Composites termoplásticos de fibra continua y nanocomposites obtenidos mediante polimerización in-situ aniónica de poliamida 6

Resumen

Los nuevos desarrollos entorno al sector de la automoción implican la reducción de emisiones de CO2, principalmente mediante la reducción de peso en el vehículo. Una forma de conseguir estas reducciones es mediante la sustitución de las actuales piezas de chapa por piezas fabricadas en composite, siendo los de matriz termoplástica los que son capaces de ofrecer una gran resistencia, una vida útil ilimitada y reciclabilidad intrínseca. En los últimos años, los materiales compuestos reforzados con fibras continuas no sólo están reservados para vehículos de altas prestaciones, sino que se empiezan a ver en el mercado series de 30000 unidades/año de coches con estas prestaciones Los plásticos reforzados para el sector dela automoción se han obtenido tradicionalmente mediante procesos en fundido. El principal objetivo planteado en el trabajo de investigación descrito en esta memoria ha sido la obtención de composites de matriz termoplástica mediante la polimerización in-situ de PA 6 aniónica mediante la incorporación de refuerzos de muy distintas escalas, como alternativa a las piezas existentes actualmente en el sector de la automoción. Estos materiales presentan una combinación óptima de propiedades mecánicas, reducción de peso y tiempo de ciclo. Para ello, ha sido necesaria, en primer lugar, la realización de un estudio para conocer las propiedades mecánicas que se obtienen por los métodos tradicionales y así poder fijar unos requisitos.Por lo tanto, se han estudiado procesos clásicos de fundido de fabricación de composites en automoción, como son la extrusión-inyección, o avanzados, como el LFT, y se han obtenido las propiedades mecánicas, tanto en probeta como en pieza real. Una vez fijados los requerimientos exigidos por el mundo de la automoción, se ha procedido a intentar reproducirlos mediante la polimerización in-situ específica de esta Tesis. Para ello, se ha realizado una búsqueda, por un lado, de nanomateriales y de los métodos adecuados de dispersión de los mismos y, por otro lado, de fibras y de los métodos de infiltración óptimos para cada una de ellas. La búsqueda de estos refuerzos se ha centrado en base a la compatibilidad existente con la reacción monómero-sistema catalítico. Además, se han empleado distintos porcentajes tanto de nanomaterial y/o fibra como de sistema catalítico, con el fin de encontrar los porcentajes adecuados para las propiedades deseadas.La conclusión final que se obtiene en esta Tesis es que la combinación de fibra continua con la poliamida 6 aniónica mediante el proceso específico de polimerización in-situ proporciona unos materiales compuestos equivalentes en propiedades mecánicas a los existentes en el mercado actualmente. Además, el proceso específico de esta Tesis tiene múltiples ventajas respecto al comercial, como pueden ser un equipamiento más barato y con menor infraestructura, la posibilidad de obtener los materiales a baja presión, temperatura media (comparando con los procesos en fundido) y de ser un proceso en el que el material final se obtiene en un solo paso