DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA PIEZA PARA VEHÍCULOS AÉREOS NO TRIPULADOS EN MATERIAL COMPUESTO INTELIGENTE

Abstract

La utilización de materiales compuestos en las últimas décadas ha aumentado notablemente debido a sus excelentes propiedades mecánicas. Estos materiales combinan rigidez y resistencia relativamente altas con una densidad baja, lo que permite su utilización en aplicaciones donde priman la reducción de peso y la mejora del rendimiento. Sin embargo, este tipo de materiales presentan una problemática clara: la falta de reciclabilidad. Para abordarlo, en el presente Trabajo de Fin de Grado se propone el desarrollo y la caracterización de un material compuesto de matriz termoestable con enlaces reversibles. Más concretamente, para el desarrollo del material compuesto desarrollado en este trabajo se combinan enlaces Diels-Alder y disulfuro, los cuales dan lugar a un equilibrio óptimo de propiedades termo-mecánicas. Para la elaboración del material compuesto se añaden tejidos de fibra de vidrio y nanotubos de carbono, para crear además un material conductor de la electricidad y con capacidad de monitorización de deformaciones. Se prueban dos contenidos de nanotubos: un 0,2 y un 0,3 % en peso. El contenido de 0,3 % aumenta la viscosidad a tal nivel que dificulta la fabricación del material y la impregnación de las fibras, lo que merma las propiedades del compuesto, mientras que con un 0,2 % existe un equilibrio adecuado fabricación-propiedades. El material de matriz parcialmente disociativa elaborado es de alta novedad, obtenido por un procedimiento registrado como patente, del cual no existen alternativas similares en la bibliografía publicada, y muestra un compendio de propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas sobresaliente. A destacar, una resistencia a tracción de casi 500 MPa, una resistencia interlaminar superior a 50 MPa, buena capacidad de calentarse por efecto Joule, capacidad de monitorizar deformaciones de manera robusta y lineal, con un factor de galga próximo a 14, así como la capacidad de adoptar cambios de forma tras el curado y de presentar memoria de forma. Tras la caracterización del material dopado con un 0,2 % de nanotubos, se explora su aplicación en el sector aeroespacial, específicamente en el diseño del ala de un vehículo aéreo no tripulado (UAV) con forma de avión, ya que este es un sector en el cual la incorporación de materiales monitorizables de altas propiedades mecánicas específicas puede ser de singular interés. Las propiedades mecánicas de este material compuesto son similares, e incluso superiores, a las de otros materiales compuestos de matriz convencional, y la simulación de cargas en situaciones de vuelo del avión es favorable. No obstante, la evaluación de costes demuestra que estos materiales tienen un precio significativamente elevado, por lo que su aplicación fuera de ámbitos como el propuesto, en los que el coste es un factor menos decisivo, puede ser compleja, a falta de estudios futuros que caractericen en profundidad aspectos como la durabilidad en servicio, la reparabilidad de forma cuantitativa o los reciclados del material.