Fijación en Z - Z-pinning
Z-pinning es una técnica para insertar fibras de refuerzo (también llamadas Z-pins o fibras Z) a lo largo de la dirección Z de los plásticos continuos reforzados con fibra . Los pasadores en Z pueden estar hechos de metal o fibras compuestas unidireccionales curadas previamente. Está diseñado para usarse dentro de la tecnología pre-preg ; Existe una amplia evidencia experimental de que la fijación en Z mejora drásticamente la resistencia de la estructura compuesta a la delaminación . La figura de la derecha muestra un pasador en Z insertado entre las fibras del material. El alfiler extiende las fibras y crea un espacio de forma ovalada que se rellena con resina . La clavija en Z evita que el composite se deslamine. Cuando se aplica una carga, las grietas generalmente se forman a lo largo de la línea de la abertura.
Beneficios
La fijación en Z es una técnica versátil que se puede aplicar a muchos materiales que se beneficiarán de una mayor resistencia y durabilidad. Son especialmente eficaces cuando se utilizan en materiales que están sujetos a delaminación , porque los pasadores en Z pueden contrarrestar este problema. La fijación en Z se ha utilizado en la fabricación de aviones para agregar resistencia. Al fijar en Z los materiales en un avión, como las alas, puede tener una resistencia mucho mayor al daño durante el vuelo. Además, si la aeronave sufre una pequeña grieta, la fijación en Z evitará una falla catastrófica. Los pasadores en Z también se pueden utilizar para aplicaciones automotrices. Los pasadores se pueden insertar en piezas de fibra de carbono para aumentar su resistencia. Si el divisor delantero de un automóvil se construyera con pasadores en Z, podría soportar significativamente más impactos porque los pasadores en Z lo mantendrían unido incluso con una pequeña grieta. Esto permite que las piezas de fibra de carbono permanezcan ligeras sin dejar de ser fuertes. Las pruebas de pines en Z de diferentes tamaños han indicado que los pines más grandes conducen a un aumento de la resistencia. Un aumento del 1% en el tamaño del pasador en Z aumenta la dureza entre 6 y 25 veces. Sin embargo, un alfiler demasiado grande puede romper las fibras del material y provocar su fractura.
Producción de Z-Pin
Hay muchos métodos para crear Z-pins. Por lo general, los pines en Z se curan previamente y luego se insertan en materiales compuestos. Un proceso consiste en tirar de una estopa de fibra continua a través de un baño de resina líquida utilizando una máquina de pultrusión . Luego, la fibra se extrae del baño a través de la matriz, lo que crea la forma y el tamaño del pasador. A continuación, el pasador se intercala en una orientación vertical en espuma para finalizar el proceso. El pasador puede recubrirse o tratarse como un paso adicional según la aplicación. Este proceso es una de las formas más eficientes y rentables de producir pasadores en Z porque se puede adaptar fácilmente a diferentes tamaños de pasadores.
Fabricación con pasadores en Z
Los pasadores en Z tienen muchas formas de insertarse en el material elegido. El método más común es un proceso que utiliza un martillo ultrasónico. El martillo comprime la espuma que recubre los pasadores y empuja los pasadores hacia el material. El martillo induce vibraciones de alta frecuencia al pasador a medida que se comprime. La punta biselada vibrante de los pasadores en Z calienta y suaviza localmente la resina, lo que permite que la fibra Z penetre en la preforma con una interrupción mínima de las fibras largas. El pasador restante y el laminado sobre la superficie se eliminan para crear una superficie lisa y uniforme. La superficie se puede terminar con un revestimiento para sellar los pasadores en Z dentro del material. También se puede utilizar una pistola ultrasónica de mano para insertar pasadores en Z en una producción a pequeña escala. Esto es ideal para probar materiales que contienen pasadores en Z porque se pueden insertar fácilmente en cualquier lugar del material.
Ver también
Referencias
- ^ Perdiz, Ivana; Bonnington, Tony; Cartié, Denis (2003). "Fabricación y rendimiento de compuestos con clavijas en Z". Materiales poliméricos avanzados . Prensa CRC. doi : 10.1201 / 9780203492901.ch3 . ISBN 978-1-58716-047-9.
- ^ Perdiz, Ivana K .; Denis DR Cartié (enero de 2005). "Laminados resistentes a la delaminación mediante fijación de fibra Z". Composites Parte A . 36 : 55–64. doi : 10.1016 / j.compositesa.2004.06.029 .
- ^ a b Chang, P .; Mouritz, AP; Cox, BN (1 de octubre de 2006). "Propiedades y mecanismos de falla de laminados en z-pinned en tensión monótona y cíclica". Compuestos Parte A: Ciencia aplicada y fabricación . 37 (10): 1501-1513. doi : 10.1016 / j.compositesa.2005.11.013 . ISSN 1359-835X .
- ↑ Njuguna, J .; Pielichowski, K .; Alcock, JR (2007). "Nanocomposites reforzados con fibra a base de epoxi". Materiales de ingeniería avanzada . 9 (10): 835–847. doi : 10.1002 / adem.200700118 . hdl : 1826/7528 . ISSN 1527-2648 .
- ^ Huan, Dajun; Li, Yong; Tan, Yan; Zhang, Xiangyang; Xiao, junio (2017). "Revistas SAGE: su puerta de entrada a la investigación de revistas de clase mundial". Revista de plásticos reforzados y composites . 36 (22): 1639-1650. doi : 10.1177 / 0731684417722409 .
- ^ Francesconi, L .; Aymerich, F. (1 de noviembre de 2018). "Efecto de la fijación en Z sobre la resistencia al impacto de laminados compuestos con diferentes capas". Compuestos Parte A: Ciencia aplicada y fabricación . 114 : 136-148. doi : 10.1016 / j.compositesa.2018.08.013 . ISSN 1359-835X .
- ^ a b c Lenzi, F .; Riccio, A .; Clarke, A .; Creemers, R. (2007). "Pruebas de cupones en muestras compuestas fijadas en z y sin fijar para aplicaciones resistentes a daños". Simposios macromoleculares . 247 (1): 230–237. doi : 10.1002 / masy.200750126 . ISSN 1521-3900 .
- ^ Wang, Xiao-Xu; Chen, Li; Jiao, Ya-Nan; Li, Jia-Lu (2016). "Preparación de Z-pins con recubrimiento de polvo de fibra de carbono y estudio experimental de las propiedades de endurecimiento por delaminación en modo I". Compuestos poliméricos . 37 (12): 3508–3515. doi : 10.1002 / pc.23550 . ISSN 1548-0569 .