
moldeo por proyeccion proceso especial
moldeo por centrifugacion
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ENRROLLAMIENTO: MOLDEO POR ENRROLLAMIENTO O BOBINAJE MOLDEO POR CONPRESION (PREMIX)
MOLDEO POR INYECCION
MOLDEO MOLDEO POR ESTIRADO
MOLDEO POR ENCAPSULAMIENTO
PROCESOS DE FABRICACION CON MATERIALES COMPOSITOS DE MATRICES TERMO ESTABLES Estos métodos se basan en embeber las fibras con resina liquida y situarlo en el molde, donde tomara la forma y endurecerá o polimerizará. La elección del método de fabricación dependerá:
Tamaño del elemento a fabricar Geometría y forma del conjunto Naturaleza del del material Características mecánicas a obtener
Acabado superficiales Programa de fabricación Costos y mercado
Parámetros que se deben considerar para elegir un proceso: 1. FORMA DEL MATERIAL DE REFUERZO Fibras, roving, bandas, cintas, mat Prepreg, tejidos bidimensionales y tridimensionales,. Tejido especiales, especiales, etc. 2. RESINA En componentes o húmeda Pre impregnada, premix
3. MATERIAL FRENTE LA MOLDEO corte con plantillas
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control de orientación optimización y control de la contaminación almacenaje y tiempo de vida
4. UTILLAGE compatibilidad durabilidad
5. MATRIALES AUXILIARES Materiales desmoldantes Materiales de bolsas Compactación, presión con o sin calor 6. POLIMERIZACION Termopares de control Monitorización de parámetros Automatización de ciclo Sobrecalentamiento 7. UNIÓN Cocurado Cobondeado Precurado y encolado Cosido 8. CONTROL DE CALIDAD Visual Ultrasonido Rayos X dimensional
Puntos críticos coincidentes en la fabricación con materiales compósitos que nos llevaran a la calidad de la fabricación: Preparación de utillaje, limpieza, superficie, desmoldantes etc. Proceso y método de colocación del material compuesto, eliminación del aire,
distribución homogénea de la resina, tiempo de trabajo Preparación y realización de la polimerización Procesos de acabados
CLASIFICACION CLASIFICACI ON DE LOS PROCESSOS DE FABRICACION 1. POR LA FORMA DE COMPONER C OMPONER EL MATERIAL COMPUESTO Son tres las formas de realizar el conjunto: 1.1. LAMINACION.- operación consistente en la superposición sucesiva de capas de refuerzo en bebida de la matriz 1.2. MOLDEO.- operación consistente en introducir la mescal de fibra y resina en una cavidad de molde 1.3. ENRROLAMIENTO.- operación consistente en el bobinado de refuerzo sobre el molde o mandril embebido en resina.
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2. CLASIFICACION POR EL ESTADO DE LA RESINA RES INA 2.1. METODO HUMEDO RESINA HUMEDA FIBRAS; continuas, cortadas, mat, tejidos METODOS; contacto, pultrusión, bobinado, RIM, RTM 2.2. METODO SECO. FIBRAS + RESINA =PREPREG, SMC, BMC, PREMIX, TEJIDO ETC. METODOS.- compresión, inyección y compresión, contacto
3. CLASIFICACION POR LA FORMA DE REFUERZO Cada procesos puede utilizar diferentes formas de refuerzo, ejemplos. INYECCION.- fibras cortadas, milled, chopped, mesclas PULTRUSION.- roving CENTRIFUGACIÓN.- milled, chopped BOBINADO.- roving, tejido PROYECCION.- roving
BOLSA DE VACIO.- chopped, cintas, roving, tejido, mat NUCLEO Y MATRIZ.MATRIZ.- chopped, tejido , mat COMPRESIÓN.- milled, chopped, Cintas, roving, tejido, mat
4. CLASIFICACIÓN POR EL TIPO DE MOLDE MOLDES ABIERTOS.ABIERTOS.- son cavidad cavidades es simples o m machos achos y hembras sobre
las cuales se sitúan el compuesto con o sin presión y con o sin temperatura MOLDES CERRADOS.- están formados por dos moldes macho y hembras generalmente metálicos y se trabaja a presiones y temperaturas t emperaturas altas. PROCESOS CON MOLDES ABIERTO.- moldeo de contacto manual,
método de proyección. Bobinado, encapsulad encapsulado, o,moldeo centrifugado, pultrusión. PROCESOS EN MOLDE CERRADO.por machihembrado
metálico, moldeo por inyección, i nyección, laminados continuos. 5. CLASIFICACION POR EL TAMAÑO E IMPORTANCIA DE LAS SERIES SERIES PEQUEÑAS.PEQUEÑAS.- moldeo por contacto, contacto, moldeo por proyección SERIES MEDIAS.- moldeo bajo vacio, moldeo por inyección, moldeo en
frio bajo prensa. SERIES GRANDES.- moldeo por compresión calor, moldeo por inyección calor, estratificado continuo, estratificado en discontinuo en prensas de multiplatos.
6. CLASIFICACIÓN POR SU REALIZACIÓN.
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PROCESOS ARTESANALES.- moldeo por contacto , moldeo por
proyección moldeo en saco de vacío, moldeo por colada PROCESOS INDUSTRIALES.- moldeo por contacto en seco, RIM, moldeo por compresión, bobinado, pultrusion, laminación o estratificación en continuo.
PROCESOS DE FABRICACIÓN DE COMPOSITOS COMPOSITO.- es un sistema material integrado por una mescla o combinación de dos o más micro o macro constituyentes que difieren en tamaño y composición química y que son esencialmente insoluble entre sí. Estos materiales tendrán propiedades intermedias a los componentes individuales. Entre las fibras más utilizadas para el sistema de matriz polimérica tenemos: fibras de vidrio, fibras de carbono y fibras de kevlar. Materiales más comunes de matriz polimérica para fibras de vidrio tenemos: Termo endurecidos: epóxicas, poliésteres, fenólicas y silicones Termoplásticos: nylon 66, policarbonato, poliestireno
Sistema de compuestos reforzados con fibras distintas al de vidrio.
Matriz polimérica: fibra/matriz para-aramid(kevla para-aramid(kevlar)/epoxy r)/epoxy para-aramid(kevla para-aramid(kevlar)/poliéster r)/poliéster C(grafito)/ epoxy C(grafito)/poliéster C(grafito)/poliestherethe C(grafito)/poliestheretherketona rketona (PEEK) C(grafito)sulfuro de polifenileno(PSS)
Matriz de metal: Fibra/matriz B/Al Al2O3/Al Al2O3/Mg SiC/Al SiC/Ti Matriz cerámica: fibra/matriz Nb/MoSi2 C/C C/CSi SiC/Al2O3
SiC/Si3N4
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ALGUNAS PROPIEDADES MECANICAS DE FIBRAS, RESINAS Y COMPUESTOS FIBRAS: PROPIEDAD
VIDRIO E
CARBONO
KEVLAR
T. de rotura
2491Mpa
3100Mpa
3617Mpa
%de alargamiento Densidad gr/cm3
3.5 2.54
1.4 1.75
2.5 1.48
RESINAS: PROPIEDAD
POLIESTER
EPOXY
T. de rotura
40-90 Mpa
55-130 Mpa
Densidad gr/cm3
1.1 - 1.46
1.2 - 1.3
COMPOSITO DE POLIÉSTER Y FIBRA DE VIDRIO: PROPIEDAD
ESTERA
MAT
T. DE ROTURA
206-344 Mpa
100-206 Mpa
DENSIDAD gr/cm3
1.5 – 2.1
1.35 – 2.3
USOS DE LOS MATERIALES COMPOSITOS INDUSTRIA AERONAUTICA: construcción de aviones, naves espaciales,
misiles, radares etc. INDUSTRIA NAVAL: construcción de botes, lanchas INDUSTRIA DE TRASPORTES: contenedores, contenedores, cascaras de carros, mascaras INDUSTRIA DE AUTOMÓVILES: construcción de auto partes y piezas de maquinarias INDUSTRIA O LÍNEA BLANCA: lavadores, depósitos, sillas, mesas, productos planos planos y corrugad corrugados, os, tanques de baja y alta pres presión ión INDUSTRIA ELECTRÓNICA: componentes electrónicos, estructuras electrónicas
INTRODUCCION. Los sistemas de fabricación de materiales compuestos de matriz termoestable, se basan en embeber el elemento de refuerzo (fibras) en una resina liquida, se el sitúa y mantiene en un molde y toma la forma que mantendrá después de su endurecimiento. La elección del método de fabricación depende: a) Tamaño del elemento a fabricar
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b) Geometría y forma del conjunto c) Naturaleza del del material d) Características mecánicas a obtener e) Acabado superficial f) Programa de fabricación g) Costos y mercado Parámetros que se deben de tomar en cuenta para elegir un proceso: 1. FORMA DEL MATERIAL DE REFUERZO Fibras cortada o molidas Roving continuo Bandas Cintas Preformas Tejidos bidireccionales etc. 2. RESINA. En componentes (húmeda) Pre impregnada 3. MATERIAL FRENTE Al Moldeo Corte por platillas Control de orientación Control de contaminación Almacenaje Tiempo de vida 4. UTILLAJE Compatibilidad Durabilidad 5. MATRIALES AUXILIARES Materiales desmoldantes Materiales de bolsas Compactación, presión con o sin calor 6. POLIMERIZACION Termopares de control Monitorización de parámetros Automatización de ciclo Sobrecalentamiento 7. UNIÓN Cocurado Cobondeado Pre curado y encolado
Cosido
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8. CONTROL DE CALIDAD Visual Ultrasonido Rayos X Dimensional
En todos los procesos de fabricación con materiales compuestos existe una serie de puntos críticos coincidentes y que no va a proporcionar la calidad del elemento fabricado y estos son: Preparación de utillaje, limpieza, superficie, desmoldantes etc. Proceso y método de colocación del material compuesto, eliminación del aire, distribución homogénea de la resina, tiempo de trabajo Preparación y realización de la polimerización Procesos de acabados
1. MATERIAL DE REFUERZO. FIBRAS. La presentación de las fibras son de tres formas: Hilos continuos, retorcidos, mechas, hilos cortados o molidos Cintas q están formadas por hilos continuos Tejidos, que estas formados por hilos o mechas tejidas
RESINAS. Las resinas se pueden presentar en forma de componentes líquidos, polvo y pastas solidas. solidas. En el caso en qque ue a resina se combine con la fibra y no se ha producido polimerización se denomina estado “A”. Todo sistema de fabricación que inicia el proceso con estos dos componentes individualizados se denomina METODO HUEMDO. Cuando la adición de la resina, debidamente mesclada son sus reactivos a refuerzo (mat, tejido, roving etc.) es realizada por los fabricantes de materia prima, llevándola y manteniéndola en el estado “B” (comprende el inicio de
la relación en el que la resina se vuelve gelatinosa y pegajosa) se crea un material compuesto incurado denominado Prepreg. Todo sistema de fabricación que utiliza el material pre impregnado se denomina METODO SECO.
2. CRITERIOS QUE SE HAN TOMADO PARA LA CALSIFICACIÓN DE PROCESOS DE FABRICACIÓN 2.1.Clasificación por la forma de componer el material compuesto. Laminación: operación operación q consiste en la ssuperposición uperposición sucesiva de capas de refuerzo en bebidas con la matriz
Moldeo: operación consistente en introducir la mescla de fibra y resina en un cavidad que representa l forma a obtener.
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Enrollamiento: operación consistente en el bobinado de refuerzo
sobre el útil o mandril con la incorporación de resina durante el deslizamiento del refuerzo, hilo o cinta pre impregnada. 2.2. Clasificación por el estado de la resina y la incorporación del refuerzo. Método húmedo.-fibras continuas, fibras. cortadas, tejidos+ resina Método seco.- fibra +resina ,SMC ,BMC,TEJIDO,CINTA .ROVING 2.3. Clasificación por la forma del refuerzo. a. Inyección.- usa fibras cortadas o molidas y tejidas b. Pultrusion.- usa roving c. Bobinaje.- usa roving d. Contacto.- usa roving, cinta, tejido, mat e. Proyección Proyección..- usa mat f. Bolsa de vacio.- usa mat, roving y tejido g. Núcleo y matriz.matriz.- usa mat , tejido h. Centrifugación.- usa mat, roving i. Compresión.- usa mat , roving , tejido 2.4. Clasificación por el tipo de molde
2.4.1. MOLDES ABIERTOS.cavidades con simples machosyycon hembras sobre las cuales se sitúanson el compuesto o sino presión o sin temperatura, ejemplo: moldeo de contacto manual, método de proyección.. Bobinado, enca proyección encapsulado, psulado, cen centrifugado, trifugado, pultrusión. 2.4.2. MOLDES CERRADOS.- están formados por dos moldes macho y hembras generalmente metálicos y se trabaja a presiones y temperaturas altas. Ejemplo: moldeo por machihembrado metálico, moldeo por inyección, laminados continuos. 2.4.3. CLASIFICACION POR EL TAMAÑO E IMPORTANCIA DE LAS SERIES SERIES PEQUEÑAS.moldeo por contacto, moldeo por proyección SERIES MEDIAS.- moldeo bajo vacio, moldeo por inyección, moldeo en frio bajo prensa. SERIES GRANDES.- moldeo por compresión calor, moldeo por inyección calor, estratificado continuo, estratificado en discontinuo en prensas de multiplatos. mult iplatos.
2.4.4. CLASIFICACIÓN POR SU REALIZACIÓN. PROCESOS ARTESANALES.- moldeo por contacto , moldeo por proyección proyección moldeo en sac sacoo de vacío, mo moldeo ldeo por colada PROCESOS INDUSTRIALES.- moldeo por contacto en seco, RIM, moldeo por compresión, bobinado, pultrusion, laminación o estratificación en continuo.
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3. DESCRIPSION GENERAL DEL PROCESO 3.1. MOLDEO POR CONTACTO: consiste en colocar sobre un molde sucesivas capas de refuerzo que se impregnan con una resina, que están en contacto con el aire, la temperatura de curado es la del ambiente y se puede acelerar con calor
VENTAJAS:
Simplicidad del proceso Bajo precio de costo en los moldes No hay limitaciones limitaciones respecto a dimensiones Flexibilidad para diseños Equipo de producción reducido
LIMTACIONES
Tiempo de fabricación altos Características del producto terminado variable según operario Posibilidades de aparición de defectos Producción en pequeñas series Condiciones mecánicas mecánicas bajas por el exceso de la resina
3.2. MOLDEO CON BOLSA DE VACIO.- es similar al moldeo por contacto pero la pieza se le recubre y embolsa para crear vacio interno. La temperatura de curado es la del ambiente o se puede elevar hasta 120ºC, en este método se eliminan huecos y aire atrapados y se consigue una buena distribución de la resina.
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VENTAJAS: Buen aspecto superficial Características mecánicas buenas Relaciones altas de fibra/resina
LIMITACIONES. Utiliza más tiempo que la anterior. Superficies cerca de la bolsa no tiene buen aspecto La vida de la bolsa es corta Requiere personal más especializado Control riguroso de parámetros
3.3.MOLDEO CON BOLSA DE PRESION.- se coloca una bolsa confeccionadaa de goma de silicona o neopreno, contra el llaminado confeccionad aminado aplicando la presión contra el molde, la temperatura de gelación puede ser la del ambiente o altas temperaturas, dependiendo del tipo de resina
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VENTAJAS.
Características mecánicas buenas Un aspecto y homogeneidad de resina Ausencia de huecos o burbujas Buenas relaciones de fibra/resina
LIMITACIONES Solo se usa moldes hembras la calidad depende del operario Riguroso control de parámetros
3.4.MOLDEO EN AUTOCLAVE.- es una modificación del método de bolsa de vacío y bolsa de presión. Finalizado el montaje de capas de laminado se coloca la bolsa de vacío y se introduce en una autoclave con el fin de dar presión y temperatura temperatura VENTAJAS Producto uniforme en espesor Se puede fabricar formas complejas Mantiene las ventajas del moldeo por contacto con vacio y presión
Buenas características mecánicas LIMITACIONES Más tiempo en larga de la autoclave Se requiere una autoclave El tamaño de la autoclave limita el tamaño de las piezas 3.5.MOLDEO CON MACHO FLEXIBLE.- es una variación de los anteriores y consiste en un pistón macizo de un material flexible (neopreno u otro elastómero) que se comprime contra el molde por la acción de una prensa. El molde suele ser metálico para suministrarle calor
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VENTAJAS. Especia para producción de pequeñas piezas de forma cóncava Proporciona presiones uniformes y elevadas Se obtienen buenas relaciones fibra/resina Producción relativamente rápida LIMITACIONES. Es muy poco usada
Rápida desgaste del pistón Empleo limitado a ciertos objetos de formas simples
3.6.MOLDEO POR PROYECCIÓN.- este método consiste en la proyección simultánea de las fibras cortadas del material de refuerzo y la resina de impregnación sobre el molde de la pieza que se debe obtener.
VENTAJAS gran flexibilidad de producción moldes de bajo costo ninguna limitación respecto a las dimensiones de la pieza posibilidad de empleos empleos de equipos in situ velocidad en el deposito LIMITACIONES. Características mecánicas medias Variedad limitada de formas Acabados depende depende de la habilidad del operario
3.7.METODO DE ENCAPSULACIO.- las fibras cortadas y combinadas con la resina son puestas sobre el molde, el curado es a temperatura ambiente o con post-curado a unos 30min a 90ºC
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VENTAJAS. Proceso simple Moldes de bajo costo Se puede automatizar con facilidad
3.8. EMBOBINADO DE FILAMENTOS.- consisten enrollar un mandril generalmente cilíndrico, una capa de hilos continuos que previamente han sido impregnados de resina termoestable, curados a temperatura ambiente o a temperatura alta. La presión depende de la tensión durante el enrollamiento. El enrollamiento puede ser, circunferencial, ortogonal, helicoidal, polar o biaxial
VENTAJAS. Alta relación resistencia/peso Alto grado de control de la orientación y uniformidad Puede ser automatizado Resistencia mecánica elevada Con moldes colapsables o fusibles se obtiene formas complejas LIMITACIONES. Alto costo de equipos Formas limitadas solo para superficies de revolución r evolución
Puede aparecer porosidades
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CENTRIFUGACION.ON.- solo puede utilizarse para la 3.9. MOLDEO POR CENTRIFUGACI producción de tubos y cuerpos cuerpos cilíndricos, se utiliza el refuerzo en formas de filtro, MAT, tejido de mechas o combinado. Se basa en la impregnación del refuerzo por la acción de la fuerza centrifuga que se crea en el interior del molde que rota con la resina, para acelerar el curado se introduce aire caliente.
VENTAJAS.
simplicidad del proceso Posibilidad de automatización Muy buena impregnación Superficie externa e interna lisa Bajo costo y utillaje Uniformidad en las paredes
LIMITACIONES. equipo relativamente costoso formas limitadas a cilindros, condiciones mecánicas no muy elevadas
3.10. PROCESO DE DE MOL MOLDEO DEO POR PULTRUSION.- es un proceso que permite la elaboración de perfiles de sección constante y consiste en que las fibras continuas pasan por un baño de resina, luego por un mecanismo de control de resina, después por un troquel de acero caliente que le da la forma y el acabado final
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VENTAJAS. proceso continuo continuo producción de de piezas de se sección cción consta constante nte gran resistencia unidireccional
LIMITACIONES. Limitaciones en las secciones transversales
Maquinaria costosa
3.11. MOLDEO CON DOBLE UTIL.- es una variación del moldeo en prensa y consiste en dos útiles macho y hembra de madera, plástico reforzado o de metal, sobre uno de ellos se realiza el laminado luego se elimina el aire atrapado y se cierra con la otra contra placa sujetándose con mecanismos de cierre o prensas
VENTAJAS. Buen acabado superficial Buena uniformidad LIMITACIONES. Limitaciones para formas complejas Dificultad en la confección de los moldes Alto costo inicial
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3.12. – MOLDE MOLDE CON MATRICES METALICAS ACOPLADAS.-también se les denomina moldeo con prensa, su funcionamiento es igual al moldeo con doble útil, salvo que el cierre en el contra mo molde lde se realiza con prensa. Lo cual dispone dispone de platos calien calientes tes para la polimerización de la matriz, las presiones empleadas empleadas varían de 1 a 120 kg/cm2 kg/cm2..
VENTAJAS Estrictas tolerancias de fabricación Producción rápida Asegura una buena impregnación impr egnación Características mecánicas elevadas Aspecto superficial excelente LIMITACIONES Alto costo en equipos Algunas limitaciones en formas Limitaciones técnicas y económicas
3.13. MOLDEO POR INYECCION.- el refuerzo y la resina se introducen en la cámara donde se homogeniza el compuesto y se le mantiene a una temperatura que conserve la masa en estado blando. esta masa luego es inyectada en un doble molde en donde polimeriza.
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VENTAJAS Baja mano de obra Alta producción Facilidad en el moldeo Proceso automatizable Propiedades uniformes
LIMITACIONES Alto costo en equipos Limitaciones en tamaño
3.14. MOLDEO CONTINUO.- este método se emplea en la fabricación de lacas onduladas y planas en forma continua, y consiste en la aplicación de la resina sobre una película de polietileno luego viene una capa de fibra cortada, seguida de una capa de resina la que es cubierta por una película de polietileno, se enrolla y guarda para su maduración de uno a cuatro días y posteriormente se podrá cortar y elaborar elaborar piezas.
VENTAJAS MATERIALES CON CARACTERISTICAS CONSTANTES Disminución de la mano de obra Aumento de la cadena de producción LIMITACIONES Forma y espesores de las piezas limitadas limit adas
costosa DE LAMINACIÓN Maquinaria PROCESOS
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Los procesos de laminación se pueden realizar en húmedo con cintas o tejidos y resina al estado “A”, y también se puede realizar laminados al estado “B” con los mismo
refuerzos, muy poco se utiliza los mat o fieltros, debido a sus bajas propiedades mecánicas.
FORMAS DEL MATERIAL VENTAJAS CINTA
TEJIDO
Optimización de peso y diseño
geométrico Transferencia continua de cargas Posibilidad de alto contenido de fibras Alto aprovechamiento de material Rectitud en los bordes de la cinta
Posibilidad de moldeo automático
Buena drapabilidad en formas
difíciles Operación simple para moldear 0ºC, 9ºC Reducción de tiempos de moldeo Distintas texturas Fácil de procesar
Mas fácil de mecanizar
DESVENTAJAS CINTA
Pobre drapabilidad en formas
complejas Dificultad de manejo en cintas delgadas Dificultad en operaciones de mecanizado
TEJIDO Diferentes características en trama y urdimbre Necesidadd de empalmes para Necesida asegurar la senda de carga Bajo contenido de fibra con relación ala cinta Disminución de las características
mecánicas según texturade material Sustancial desperdicio
en el corte
MOLDEO POR CONTACTO MOLDEO POR CONTACTO HÚMEDO Moldeo por contacto sin presión Moldeo con bolsa de vacio Moldeo con bolsa de presión Moldeo en prensas
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MOLDEO POR CONTACTO EN SECO
Moldeo con bolsa de vacio Moldeo con saco de presión Moldeo con prensa Moldeo en autoclave Moldeo con presión en moldes Auto calefactables Moldeo en autoclave con moldes especiales
MOLDEO POR CONTACTO AUTOMATICO
Moldeo automático de cintas Moldeo con robot
MOLDEO POR CONTACTO VENTAJAS: 1) Los moldes se pueden realizar de cualquier material, siempre que mantengan su forma bajo presiones, son de bajo costo 2) Los moldes pueden modificarse con facilidad durante las fases experimentales o de desarrollo para acomodarse al rediseño en ingeniería 3) Las inversiones en sistemas de curado (autoclave, prensas) no son necesarias, aunque es aconsejable equipos de infrarrojos, bombas de vacio 4) La complejidad geométrica y tamaño no presentan dificultad en la fabricación 5) Son posibles las construccio construcciones nes de sándwich 6) Operarios no especializados, pueden realzar los trabajos mediante cursos cortos y demostrativos DESVENTAJAS: 1. Solamente se aconseja utilizar resinas que polimeriza por adición, ya que las de condensación condensa ción requieren ciclos de presión para evitar las porosidades 2. Los estratos porosos son muy comunes 3. Las propiedades mecánicas son bajas comparadas con otros procesos 4. Estratos no homogéneos en resina 5. Por lo general necesitan una capa especial gelcoat 6. Aparecen fenómenos fenómenos de concentración en las zonas ricas en resina 7. Suelen producirse descuelgues descuelgues de resina en las zonas verticales, dando lugar a zonas rica en resina en las zonas bajas y zonas pobres en las paredes verticales. 8. El uso de tejidos con textura muy compactada, son difíciles de utilizar con resinas de viscosidad alta, dando laminados de baja resistencia.
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I MOLDEO CON BOLSA DE VACIO Consiste en realizar una bolsa de vacio sobre el molde dejando encerrado el laminado producido. La bolsa será tal que permita realizar el vacio entre la bolsa y el molde de forma que extraiga todo el aire y e exceso de resina, para esto es de vital importancia mantener el vacio durante el curado.
A) AGENTEES DE CIERRE.- tienen por fin cerrar la membrana o película de la bolsa y evitar la entrada de aire y son: Pasta de cromato de zinc Cintas sensibles a la presión con doble cara adhesiva Aprietes mecánicos y abrazaderas cobre bandas de madera o goma
B) AGENTES SANGRADORES.- los sacos sacos al eliminar el aire y debido a la presión atmosférica crean una tendencia en el saco a cerrarse sobre el laminado de forma que evitan el flujo de aire hacia el orifico de la salida y para evitar esto se coloca una capa intermedia entre ambas un desmoldante con o son perforar, los sangradores son: arpillera, tejidos porosos, fieltro de vidrio o tela de vidrio C) AGENTES DE BOLSA.- los materiales que se pueden utilizar como membranas de bolsa son: celofán, películas de PVA, PVC, nylon, etc.
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D) AGENTES DE DESMOLDEO.- son sustancias que crean un ángulo de contacto elevado con la superficie del laminado con lo que se evita mojando, los más utilizados con: sólidos cera, manteca, siliconas, películas de nylon, celofán, PVA, PVC, líquidos, aceites, teflón disuelto, alcohol polivinilico etc. II MOLDEO CON BOLSAS DE PRESION. En este procedimiento el vacio es sustituido por un macho inflable que realiza la presión
III MOLDEO CON DOBLE UTIL O MOLDE Este método consiste en aplicar el contramolde contra el molde en dos etapas: En el molde se aplica gelcoat y el estratificado, el contramolde puede llevar o no gelcoat El contramolde presiona el molde para eliminar las burbujas
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FABRICACIÓN POR EL MÉTODO SECO O PREPREG. En la actualidad la fabricación de estructuras laminadas o sándwich, en la industria aeronáutica, solo se usa este método de fabricación. Este método se le considera una extensión del método húmedo. Estos materiales deben de cumplir las siguientes condiciones:
Ligera pegajosidad pegajosidad; ; con ela fin que no se deslicen las capas Suficiente adaptabilidad; las de formas complejas
La pegajosidad depende del tipo de resina, y la adaptabilidad del tipo de refuerzo. El contenido de resina en estos materiales es mayor que el normal con la finalidad que el exceso sea retirado conjuntamente con el aire atrapado y volátil que se producen durante el proceso de polimerización. La compactación de estos laminados se hace a temperatura ambiente o a temperaturas que no sobrepasan los 75ºC. Dependiendo de donde se realice la polimerización el proceso de fabricación por contacto en seco se denomina: POLIMERIZACIÓN Estufa
DENOMINACIÓN DEL PROCESO Moldeo con bolsa de vacio
Autoclave
Moldeo en autoclave
Prensa
Moldeo en prensa
Moldes especiale especialess
Moldeo con moldes auto calefactables
Algunas veces los moldes dan nombre al sistema de fabricación, sobreentendiéndose su curado en estufas o autoclaves
Moldeo o sistema modular Moldeo con machos flexibles Moldeo con elastómeros En estos tres procesos se deben de cumplir tres condiciones críticas:
Los moldes durante la gelificación deberán de mantener la forma fo rma final Las presiones aplicadas deben de mantener la estructura sin crear tensiones La temperatura debe de ser lo más homogénea posible
VENTAJAS DEL PREPREG. Ofrece mejor definición de la pieza, alto contenido de fibra y mejor
compactación que el método húmedo Se elimina los problemas de seguridad por manejo de resinas La relación fibra resina viene asegurada por el fabricante
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Se elimina la posibilidad de distorsionar la dirección de la fibra Se puede eliminar la artesanía con maquinas de C.N.
DESVENTAJAS DEL PREPREG Difícil realizar con bolsas de vacio las formas complejas Potencial alto de rechazos por rotura de las bolsas de vacio
Sistema de curado caro (AUTOCLAVE) Ciclos de curado largos
Las presiones creadas por el vacio son de .7kg/cm2(10Psi)a 1.05 kg/cm2 (15Psi) y las presiones en el curado en au auto to clave van ddee 15 a 200 Psi SISTEMAS DE FABRICAION DE ESTRUCTURAS Las estructuras de materiales compuestos se pueden construir por los siguientes sistemas: Cocurado : consiste en realizar el curado en el mismo ciclo de polimerización Cobondeado: alguna parte es he hecha cha con anteriorida anterioridadd y luego luego incorporada al
conjunto
Pre curado y encolado: todas las partes que forman el conjunto son fabricados
por separado y posteriormente son incorporados para para ser unidas por encolado Cocido: es el cocido de las laminas en húmedo y posterior curado
ETAPAS DE LA PRODUCCIÓN. I Preparación de los moldes.- se inicia con una buena limpieza, en el caso de ser nuevos se les limpia con con tricloroetileno y desengrasador desengrasador alcalino, también se puede puede aplicar lijares finos y posteriormente los agentes desmoldantes, estos pueden ser de tres tipos Películas: por su dificultad de aplicación se usa en superficies planas y son:
el celofán, el alcohol de polivinilo, el poliestileno, el mylard, el nylon, el tedlar, el fluorocarbonato. Pasta: ceras, cuando se usa altas temperaturas produce decoloraciones decoloraciones Líquidos: el fluoroetileno-propileno para temperaturas inferiores a 177ºC, politetrafluoroestileno temperaturas superiores a 260ºC, y silanos que son estables hasta 428ºC
II Corte de tela.- puede se manual, en prensa o con maquinas a control numérico III Preparac Preparación ión de los elementos adicionales y montaje de tela IV Preparación para el curado V Materiales de la bolsa, celofán, PVA, nylon, PVF VI Curado.- el curado depende depende de la calidad del conjunto de los materiales, las resina resinass de impregnación pueden ser de tres tipos
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Resinas de curado curado a bajas temp temperaturas eraturas 120ºC o menores Resinas de curado a temperatura intermedia 150-175° C Resinas de curado a temperatura alta 200- 315ºC
Los parámetros que controlan un ciclo de curado son, la presión, temperatura y tiempo. Un ciclo de curado debe de satisfacer los siguientes requerimientos:
La temperatura cualquier parte no debe de exceder el límite máximo de la Temperatura deen curado La presión debe de ser lo suficientemente alta para que todo el exceso de resina salga antes que gelifique., La resina debe de curar uniformemente en todo el compuesto El compuesto curado debe de contener un bajo contenido de huecos El tiempo de curado es el más corto posible. La aplicación de la presión depende principalmente de la viscosidad de la resina, al aplicar la presión puede suceder lo siguiente: La resina ha gelado y se producen laminados huecos La resina tarda mucho en gelar y puede sangrar mucha resina originándose huecos y zonas pobres en resina La resina gela minutos después de aplicar la presión. se tendrán piezas buenas.
MOLDEO CON RESINAS INTRODUCIDAS A PRESION Estas se pueden dividir según el tipo de refuerzo en Procesos con fibras cortadas y procesos con con fibras continuas. PROCESOS CON FIBRAS CORTADAS. A. MOLDEO POR INYECCIÓN DE RESINA IMT. Una mezcla de resina termoestable con refuerzo es introducida en un molde autocalentable en donde producirá polimerización obtendrá la pieza totalmente acabada, estesemétodo es lamuy rápido paray se piezas de limitadas dimensiones.
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B. MOLDEO POR INYECCIÓN DE RESINA REACTIVA RIM Este método utiliza normalmente resinas de poliuretano, debido a su alta reactividad química de sus componentes (poliol-reforzado + isocianato), ambos se son mezclados e introducidos a presión en el molde obteniéndose la pieza deseada. Los tamaños de las fibras pueden pueden ser de 1/8 a 1/4" Ó de 1/16 a 1/32".
C. MOLDEO POR TRANSFERENCIA DE RESINA RTM. Este procedimiento utiliza resinas líquidas (poliéster, epóxicas, vinil ester etc.) que son inyectas con vacío o con presión en un molde cerrado en el que previamente se ha colocado colocado los refuerzos, luego polimeriza Y se obtiene la pieza acabada la que se suele someter a un tratamiento de post-curado.
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El diseño de los moldes en el proceso RTM debe de tener varios aspectos que le permita obtener piezas de calidad y debe de considerar:
Elementos de ventilación para el aire atrapado Bebederos para los excesos de resina Buena homogeneidad de temperatura Buen aislamiento para evitar el cambio de condiciones internas
Sistemas en estufasde calentamiento y enfriamiento o preparados para ser introducidos
Rigidez para mantener la geometría durante el proceso Durabilidad Puntos de guías para que el cierre sea siempre el mismo Buena estabilidad Antes de realizar la inyección de la resina se debe de comprobar la estabilidad de los moldes y los parámetros para elegir la resina son:
Viscosidad Pot-life Temperatura de desgasificación Temperatura de moldeo Temperatura y tiempo de polimerización Temperatura y tiempo del estado gel
También se debe de tener en cuenta los parámetros de diseño:
Modulo de tracción Temperatura de transición vítrea Elongación a tracción Comportamiento frente a la humedad
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