CFSMC

CFSMC zuntza material polimerikoki konposatua eta karbono zuntzekin sendotua da. Erretxina termoegonkorrez eta beste hainbat gehigarriz osatzen da, ezaugarri espezifiko batzuk izan ditzan eta materialaren portaera hobea izan dadin. Esberdintasun handiagoena zuntz tradizionalekin konparatuta da CFSMC zuntzak ez daudela norabide zehatz batean ipinita baizik eta ausazko norabideetan. Horri esker, askoz azkarragoa da zuntz honen fabrikazioa eta forma bitxi eta konplexuak ematea onartzen du.^[1]

Material hau oso berria da mundu industrialean. SMC materiala XIX eta XX. mendeen artean garatu zen, baina CFSMCaren aplikazio industrialak oso azkenaldikoak dira.

Zehaztzago esanik, 1960 urtean erabili zen lehen aldiz, beira-zuntzez egindako xafla moldeaketarekin.^[2]

Industrian, berriz, 2003 urtean izan zuen lehen erabilera: autoen egitura osatzeko erabili zen Dodge Viper ^[3]autoan.

2010 urtean zehar, Lamborghini eta beste enpresa batzuk CFSMC erabiltzen hasi ziren egiturarako eta estetikarako.

2010etik gaur egunera eskala handietan hasi da erabiltzen; adibidez, Boeing hegazkinetarako piezak egiteko.

CFSMC materialak bi osagai nagusi dauzka:

- Karbono-zuntz laburrak (Tow multzoetan)

- Termoegonkorrak diren erretxinak (epoxia, binilester-a edo poliester-a)

Zuntzak UD filamentuetatik mozten dira. Filamentu kopuruak eta luzerak (10-50 mm bitartekoak) eragin^[4] handia dute azken materialaren propietateetan.

Erretxinaren aukerak: kostu aldetik merkeena poliesterreko erretxina da, baina alde beran ahulagoena; epoxi erretxinak errendimendu handiena eskaintzen du, baina garestia da; bilinesterra, azkenik, tarteko aukera bat da, ezaugarri duena korrosioarekiko eta tenperatura altuekiko erresistentzia.

Xaflak bi erretxina-geruzen artean prestatzen dira. Fase honetan, fibra-orientazioa ia ausazkoa da eta kontrol handirik ez dago.

Mikroegitura heterogeneoa eta anisotropoa dutenez, CF-SMCren ezaugarri mekanikoak nabarmen alda daitezke tarte zabalen barruan. Material horien errendimenduetan eragin sakona duten parametroak, batez ere, zuntzen eta matrizearen ezaugarri mekaniko eta geometriko txukunekin (zuntzenak bereziki) eta gogorren orientazioarekin eta edukiarekin lotuta daude. Modulua 20GPa baino txikiagoa izan daiteke edo 60GPa-ra iritsi eta erresistentzia balioak 60-500MPa bitartekoak dira^[4]

CF-SMC konposatuak norabide jakin batean optimizatu daitezke konpresio-fasean zuntzen norabidea kontrolatuz, zuntz jarraituko laminatuen antzeko errendimendua bilatuz. Zuntzak karga-norabidearekin lerrokatzen direnean, materialaren portaera zuntzek menderatzen dute (fiber-dominated), eta horrek egitura zurrunagoa eta erresistenteagoa sortzen du, baina baita portaera hauskorragoa ere. Aldiz, orientazioa kargarekiko perpendikularra denean, matrizeak edo erretxinak hartzen du karga-banaketaren pisua, duktiltasuna irabaziz baina zurruntasuna galduz. Dena den, zuntz jarraituetan ez bezala —non orientazioa guztiz determinista eta zehatza den—, CF-SMC-aren kontrola fenomeno hidrodinamikoen mende dagoenez, muga handiagoak ditu; ondorioz, orientazio perfektu baten ordez "orientazio hobetsia" lortzen da, non zuntz gehienek estatistikoki norabide nagusi bat erakusten duten arren, orientazioa ez den ehuneko ehunean zehatza.

CF-SMC materialen mikroegitura heterogeneoa denez, zuntz-muturrek eta erretxina-poltsek (resin pockets) tentsio-kontzentrazio guneak sortzen dituzte, materiala ahulduz. Hala ere, akats lokal horiek abantaila bat ematen diote: materiala entalladurarekiko sentikortasun txikiagoa (notch-insensitive) izatea. Horri esker, zulo edo mozketa baten aurrean pitzaduraren hedapena mugatuagoa da laminatu jarraituetan baino.

CFSMC-ak marmol beltz itxura du (ez xake-taula), zuntza moztuta dagoelako. Mikroegitura heterogeneo horrek (resin pockets eta zuntz-muturrak) materiala ahultzen du, baina, aldi berean, talken eta zuloen aurrean sendoagoa egiten du (notch-insensitive), pitzadurak ez direlako erraz hedatzen.^[4]

CF-SMC materialak karbono-hari sorta zatiz osatuta daude, sendatu gabeko termoegonkortzaile erretxinaren bi geruzen artean banatuta. Karbono-zuntzezko harilak prepreg UD biribilkitatik mozten dira. Jatorrizko biribilkia zuntz (filamentu) kopuru jakin batez osa daiteke, eta horrek eragin zuzena du azken konpositearen propietateetan: balioak 3 eta 50 mila filamentu artean alda daitezke, eta tow-en luzera tipikoak 10 eta 50 mm artean egon ohi dira.^[1]Erretxinari dagokionez, termoegonkortzaileak erabiltzen dira: aukerak poliesterra, esterrak, vinilikoak edo epoxi izan daitezke; lehena merkeenetakoa da, eta azkena errendimendu handiena duena. Epoxia bezain sendoak ez diren arren, fenomeno korrosiboekiko eta tenperatura altuekiko erresistentzia hobea dutenez, esterrak vinilikoak sarritan erabiltzen dira.^[5]

Osagaiak prepreg xafla moduan konbinatzen dira. Tow-ak normalean mozgailutik erortzen dira bi erretxina-geruzetako baten gainera, eta bigarren geruzak estaltzen ditu gero. SMC prepreg xaflak muntaketa biszosoa arrabolen bidez trinkotu ondoren sortzen dira. Fase honetan, zuntzen norabidea kontrolatzea, oro har, ezinezkoa da, eta zuntzak norabide guztietan orientazio berdin-probablea dutela jo daiteke.

Prepreg xaflak^[6] prestatu ondoren, materiala konpresio bidez moldeatu daiteke nahi den azken formara. Konpresio-moldeaketa bi zatiko moldea behar duen fabrikazio-teknika da: lehen zatian moldeatuko den materiala (karga) kokatzen da, eta bigarrena prentsan muntatzen da barrunbea ixteko, presio handia aplikatuz. Geometria konplexua denean, xaflak moztea beharrezkoa izan daiteke beheko moldean errazago kokatzeko.

Ondoren, goiko molde-barrunbea ixtearekin batera, materiala molde osoan zehar hedatzen da moldea guztiz itxi arte. Presioa mantendu egiten da, tenperatura altuarekin batera, erretxinaren ontzea eta porositate txikia bermatzeko. Etapa honek eragin handia du azken produktuak izango dituen propietate mekanikoetan, izan ere, molde-barrunbeko fluxu biszosoak zuntzak fluxuaren norabidean orientatzeko joera du. Fluxuaren kantitatea eta norabidea kontrolatuz, zuntzen norabidea neurri batean gidatu daiteke, eta horrela material ia isotropikoa lor daiteke (fluxu txikiko moldeaketa) edo errendimendu handiagoa norabide jakin batean (fluxu handiko moldeaketa).

Ekoizpen-prozesuan, ahal den neurrian, weld line edo soldadura-lerro izeneko akatsak saihestea ere garrantzitsua da. Soldadura-lerroak sortzen dira bi material-fluxu elkarren aurrean moldetik barrunbea betetzean. Egoera horrek aire-harrapaketa eragin dezake, polimero-matrizako gurutzatze-erreakzioa oztopatu, edo zuntzak pilatzea edo falta izatea. Ondorioz, soldadura-lerroek erresistentzia txikia izan ohi dute, batzuetan erretxina polimero hutsak baino are ahulagoak ere badira.

CF-SMCk karbono-konpositeen propietate arinak fabrikazio-prosezu batekin konbinatzen ditu, konpresio bidezko moldaketa gisa, fabrikazio azkarra ahalbidetzen duena eta, beraz, bolumen handiko aplikazio industraletarako egokia dena. Arrazoi honengatik, automobilgintza da teknologia hori lortzeko hautagairik onenetako bat

Automobilgintzan 30 urte baino gehiago daramatzate beira-zuntzezko SMCa erabiltzen (Adibidez chevrolet corvette). ^[8]Berrikuntza nagusiena karbono-zuntza erabiltzea izan da, Dodge Viper^[3], Lexus LFA^[9] edo BMW 7 seriea bezalako autoetan egitura-osagaigisa aplikatuz. Lamborghini izan da erreferentea, "Forged Composite^[10]" bertsioa patentatu eta Sesto Elemento modeloan estrenatu baitzuen. Gaur egun, teknologia hau luxuzko autoetatik ekoizpen handiko ibilgailuetara hedatzen ari da adibidez Toyota Prius PHV kasuan, ekoizpen auto normal bata dena.

Hegazkintzan ere hasi dira CF-SMC erabiltzen; Boeing enpresak, esaterako, 787 Dreamliner modeloarenlehio-egituretan aplikatu du. Fabrikatzaileen arabera, material honen erabilera asko haziko da sektore aeroespazialetan datozen urteetan, pisu-erresistentzia erlazio onari eta fabrikazio azkarrari esker^[6][11]

- Propietate mekanikoen aldakortasuna:

Karbono zuntza txikitua eta ausaz orientatua dagoenez, propietate mekanikoak ez dira beti uniformea piezan zehar. Horrek diseunu-aurreikuspena zailtzen du

- Zuntzen norabidearen-kontrol mugatua:

Laminatu jarraituetan^[12] ez bezala, CFSMCn ezin da zehaztasunez kontrolatu zuntzen norabidea; ondorioz, errendimendu mekanikoa txikiagoa izan daiteke norabide jakin batzuetan.

- Azaleko akatsak:

Piezen gainazalean poroak, markak edo irregularitateak ager daitezke, batez ere estetika garrantzitsua den aplikazioetan; horrek ondorengo tratamenduak behar izatea dakar

- Inpaktuarekiko sentikortasuna:

CFSMC materialak kolpeekiko sentikortasuna du eta kalteak sortu daitezke kanpotik ikusten ez diren arren

- Materialaren kostua:

Karbono-zuntza garestiagoa denez, CFSMC ez da beti aukera egokia kostua mugatua den proiektuetan

- Birziklapen-zailtasunak:

Erretxina termosetekin eginda dagoenez, material hau birziklatzea zaila da eta oraindik erronka handia da

- Diseinu-arau estandar gutxiago:

Material nahiko berria denez, ez dago diseinu-arau eta estandar asko beste material batzuekin alderatuta^[13][14][15]

-Indar handia eta pisu arina:

Karbono-zuntzak erabiltzeak egitura sendoak ematen ditu, baina metalak baino arinagoak dira.

-Moldaketa azkarra:

SMC prozesuari esker, piezak industrialki ekoizteko denbora laburra behar da.

-Forma konplexuak lortzea:

Pieza konplexuak edo geometria bereziak molde batean sor daitezke, forma aldatzea erraza baita fabrikazioan.

-Korrosioarekiko erresistentzia:

Metalezko materialekin alderatuta, CFSMC ez da erraz oxidatzen edo ez da oxidatzen.

-Errendimendu termiko ona:

Gogortzen den plastikoak tenperatura altuak ondo jasaten ditu, piezen egonkortasuna mantentzen.^[13][15]