Bobinado filamentario

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Principio del proceso
El bobinado de filamentos es un proceso en el cual se enrollan fibras continuas impregnadas con resina alrededor de un mandrilo giratorio, que tiene la forma interna del artículo de FRP que se quiere producir.
La resina se cura después y el mandril se retira.
Se producen componentes huecos de simetría axial (usualmente circular) así como formas irregulares.

La formamás común del proceso se describe en la siguiente figura.

El proceso se describe como sigue:
1.- Una banda de mechas de fibras se pasa a través de un baño de resina inmediatamente antes de ser enredada en forma helicoidal sobre un mandril cilíndrico.

2.-Continuando el patrón de bobinado se completa finalmente una capa superficial sobre el mandril de un filamento grueso.

La operación serepite para formar capas adicionales, cada una de estas tiene un aspecto entre cruzado con respecto a la anterior, hasta obtener el espesor adecuado.

Métodos para impregnar las fibras con resina

1) Bobinado húmedo: El filamento pasa a través de la resina liquida solamente antes del bobinado como en la primera figura.

2) Bobinado “prepreg” o bobinado seco : Los filamentos preimpregnados con resina parcialmente curada se enrollan alrededor de un mandril calentado

3) Post impregnación : Los filamentos se enrollan en el mandril y luego se impregnan con resina por medio de brocha o alguna otra técnica

Patrones básicos de bobinado del filamento
a) Helicoidal: La banda de filamentos se aplica en una forma espiral alrededor del mandril con un ángulo de hélice Q.

Casoespecial: Si la banda se bobina con un ángulo de hélice que se aproxima a los 90° y el avance del bobinado es un ancho de banda por revolución , se denomina bobinado de aro ya que los filamentos forman aros casi circulares alrededor del mandril.

b) Polar: El filamento se enrolla alrededor del eje mayor del mandril, después de cada revolución longitudinal, el mandril gira parcialmente en unancho de banda que va creando gradualmente una forma hueca.

c) Bobinado biaxial: Los patrones polares y de aro se pueden combinar en bobinados sucesivos del mandril para producir capas adyacentes con direcciones del filamento aproximadamente perpendiculares; a esto se le llama bobinado biaxial.

Relacion ángulo de la hélice y parámetros de la maquina
La maquina típica tiene un motor queacciona el mandril y un mecanismo de alimentación de potencia que mueve al corredera.

El movimiento relativo entre el mandril y el carro se controlan para generar un patrón dado de bobinado

En el caso de bobinado helicoidal, la relación entre en ángulo de la hélice y los parámetros de la maquina se pueden expresar como sigue:
tanθ=vcπDN
Donde
θ:Angulo de boninado sobre el mandrilvc:Velocidad a al cual corre el carro en al direccion axial Pulgsegms
D:Diametro del mandril pulg , m
N:Velocidad rotacionalrevs (1s)

Maquinas de bobinado de filamentos
1) Control mecánico:

Existe un engranaje directo entre la propulsión del mandril y del carro móvil, es el control más simple y menos costoso.

2) Control numérico computarizado (CNC)
La rotación del mandril y lavelocidad de la corredera se controlan independientemente para permitir un mejor ajuste y mayor flexibilidad de los movimientos relativos

Materias primas y técnicas utilizadas
FIBRAS
La fibra más ampliamente usada es la fibra de vidrio.
Tipo fibra de vidrio | Modulo nominal a tracción (GPa) | Resistencia nominal a tracción (MPa) | # máximo de filamentos/hilo | Densidad(gr/cm3) |
E | 72.4 |3447 | 4000 | 2.6 |
R | 86.2 | 2068 | 60 | 2.49 |
S | 86.9 | 4585 | ---- | 2.55 |

La fibra de carbono presenta módulos de rigidez entre 3 y 5 veces superiores a los de la fibra de vidrio, además de ser entre un 25 y 30 % más ligeras que estas. Gracias a estas propiedades la fibra de carbón está siendo ampliamente utilizado para el bobinado filamentario.

Tipo de fibra de carbono |...
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