La calidad de los composites de tejido de fibra de carbono/policarbonato termoplástico después del termoformado y desmoldeo ha sido objeto de numerosas investigaciones, especialmente para aplicaciones en industrias que requieren moldes SMC y moldeo de composites. Estos composites son fundamentales en sectores que utilizan moldes de compresión y moldes de fibra de carbono.

Este estudio investiga los efectos de los parámetros de termoformado utilizando una combinación de simulación de elementos finitos y el arreglo ortogonal de Taguchi. El modelo de simulación empleó un enfoque discreto con un modelo micromecánico para describir el comportamiento de deformación del tejido de fibra de carbono, similar a lo que se observa en moldes de termoformado y herramientas de compresión. Paralelamente, se incorporó un modelo de resina para garantizar simulaciones precisas. Este enfoque se validó mediante pruebas de extensión biaxial realizadas a cinco temperaturas diferentes, proporcionando datos esenciales sobre el comportamiento del material durante el proceso de termoformado, al igual que en procesos que involucran moldes BMC y moldes de prensa.

Parámetros Clave del Termoformado

El estudio se centró en tres parámetros clave del termoformado, cada uno con tres niveles, similares a los considerados en el moldeo por compresión:

• Temperatura de la Lámpara: Influye en la flexibilidad del material y su capacidad para conformarse a las formas del molde, crucial en herramientas SMC y moldeo BMC.
• Temperatura del Molde: Afecta el ajuste final de la forma y el acabado superficial del composite, impactando a menudo en moldes de termoformado y moldes SymaLITE.
• Presión de Sujeción de la Lámpara: Desempeña un papel crucial al mantener el material en su lugar y asegurar un moldeo consistente, esencial para moldes de composites como moldes SMC y moldes de fibra de carbono.

El objetivo era optimizar cuatro factores importantes de calidad: ángulo de inclusión de la fibra, ángulo de retroceso, ajuste de la forma del molde y la deformación de la pieza en forma de U, similares a los que se encuentran en moldes termoendurecibles y moldeo LFT. Al ajustar los parámetros del termoformado, el estudio buscó lograr la mejor combinación de estos factores en varios métodos de herramientas de composites.

Resultados y Análisis

La simulación de elementos finitos reveló que la curva de tensión-desplazamiento obtenida de las pruebas de extensión biaxial coincidía estrechamente con los resultados simulados. Esto verificó la fiabilidad del método de elementos finitos discreto utilizado en este estudio, que tiene paralelismos con los procesos de validación para el moldeo SMC y las herramientas de prensa.

Además, el análisis del arreglo ortogonal de Taguchi identificó la presión de sujeción de la lámpara como el parámetro de proceso dominante, al igual que en moldes de compresión y herramientas BMC. Se encontró que el valor óptimo para la presión de sujeción de la lámpara era de 1,18 kPa, siendo el factor más crítico en el proceso de termoformado. La temperatura de la lámpara fue el segundo factor más influyente, con un rango óptimo de 160°C a 230°C. Curiosamente, la temperatura del molde tuvo un efecto relativamente menor en la calidad final del composite, similar al comportamiento observado en moldes GMT y moldes D-LFT.

Ajustes Óptimos de Termoformado

El estudio recomendó los siguientes ajustes óptimos para el termoformado de composites de tejido de fibra de carbono/policarbonato termoplástico:

• Presión de Sujeción de la Lámpara: 1,18 kPa (crítica para moldes de compresión y moldes SMC)
• Temperatura de la Lámpara: 230°C (relevante para herramientas de termoformado y moldes de compresión en caliente)
• Temperatura del Molde: 190°C (beneficiosa para moldeo de composites y moldes de fibra de carbono)

Estos ajustes resultaron en los resultados más favorables para los cuatro factores de calidad, lo que indica que un control cuidadoso de la presión de sujeción de la lámpara y la temperatura es crucial para lograr moldes de composites y moldes de termoformado de alta calidad.

Conclusión

En resumen, los resultados de este estudio proporcionan información valiosa sobre los efectos de los parámetros de termoformado en los composites de tejido de fibra de carbono/policarbonato termoplástico. El estudio concluyó que la presión de sujeción de la lámpara y la temperatura de la lámpara son los dos factores más importantes, siendo la temperatura del molde un factor secundario. Estos hallazgos son esenciales para aquellos que trabajan con herramientas de composites, herramientas de termoformado y moldes de compresión, proporcionando una vía clara para producir composites de alta calidad con un ángulo de retroceso deseable, ángulo de inclusión de la fibra y ajuste de la forma del molde.