Evaluación térmica y reológica de un ciclo de curado de un preimpregnado de carbono/epoxi

Thermal and rheological evaluation of a carbon/epoxy prepreg cure cycle

Los parámetros cinéticos y reológicos relacionados con el ciclo de curado de un sistema preimpregnado (prepreg) de resina epoxi (F584)/fibra de carbono se determinaron mediante análisis térmico y reológico. Los resultados se utilizaron para evaluar el ciclo de curado utilizado actualmente en la industria de transformación de compuestos, con el mismo sistema de preimpregnado. A partir de los resultados de los análisis térmicos se verificó que el curado de la resina epoxi sigue una cinética de polimerización de orden n = 1,3 y que la velocidad de calentamiento más adecuada para el procesado de compuestos es igual a 2,5 °C/min. Esta velocidad de calentamiento favorece un ciclo de curado a temperaturas más bajas, en comparación con las otras velocidades de calentamiento estudiadas, 5 y 10 °C/min, permitiendo reacciones de curado más homogéneas y mejor controladas.

INTRODUCCIÓN

Una de las formas más comunes para producir compuestos poliméricos en la industria es mediante el uso de preimpregnados. Los preimpregnados, o "prepregs", son productos intermedios listos para el moldeo y se definen como una mezcla de fibras de refuerzo con un polímero termoendurecible o termoplástico formulado, en una fracción de masa específica. Las matrices poliméricas termoendurecibles más usadas en la impregnación de fibras incluyen resinas epoxi, fenólicas y de poliimida, mientras que las matrices termoplásticas también se utilizan para obtener compuestos con fibras de vidrio, carbono o aramida, tanto en forma de tejidos como de cintas unidireccionales.

El uso de preimpregnados en el procesamiento de materiales compuestos permite mantener la integridad física del refuerzo durante la manipulación para el moldeo, controlar la fracción de volumen de las fibras y ajustar el grado de curado de la matriz de impregnación para facilitar el procesamiento. La tecnología de fabricación de preimpregnados está controlada por unas pocas empresas en la industria aeroespacial debido a la necesidad de cumplir con especificaciones muy precisas en cuanto a las propiedades mecánicas del compuesto final. El acceso a información sobre sistemas de resina, incluyendo formulaciones, aditivos y condiciones de preparación, es limitado, y se maneja en relación con la resina específica utilizada.

A pesar de las numerosas investigaciones y revisiones sobre la cinética de curado de las resinas termoestables, especialmente las epoxi, y sobre las reacciones químicas que determinan la morfología y propiedades del curado, aún persisten muchos interrogantes en torno a la relación procesamiento-morfología-propiedades.