Existe una amplia gama de materias primas para compuestos, incluyendo resinas, fibras y materiales de núcleo. Cada material posee propiedades únicas de resistencia, rigidez, tenacidad y estabilidad térmica, con costos y rendimientos variables. Sin embargo, el rendimiento final de un material compuesto en su conjunto no solo depende de la matriz de resina y las fibras (así como del material de núcleo en una estructura tipo sándwich), sino también del método de diseño y el proceso de fabricación de los materiales que lo componen. En este artículo, presentaremos los métodos de fabricación más comunes para compuestos, los principales factores que influyen en cada método y cómo se seleccionan las materias primas para los diferentes procesos.
Moldeo por pulverización
1. Descripción del método: el material de refuerzo de fibra de corte corto y el sistema de resina se rocían al mismo tiempo en el molde y luego se curan a presión atmosférica en productos compuestos termoendurecibles de un proceso de moldeo.
2. Selección de materiales:
Resina: principalmente poliéster.
Fibra: hilo de fibra de vidrio gruesa
Material del núcleo: ninguno, es necesario combinarlo solo con madera contrachapada
3. Principales ventajas:
1) Larga historia de artesanía.
2) Bajo costo, rápida colocación de fibra y resina.
3) Bajo costo del molde
4, las principales desventajas:
1) El contrachapado es fácil de formar, tiene un área rica en resina y es de alto peso.
2) Sólo se pueden utilizar fibras cortas, lo que limita seriamente las propiedades mecánicas del contrachapado.
3) Para facilitar la pulverización, la viscosidad de la resina debe ser lo suficientemente baja, perdiéndose las propiedades mecánicas y térmicas del material compuesto.
4) El alto contenido de estireno de la resina en aerosol significa que existe un alto riesgo potencial para el operador, y la baja viscosidad significa que la resina puede penetrar fácilmente la ropa de trabajo del empleado y entrar en contacto directo con la piel.
5) La concentración de estireno volátil en el aire hace difícil cumplir los requisitos legales.
5. Aplicaciones típicas:
Cercas sencillas, paneles estructurales de baja carga como carrocerías de coches descapotables, carenados de camiones, bañeras y pequeñas embarcaciones.
Moldeo por laminación manual
1. Descripción del método: Infiltración manual de resina en las fibras. Estas pueden tejerse, trenzarse, coserse, adherirse y otros métodos de refuerzo. El moldeo por laminación manual se realiza generalmente con rodillos o brochas, y luego la resina se presiona con un rodillo de pegamento para que penetre en las fibras. El contrachapado se somete a presión normal para su curado.
2. Selección de materiales:
Resina: no se requiere, están disponibles resinas epoxi, poliéster, éster a base de polietileno y fenólicas.
Fibra: no hay requisitos, pero el peso base de la fibra de aramida más grande hace que sea difícil infiltrarla en la fibra colocada a mano.
Material del núcleo: no se requiere
3, las principales ventajas:
1) Larga historia de la tecnología
2) Fácil de aprender
3) Bajo costo de molde si se utiliza resina de curado a temperatura ambiente
4) Amplia selección de materiales y proveedores
5) Alto contenido de fibra, se utilizan fibras más largas que en el proceso de pulverización.
4. Principales desventajas:
1) La mezcla de resina, el contenido de resina del laminado y la calidad están estrechamente relacionados con la competencia del operador, es difícil obtener un bajo contenido de resina y baja porosidad del laminado.
2) Riesgos para la salud y la seguridad de la resina: cuanto menor sea el peso molecular de la resina aplicada manualmente, mayor será la amenaza potencial para la salud; cuanto menor sea la viscosidad, es más probable que la resina penetre en la ropa de trabajo de los empleados y, por lo tanto, entre en contacto directo con la piel.
3) Si no se instala una buena ventilación, la concentración de estireno evaporado de los ésteres a base de poliéster y polietileno en el aire es difícil de cumplir con los requisitos legales.
4) La viscosidad de la resina de la pasta de mano debe ser muy baja, por lo que el contenido de estireno u otros solventes debe ser alto, perdiéndose así las propiedades mecánicas/térmicas del material compuesto.
5) Aplicaciones típicas: palas de turbinas eólicas estándar, barcos producidos en serie, modelos arquitectónicos.
Proceso de envasado al vacío
1. Descripción del método: El proceso de envasado al vacío es una extensión del proceso de laminado manual anterior, es decir, sellar una capa de película de plástico en el molde será laminado a mano al vacío de madera contrachapada, aplicando una presión atmosférica a la madera contrachapada para lograr el efecto de agotamiento y apriete, con el fin de mejorar la calidad del material compuesto.
2. Selección de materiales:
Resina: principalmente resinas epoxi y fenólicas, los ésteres a base de poliéster y polietileno no son aplicables, porque contienen estireno, volatilización en la bomba de vacío.
Fibra: no se requiere, incluso si el peso base de las fibras más grandes se puede infiltrar bajo presión
Material del núcleo: no se requiere
3. Principales ventajas:
1) Se puede lograr un mayor contenido de fibra que con el proceso de laminado manual estándar.
2) La relación de vacío es menor que la del proceso de colocación manual estándar.
3) Bajo presión negativa, la resina fluye lo suficiente para mejorar el grado de infiltración de la fibra, por supuesto, parte de la resina será absorbida por los consumibles de vacío.
4) Salud y seguridad: el proceso de envasado al vacío puede reducir la liberación de volátiles durante el proceso de curado.
4. Principales desventajas:
1) El proceso adicional aumenta el costo de la mano de obra y del material desechable de las bolsas de vacío.
2) Mayores requisitos de cualificación para los operadores
3) La mezcla de resina y el control del contenido de resina dependen en gran medida de la competencia del operador.
4) Aunque las bolsas de vacío reducen la liberación de volátiles, el riesgo para la salud del operador sigue siendo mayor que el del proceso de infusión o preimpregnado.
5. Aplicaciones típicas: yates de gran tamaño, ediciones limitadas individuales, piezas de autos de carreras, proceso de construcción naval de la unión del material del núcleo.
Moldeo por bobinado
1. Descripción del método: El proceso de bobinado se utiliza básicamente para fabricar piezas estructurales huecas, redondas u ovaladas, como tuberías y canales. Los haces de fibras se impregnan con resina y luego se enrollan en un mandril en varias direcciones. El proceso se controla mediante la bobinadora y la velocidad del mandril.
2. Selección de materiales:
Resina: no requiere resina, como epoxi, poliéster, éster a base de polietileno y resina fenólica, etc.
Fibra: no hay requisitos, uso directo de haces de fibras del bastidor del carrete, no es necesario tejer ni coser el tejido en la tela de fibra
Material del núcleo: no hay requisitos, pero la piel suele ser un material compuesto de una sola capa.
3. Las principales ventajas:
(1) La rápida velocidad de producción es una forma económica y razonable de realizar laminados.
(2) El contenido de resina se puede controlar midiendo la cantidad de resina transportada por los haces de fibras que pasan a través de la ranura de resina.
(3) Costo de fibra minimizado, sin proceso de tejido intermedio
(4) Excelente rendimiento estructural, porque los haces de fibras lineales se pueden colocar a lo largo de varias direcciones de soporte de carga.
4. Principales desventajas:
(1) El proceso está limitado a estructuras huecas redondas.
(2) Las fibras no se disponen de forma fácil y precisa a lo largo de la dirección axial del componente.
(3) Mayor costo del moldeo positivo con mandril para piezas estructurales grandes
(4) La superficie exterior de la estructura no es una superficie de molde, por lo que la estética es peor.
(5) El uso de resina de baja viscosidad requiere prestar atención a las propiedades mecánicas y al rendimiento de salud y seguridad.
Aplicaciones típicas: tanques y tuberías de almacenamiento de productos químicos, cilindros, tanques de respiración para bomberos.
Moldeo por pultrusión
1. Descripción del método: desde el portabobinas, se extrae un haz de fibras impregnado con pegamento a través de la placa calefactora. En esta placa, la resina se infiltra en la fibra y se controla su contenido. Finalmente, el material se cura en la forma requerida. Esta forma del producto curado se corta mecánicamente en diferentes longitudes. Las fibras también pueden entrar en la placa calefactora en direcciones distintas a 0 grados. La extrusión y el moldeo por estiramiento son procesos de producción continuos, y la sección transversal del producto suele tener una forma fija, lo que permite ligeras variaciones. El material prehumedecido pasa a través de la placa calefactora y se extiende al molde para su curado inmediato. Aunque este proceso es menos continuo, puede lograr cambios en la forma de la sección transversal.
2. Selección de materiales:
Resina: generalmente epoxi, poliéster, éster a base de polietileno y resina fenólica, etc.
Fibra: no requiere
Material del núcleo: no se utiliza comúnmente
3. Principales ventajas:
(1) La rápida velocidad de producción es una forma económica y razonable de prehumedecer y curar materiales.
(2) control preciso del contenido de resina
(3) minimización del coste de la fibra, sin proceso de tejido intermedio
(4) Excelentes propiedades estructurales, debido a que los haces de fibras están dispuestos en líneas rectas, la fracción de volumen de fibra es alta.
(5) El área de infiltración de fibra se puede sellar completamente para reducir la liberación de volátiles.
4. Las principales desventajas:
(1) el proceso limita la forma de la sección transversal
(2) Mayor costo de la placa calefactora
5. Aplicaciones típicas: vigas y cerchas de estructuras de viviendas, puentes, escaleras y vallas.
Proceso de moldeo por transferencia de resina (RTM)
1. Descripción del método: Las fibras secas se colocan en el molde inferior, que se presuriza para que se adapten al máximo a la forma del molde y se adhieran. A continuación, el molde superior se fija al inferior para formar una cavidad, en la que se inyecta la resina. La inyección e infiltración de resina asistida por vacío (VARI) es un método común. Una vez completada la infiltración, se cierra la válvula de introducción de resina y se cura el composite. La inyección y el curado de la resina pueden realizarse a temperatura ambiente o en condiciones de calor.
2. Selección de materiales:
Resina: generalmente epoxi, poliéster, éster de polivinilo y resina fenólica, la resina de bismaleimida se puede utilizar a alta temperatura.
Fibra: No se requiere. La fibra cosida es más adecuada para este proceso, ya que el espacio entre los haces de fibras favorece la transferencia de resina; existen fibras especialmente desarrolladas que favorecen el flujo de resina.
Material del núcleo: la espuma celular no es adecuada, porque las celdas en forma de panal se llenarán de resina y la presión también hará que la espuma colapse.
3. Las principales ventajas:
(1) Mayor fracción de volumen de fibra, baja porosidad
(2) Salud y seguridad, entorno de operación limpio y ordenado ya que la resina está completamente sellada.
(3) Reducir el uso de mano de obra
(4) Los lados superior e inferior de las piezas estructurales son superficies moldeadas, lo que facilita el tratamiento de la superficie posterior.
4. Principales desventajas:
(1) Los moldes utilizados en conjunto son caros, pesados y relativamente voluminosos para soportar una mayor presión.
(2) limitada a la fabricación de piezas pequeñas
(3) Pueden formarse fácilmente áreas no humedecidas, lo que da como resultado una gran cantidad de desechos.
5. Aplicaciones típicas: piezas pequeñas y complejas de transbordadores espaciales y automóviles, asientos de trenes.
Hora de publicación: 08-ago-2024
