Desarrollo de sistema de curado por efecto Joule en nanocompuestos de matriz termoestable con aplicaciones en la industria aeronáutica

Abstract

[Resumo] Na actualidade, o curado de calquer material termoestable faise utilizando una fonte de calor que na mayoría dos casos é un forno de grandes dimensións, o cal leva asociado un enorme gasto enerxético. O obxetivo principal deste traballo foi conquerir a reacción quimica dun polímero termoestable a través do Efecto Joule. Debido o feito de que é preciso aumentala conductividade eléctrica do material base, engadimos un 3 % en peso de nanotubos de carbono. A monitorización da reacción química que se produce polo calor xenerado polo efecto Joule foi feita mediante a técnica da Reología. Foi feito un rediseño da geometría estándar de pratos paralelos na que en cada prato (superior e inferior), soldouse os termináis negativo e positivo da saida dunha fonte de alimentación de corrente continua. A diferencia de potencial xenerada entre ambos pratos produce una corrente eléctrica que a sua vez produce calor por efecto Joule o atravesar a mostra. Utilizouse a técnica da termogravimetría para investigala influencia da presencia dos nanotubos na degradación por temperatura do material. A Calorimetría Diferencial de Barrido permitiunos saber si o grado de avance da reacción obtido e a Transición Vítrea do material son adecuadas para a aplicación fixada. Unha vez que o comportamento do material durante o proceso de curado por efecto Joule é coñecido mediante reoloxía, implementouse o sistema a escala de laboratorio.

[Abstract] Nowdays, the curing of any thermoset material is performed using a heat source, that generally is a huge furnace. This furnace tipically needs a lot of energy. The main target of the present work is the achievement of the curing of a thermoset material using the Joule effect. This will reduce the amount of energy needed to achive the curing process. In order to decrease the resistivity of the material, multiwall Carbon Nanotubes have been introduced in the material at a concentration of 3 % over the percolation threshold. The curing of the composite that is driven by the heat produced by the Joule effect has being followed by rheology. In order to do that, we have used aluminium parallel plate geometries where each plate is soldered to the positive and negative terminals of a DC source. The voltage difference between both plates produces the electrical current that gives the commanded increase in temperature. The termogravimetic technique was used to characterize the impact of the Carbon nanotubes on the degradation of the composite. The calorimetric technique allowed us to be sure that the conversion percent reached and the glass transition of material is suitable for the required application. Once the material´s behavior during the curing process is known, a prototype was built.

[Resumen] En la actualidad, el curado de cualquier material termoestable se lleva a cabo utilizando una fuente de calor que normalmente es un horno de grandes dimensiones, con el consiguiente enorme gasto energético La idea principal del presente trabajo es la consecución del curado de un termoestable mediante corriente eléctrica por efecto Joule, que reduciría en una gran proporción este enorme gasto. Para conseguir que el termoestable pase de tener conductividades eléctricas más altas, se ha introducido en el material bicomponente una concentración del 3 % de nanotubos de carbono. El seguimiento del curado por efecto Joule se ha realizado mediante reología. Para ello, se ha utilizado la geometría de platos paralelos en los que a cada plato inferior y superior, ahora considerados los bornes, son soldados a los terminales positivo y negativo de la salida de una fuente de alimentación en continua. La diferencia de potencial introducida entre dichos platos produce la corriente eléctrica, la cual produce el aumento de temperatura deseado. Se utilizó la técnica de la termogravimetría para estudiar la influencia de la presencia de los nanotubos en la degradación del material. La calorimetría diferencial de barrido nos permitió saber si el grado de curado alcanzado y la transición vítrea son adecuadas para la aplicación requerida. Una vez conocido el comportamiento del material durante el curado por efecto Joule, llevado a cabo en el reómetro, se implementó el sistema a escala de laboratorio.