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Eixerés, BAutor o CoautorSanchez-Caballero, SAutor (correspondencia)Peydro, M AAutor o CoautorParres, FAutor o CoautorSelles, M AAutor o Coautor

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14 de abril de 2025
Publicaciones
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Artículo

Influence of injection molding process conditions on the mechanical properties of CF-PPS/PTFE composites

Publicado en: Alexandria Engineering Journal. 123 381-391 - 2025-01-01 123(), DOI: 10.1016/j.aej.2025.01.022

Autores:

Eixerés Tomás, Beatriz; Sanchez-Caballero, Samuel; Peydro, M. A.; Parres, F.; Sellés, M.A.
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Afiliaciones

Univ Politecn Valencia, Inst Design & Mfg, Plaza Ferrandiz I Carbonell 2, Alcoy 03801, Spain - Autor o Coautor
Univ Politecn Valencia, Univ Inst Mat Technol IUTM, Plaza Ferrandiz I Carbonell 2, Alcoy 03801, Spain - Autor o Coautor

Resumen

Carbon Fiber-reinforced Polyphenylene Sulfide (CF-PPS) exhibits mechanical properties similar to aluminum with significantly lower density, making it an interesting alternative in automotive and aerospace applications. However, achieving these mechanical properties is not straightforward in many cases as they depend highly on material processing conditions. Numerous previous studies emphasize the high dependency on the mechanical properties of carbon fiber-reinforced PPS yet only partially analyze the influence of some processing parameters on these mechanical properties. Consequently, some studies present contradictory results regarding the optimal processing conditions. In contrast to previous works, this study simultaneously and interdependently analyzes the influence of the main processing factors, such as injection temperature, injection speed, holding pressure, mold temperature, and annealing treatment. The composite material, containing 30%wt carbon fiber and 15%wt polytetrafluoroethylene (PTFE), was prepared using a controlled injection molding process with pre-drying at 100 degrees C for 4 hours. Post-injection annealing at 180 degrees C for 1 hour with a controlled cooling rate of 25 degrees C per hour significantly improved mechanical properties. This study demonstrates that if the processing conditions correspond to the least favorable parameters within the experimental design, tensile strength, impact strength, and Young's modulus can decrease significantly. Compared to these suboptimal conditions, tensile strength can be up to 78.1% lower, impact strength 109.5% lower, and Young's modulus 72.9% lower, thus severely compromising the structural integrity of the manufactured components. The results of this study determine the processing conditions of carbon fiber-reinforced PPS that optimize each of its main mechanical properties. For fracture strength, it is found that a low injection speed, annealing treatment, low injection temperature, low holding pressure, and high mold temperature are recommended to maximize the strength of Carbon Fiber Reinforced Polyphenylene Sulfide/Polytetrafluoroethylene (CFPPS/PTFE) composites. Regarding Young's modulus, a high mold temperature, elevated injection temperature, and increased holding pressure exhibit significant positive effects. Moreover, impact strength peaks with low injection speed, high holding pressure, and high mold temperature. Regarding hardness, annealing after the injection process, high injection temperature, high injection speed, and high holding pressure are identified as critical factors for maximizing hardness.
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Palabras clave

Carbon fiber-reinforced pps compositesCrystallizationFracture strengthHardnesHardnessHigh-performance compositesImpact strengthInjection moldingMechanical propertiesParametersPoly(phenylene sulfide)PressurResidual-stressesThermoplastic compositesTribological propertiesYoung's modulusYoung’s modulus

Indicios de calidad

Impacto bibliométrico. Análisis de la aportación y canal de difusión

El trabajo ha sido publicado en la revista Alexandria Engineering Journal debido a la progresión y el buen impacto que ha alcanzado en los últimos años, según la agencia WoS (JCR), se ha convertido en una referencia en su campo. En el año de publicación del trabajo, 2025, se encontraba en la posición 9/179, consiguiendo con ello situarse como revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoría Engineering, Multidisciplinary. Destacable, igualmente, el hecho de que la Revista está posicionada por encima del Percentil 90.

Independientemente del impacto esperado determinado por el canal de difusión, es importante destacar el impacto real observado de la propia aportación.

Según las diferentes agencias de indexación, el número de citas acumuladas por esta publicación hasta la fecha 2026-04-02:

  • WoS: 5
  • Scopus: 5
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Impacto y visibilidad social

Desde la dimensión de Influencia o adopción social, y tomando como base las métricas asociadas a las menciones e interacciones proporcionadas por agencias especializadas en el cálculo de las denominadas “Métricas Alternativas o Sociales”, podemos destacar a fecha 2026-04-02:

  • La utilización de esta aportación en marcadores, bifurcaciones de código, añadidos a listas de favoritos para una lectura recurrente, así como visualizaciones generales, indica que alguien está usando la publicación como base de su trabajo actual. Esto puede ser un indicador destacado de futuras citas más formales y académicas. Tal afirmación es avalada por el resultado del indicador “Capture” que arroja un total de: 15 (PlumX).

Con una intencionalidad más de divulgación y orientada a audiencias más generales podemos observar otras puntuaciones más globales como:

    Es fundamental presentar evidencias que respalden la plena alineación con los principios y directrices institucionales en torno a la Ciencia Abierta y la Conservación y Difusión del Patrimonio Intelectual. Un claro ejemplo de ello es:

    • El trabajo se ha enviado a una revista cuya política editorial permite la publicación en abierto Open Access.
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    Análisis de liderazgo de los autores institucionales

    Existe un liderazgo significativo ya que algunos de los autores pertenecientes a la institución aparecen como primer o último firmante, se puede apreciar en el detalle: Primer Autor (Eixerés Tomás, Beatriz) y Último Autor (Sellés Cantó, Miguel Ángel).

    el autor responsable de establecer las labores de correspondencia ha sido Sánchez Caballero, Samuel.

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    Objetivos del proyecto

    Los objetivos perseguidos en esta aportación se centran en la caracterización y optimización de las propiedades mecánicas de composites CF-PPS/PTFE en función de las condiciones del proceso de moldeo por inyección. En concreto, se plantean los siguientes objetivos:

    - Analizar de forma simultánea e interdependiente la influencia de los principales parámetros del proceso de moldeo por inyección (temperatura de inyección, velocidad de inyección, presión de mantenimiento, temperatura del molde y tratamiento de recocido) en las propiedades mecánicas del composite CF-PPS/PTFE.

    - Determinar las condiciones de procesamiento que optimizan la resistencia a la tracción, la resistencia al impacto, el módulo de Young y la dureza del material compuesto.

    - Evaluar el efecto del tratamiento térmico post-inyección (recocido) y la tasa de enfriamiento controlada sobre la mejora de las propiedades mecánicas del composite.

    - Cuantificar la disminución en las propiedades mecánicas cuando se emplean condiciones de procesamiento subóptimas dentro del diseño experimental.

    - Establecer recomendaciones específicas de parámetros de moldeo para maximizar cada propiedad mecánica relevante en aplicaciones estructurales.
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    Resultados más relevantes

    RESULTADOS MÁS RELEVANTES

    El estudio analiza de forma simultánea e interdependiente la influencia de las condiciones del proceso de moldeo por inyección en las propiedades mecánicas de composites CF-PPS/PTFE. Los principales resultados científicos obtenidos son:

    - La resistencia a la tracción, resistencia al impacto y módulo de Young pueden disminuir hasta un 78,1%, 109,5% y 72,9% respectivamente bajo condiciones de procesamiento subóptimas, afectando gravemente la integridad estructural.
    - Para maximizar la resistencia a la fractura, se recomienda una baja velocidad de inyección, tratamiento de recocido, baja temperatura de inyección, baja presión de mantenimiento y alta temperatura del molde.
    - El módulo de Young mejora significativamente con alta temperatura del molde, elevada temperatura de inyección y mayor presión de mantenimiento.
    - La resistencia al impacto alcanza su máximo con baja velocidad de inyección, alta presión de mantenimiento y alta temperatura del molde.
    - La dureza se optimiza mediante el recocido post-inyección, alta temperatura y velocidad de inyección, así como alta presión de mantenimiento.
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    Reconocimientos ligados al ítem

    We acknowledge the Conselleria de Innovacion, Universidades, Ciencia y Sociedad Digital de la Generalitat Valenciana, Spain for funding this project through the GV-2020 program (grant number GV/2020/011) and the European Social Fund. We would also like to acknowledge Universitat Politecnica de Valencia for funding the open access charge.
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