Existe una amplia gama de materias primas para materiales 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 desempeño final de un material compuesto 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 corta y el sistema de resina se rocían al mismo tiempo en el molde y luego se curan bajo presión atmosférica para obtener productos compuestos termoestables mediante un proceso de moldeo.
2. Selección de materiales:
Resina: principalmente poliéster
Fibra: hilo de fibra de vidrio gruesa
Material del núcleo: ninguno, debe combinarse únicamente con madera contrachapada.
3. Principales ventajas:
1) Larga historia de artesanía
2) Bajo costo, rápida aplicación de fibra y resina
3) Bajo costo del molde
4. Las principales desventajas:
1) La madera contrachapada tiende a formar zonas ricas en resina, lo que aumenta su peso.
2) Solo se pueden utilizar fibras cortas, lo que limita seriamente las propiedades mecánicas de la madera contrachapada.
3) Para facilitar la pulverización, la viscosidad de la resina debe ser lo suficientemente baja, lo que provoca la pérdida de 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 dificulta el cumplimiento de los requisitos legales.
5. Aplicaciones típicas:
Vallas 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: Se infiltra manualmente la resina en las fibras. Estas pueden estar tejidas, trenzadas, cosidas o unidas mediante otros métodos de refuerzo. El moldeo por laminación manual se realiza generalmente con rodillos o pinceles, y luego se aplica la resina con un rodillo encolador para que penetre en las fibras. La madera contrachapada se somete a presión normal para su curado.
2. Selección de materiales:
Resina: no requiere especificación; se encuentran disponibles resinas epoxi, poliéster, éster a base de polietileno y resinas fenólicas.
Fibra: no hay requisitos, pero el peso base de la fibra de aramida más grande dificulta la infiltración en la fibra colocada a mano.
Material principal: no se requiere
3. Las principales ventajas:
1) Larga historia de la tecnología
2) Fácil de aprender
3) Bajo coste del molde si se utiliza resina de curado a temperatura ambiente
4) Amplia variedad 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 pericia del operario; es difícil obtener un laminado con bajo contenido de resina y baja porosidad.
2) Riesgos para la salud y la seguridad de la resina: cuanto menor sea el peso molecular de la resina de laminación manual, mayor será la amenaza potencial para la salud; una menor viscosidad significa que es más probable que la resina penetre 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 difícilmente cumplirá con los requisitos legales.
4) La viscosidad de la resina de pasta manual debe ser muy baja, por lo que el contenido de estireno u otros solventes debe ser alto, lo que provoca la pérdida de las propiedades mecánicas/térmicas del material compuesto.
5) Aplicaciones típicas: palas de turbinas eólicas estándar, barcos producidos en serie, modelos arquitectónicos.
proceso de embolsado al vacío
1. Descripción del método: El proceso de embolsado al vacío es una extensión del proceso de laminado manual descrito anteriormente; es decir, se sella una capa de película plástica sobre el molde y se realiza el laminado manual de madera contrachapada al vacío, aplicando presión atmosférica a la madera contrachapada para lograr el efecto de extracción y compactación, con el fin de mejorar la calidad del material compuesto.
2. Selección de materiales:
Resina: principalmente resinas epoxi y fenólicas; las resinas de poliéster y éster a base de polietileno no son aplicables, ya que contienen estireno, que se volatiliza en la bomba de vacío.
Fibra: no se requiere ningún requisito, incluso si el peso base de las fibras más grandes puede infiltrarse bajo presión.
Material principal: 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 vacíos es menor que en el proceso de laminado 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 embolsado al vacío puede reducir la liberación de compuestos 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 para bolsas de vacío.
2) Mayores requisitos de habilidad para los operadores
3) La mezcla de resina y el control del contenido de resina dependen en gran medida de la pericia del operario.
4) Si bien las bolsas de vacío reducen la liberación de compuestos volátiles, el riesgo para la salud del operario sigue siendo mayor que el del proceso de infusión o preimpregnación.
5. Aplicaciones típicas: yates de gran tamaño, de edición limitada única, piezas de coches de carreras, unión del material central en el proceso de construcción naval.
Moldeo por bobinado
1. Descripción del método: El proceso de bobinado se utiliza principalmente para fabricar piezas estructurales huecas, redondas u ovaladas, como tuberías y canaletas. Los haces de fibras se impregnan con resina y luego se bobinan sobre un mandril en diversas direcciones. El proceso se controla mediante la bobinadora y la velocidad del mandril.
2. Selección de materiales:
Resina: no se requiere ningún tipo específico, como por ejemplo epoxi, poliéster, éster a base de polietileno y resina fenólica, etc.
Fibra: sin requisitos, uso directo de haces de fibra del carrete, sin necesidad de tejer ni coser para formar 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 alta velocidad de producción es una forma económica y razonable de 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) Coste 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 las diversas direcciones de soporte de carga.
4. Principales desventajas:
(1) El proceso se limita 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 coste del moldeo positivo con mandril para piezas estructurales de gran tamaño
(4) La superficie exterior de la estructura no es una superficie moldeada, por lo que la estética es peor.
(5) Al utilizar resina de baja viscosidad, es necesario prestar atención a las propiedades mecánicas y al desempeño en materia de salud y seguridad.
Aplicaciones típicas: depósitos y tuberías para el almacenamiento de productos químicos, cilindros, tanques de respiración para bomberos.
moldeo por pultrusión
1. Descripción del método: Desde el portabobinas, el haz de fibras impregnado de adhesivo se introduce en la placa calefactora, donde se completa la infiltración de resina en las fibras. Se controla el contenido de resina y, finalmente, el material se cura hasta obtener la forma deseada. Esta forma, una vez curada, 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, permitiendo ligeras variaciones. El material prehumedecido pasa por la placa calefactora, se fija y se extiende en el molde para su curado inmediato. Si bien este proceso es menos continuo, permite modificar 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 es obligatorio
Material del núcleo: no se usa comúnmente
3. Principales ventajas:
(1) La alta 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) La zona de infiltración de la fibra puede sellarse completamente para reducir la liberación de compuestos volátiles.
4. Las principales desventajas:
(1) el proceso limita la forma de la sección transversal
(2) Mayor coste de la placa calefactora
5. Aplicaciones típicas: vigas y cerchas de estructuras de viviendas, puentes, escaleras y cercas.
Proceso de moldeo por transferencia de resina (RTM)
1. Descripción del método: Se colocan fibras secas en el molde inferior, el cual puede presurizarse previamente para que las fibras se adapten a su forma y se adhieran firmemente. A continuación, se fija el molde superior sobre el inferior para formar una cavidad, en la cual se inyecta la resina. Se suele utilizar la inyección e infiltración de resina asistida por vacío, conocida como inyección de resina asistida por vacío (VARI). Una vez completada la infiltración de las fibras, 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 calentamiento.
2. Selección de materiales:
Resina: generalmente epoxi, poliéster, éster polivinílico y resina fenólica; la resina de bismaleimida se puede utilizar a altas temperaturas.
Fibra: no requiere requisitos específicos. La fibra cosida es más adecuada para este proceso, ya que el espacio entre los haces de fibras facilita la transferencia de resina; existen fibras especialmente desarrolladas que promueven el flujo de resina.
Material del núcleo: la espuma celular no es adecuada, ya que las celdas del panal se llenarán de resina y la presión provocará que la espuma colapse.
3. Las principales ventajas:
(1) Mayor fracción de volumen de fibra, baja porosidad
(2) Salud y seguridad, ambiente de operación limpio y ordenado ya que la resina está completamente sellada.
(3) Reducir el uso de la mano de obra
(4) Las caras superior e inferior de las piezas estructurales son superficies moldeadas, lo que facilita el tratamiento superficial posterior.
4. Principales desventajas:
(1) Los moldes utilizados juntos son caros, pesados y relativamente voluminosos para soportar una mayor presión.
(2) limitado a la fabricación de piezas pequeñas
(3) Pueden aparecer fácilmente zonas sin mojar, lo que genera una gran cantidad de residuos.
5. Aplicaciones típicas: piezas pequeñas y complejas de transbordadores espaciales y automóviles, asientos de tren.
Fecha de publicación: 8 de agosto de 2024
