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Huntsman define el estándar matricial para prepregs

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Los materiales compuestos preimpregnados, que solían prevalecer en los sectores aeroespacial y de rendimiento como la Fórmula 1, se han vuelto cada vez más comunes en muchos sectores de la industria de materiales compuestos por su facilidad de uso, propiedades consistentes, acabado superficial de alta calidad y la amplia variedad de tipos que ya disponible.

Aquí, Philippe Christou, Jefe de Soporte Técnico Europeo de Huntsman Advanced Materials, analiza los desarrollos más recientes y las características clave de la matriz de preimpregnados al abordar cómo evolucionan los preimpregnados para ofrecer nuevas libertades de diseño y un rendimiento óptimo.

¿Por qué prepreg?
Un compuesto preimpregnado consiste en un material de refuerzo de fibra, generalmente en tejido, mecha o forma unidireccional, preimpregnado con una matriz de resina en cantidades controladas.

Los fabricantes de preimpregnados (preimpregnantes) adelantan parcialmente el sistema de resina formulado a una etapa B, proporcionando a los fabricantes preimpregnados en un "semisólido" que les permite apilar varias capas, completar el curado con calor y presión y obtener el acabado parte compuesta

La fibra y la resina premezcladas son ventajosas para permitir un proceso de laminación muy limpio y controlado con materiales listos para usar para la producción de piezas compuestas.

El estricto control del contenido de resina y la dispersión elimina las variaciones del contenido de fibra y la acumulación de áreas intensivas de resina en el pregreg. Esto es esencial para la entrega de relaciones de peso muy precisas y uniformes y, en última instancia, para lograr las propiedades deseadas del componente compuesto final.

Los costos laborales reducidos y los recientes desarrollos materiales han convertido las tecnologías de preimpregnado en una opción comercialmente viable.

Si bien el costo inicial de los materiales preimpregnados es mayor que el de los materiales para el procesamiento en estado húmedo, se puede argumentar que el alto nivel de control proporcionado compensa este costo. Con los productos preimpregnados, se elimina la mano de obra asociada con los procesos de humectación manual y, como la resina se pre-impregna, el trabajo que implica la redistribución de la resina es significativamente menor. Las operaciones de limpieza y el tiempo y los costos asociados implicados también se reducen como resultado.

Aplicaciones típicas de preimpregnación
Desde los mercados de piezas compuestas avanzadas de gran tamaño, incluidas la marina, eólica e industrial en general (con aplicaciones tales como palas de viento, mástiles de yates y recipientes a presión y tanques) hasta las industrias automotrices y deportivas y de ocio masivas (con productos que incluyen hojas de automóviles) muelles, esquís y bicicletas, por ejemplo), los productos preimpregnados son cada vez más aceptados y muestran beneficios de rendimiento real en una amplia gama de estructuras livianas.

El papel de la matriz de resina
Hay muchos tipos diferentes de refuerzos de fibra y sistemas avanzados de matriz de resina que se pueden seleccionar.

Para establecer el entorno controlado necesario para la producción del preimpregnado, es importante considerar la cadena de valor "componente a compuesto" y el papel que desempeñan los componentes, formulación y procesamiento de la matriz para lograr el mejor rendimiento.

La formulación para compuestos preimpregnados contiene todos o varios de los siguientes:

Resina (s) Arquitectura principal
Hardener (s) Arquitectura de soporte
Acelerador (es) Ayuda de reactividad
Modificador (es) Modificación de rendimiento
Aditivo (s) Ayudas para el procesamiento

La mayoría de los procesos compuestos presentan una combinación de resina y endurecedor (o agente de curado) con una fibra de refuerzo, que también puede incluir un disolvente. El calor y la presión se usan típicamente para dar forma y curar el preimpregnado en una pieza acabada.

La resina retiene y protege las fibras de refuerzo, asegurando la transmisión y distribución de la carga a todos los filamentos a la vez que proporciona temperatura y resistencia química. El endurecedor actúa como un agente polimerizador para la resina conectando los grupos reactivos de la resina y controlando su velocidad de reacción. Por lo tanto, juegan un papel importante en la determinación de las características de rendimiento de la pieza terminada.

Agregando a esto, el refuerzo imparte fuerza y ​​otras propiedades requeridas. En algunos casos, se incluyen aceleradores, modificadores y aditivos para optimizar el rendimiento del sistema de matriz. Por ejemplo, los aceleradores ayudan a modificar los tiempos de curado y los modificadores aumentan la resistencia a la propagación de grietas.

Una formulación para el éxito
La matriz de resina se formula mezclando la resina, el endurecedor y cualquier otro componente del material, ya sea manualmente en un recipiente de mezcla pequeño, o para procesos más grandes, los componentes se bombean en un recipiente de mezcla. El proceso de preimpregnación se lleva a cabo para impregnar la matriz de resina en el refuerzo. Después de esto, el preimpregnado a menudo debe colocarse en un lugar de almacenamiento en frío para evitar que ocurra una reacción química antes de que el preimpregnado se use para la fabricación.

La optimización del rendimiento

El refuerzo viene en varias formas; los componentes que necesitan alta resistencia y rigidez en una dirección (es decir, mástiles de yates, esquís o palas de viento) generalmente estarán formados por tiras unidireccionales. Sin embargo, otras estructuras, que requieren resistencia y rigidez en múltiples direcciones, es más probable que empleen un refuerzo con una orientación de capas ilimitada, como fibra multiaxial no engarce.

Por lo tanto, es importante que la arquitectura de la matriz se diseñe con precisión para optimizar la distribución del peso y la flexibilidad en relación con direcciones simples o múltiples y la aplicación del refuerzo seleccionado.

Los termoestables en lugar de los termoplásticos se usan con mayor frecuencia en la fabricación de compuestos preimpregnados con resina epoxi que representa la química primaria de elección. Otros incluyen fenólicos, bismaleimida y ésteres de cianato.

Como ingrediente principal, la resina necesita ofrecer una viscosidad suficientemente baja para permitir la formulación y el desarrollo, facilitando la eliminación de aire durante el procesamiento y el curado a temperaturas / tiempos específicos. También debería proporcionar excelentes características de tachuela y caída, permitiendo que el preimpregnado se moldee adecuadamente mientras se mantiene la orientación de la fibra sin el riesgo de moverse durante el procesamiento.

Abordar las demandas del mercado

La resistencia a la temperatura se ha convertido en un objetivo clave para los productos preimpregnados de hoy. En el mercado del transporte masivo, por ejemplo, para introducir aplicaciones compuestas más avanzadas en las proximidades de un motor, existe la necesidad de mejorar la resistencia al calor.

Para que el rendimiento coincida con el requisito, la responsabilidad recae en mantener el control total de la cinética de curado del sistema sin sacrificar ninguna otra capacidad de procesamiento, como la latencia prolongada o las propiedades finales del preimpregnado.

Mantener y aumentar la resistencia térmica mientras proporciona beneficios de rendimiento adicionales siempre ha sido un foco principal para Huntsman, desde los científicos que descubren nuevas moléculas hasta los especialistas en producción que aportan conceptos a las moléculas comerciales.

Para ilustrar este compromiso, se pueden destacar los siguientes productos probados:

· Resina epoxi trifuncional, tipo TGHPM Tactix® 742 proporciona una mayor resistencia a la temperatura de transición vítrea que cualquier otra resina. Esta resina sólida es compatible con otras resinas epoxi, que muestra una viscosidad bastante baja cuando se calienta a temperaturas medias y se puede procesar fácilmente en formulaciones de preimpregnación diseñadas para aplicaciones de alta temperatura

· Epoxi novolac a base de Dyclopentadiene Tactix® 556 presenta una absorción de humedad más baja que muchos epoxis multifuncionales comúnmente utilizados en compuestos avanzados, lo que lo hace ideal para su uso donde la retención de propiedades en condiciones de calor y humedad es crítica

· Los aceleradores y endurecedores latentes sólidos, Aradur® 976 por ejemplo, proporcionan una larga latencia en combinación con altos rendimientos térmicos y mecánicos que apoyan el desarrollo de formulaciones de alta resistencia térmica

· Aradur® 3123 y Aradur® 1167 pueden actuar como endurecedores o como aceleradores con un comportamiento de alta latencia y curado instantáneo superior a 110 ° C


En resumen

Aquí hemos analizado los elementos que definen el estándar para las matrices preimpregnadas. A medida que la aceptación de los productos preimpregnados continúa creciendo como material de elección para la producción en masa a través de una variedad de aplicaciones comerciales, se demandarán eficiencias incluso mayores y será imprescindible una mayor inversión en la innovación de materiales.

Aprovechando nuestras competencias centrales en síntesis y formulación, este es un desafío que Huntsman pretende cumplir. De hecho, las moléculas para mañana ya están 'cocinándose' en la fase de diseño en los laboratorios R & T de Huntsman.

www.huntsman.com/advanced_materials

Patricia Albisser

Huntsman Advanced Materials (Switzerland) GmbH
Escuelas
Klybeckstrasse 200
CH-4057 Basilea
Suiza
Teléfono: + 41-61 299 2664-
Fax: + 41-61-966 8130
Email: [Email protected]

Huntsman Advanced Materials

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