REPARACIONES DE MATERIALES COMPUESTOS 

En una estructura de material compuesto es posible encontrar diversos tipos de defectos o daños. El daño puede aparecer durante la vida de servicio de la estructura como resultado de la acumulación de daños menores asociados a las cargas a las que la estructura está normalmente sometida, como resultado de cargas puntuales fuera de los límites para los que la estructura ha sido diseñada, o también como consecuencia de impacto o determinadas condiciones ambientales [24].

La reparación consiste en restaurar la integridad estructural del componente dañado y asegurar su correcto comportamiento bajo las cargas de servicio correspondiente. El tipo de reparación a emplear en cada caso viene determinado fundamentalmente por los siguientes factores: 

• Tipo de componente dañado. 
• Requerimiento estructural de la reparación 
• Requerimientos funcionales de la pieza reparada. 
• Requerimiento de calidad superficial de la reparación. 
• Posible necesidad de realizar la reparación in-situ. 

Dentro del sector aeronáutico la reparación de un componente hecho con material compuesto se lleva a cabo a través de inspección no destructiva (visual, ultrasonido, taping (golpeteo), etc.), para evaluar la magnitud del daño. 

Las técnicas de reparación más representativas dentro del sector aeronáutico se presentan a continuación:

Reparación sin parches 

Pueden distinguirse tres tipos de reparaciones si parches: reparaciones mediante rellenado, inyección de resina, y fusión de resinas termoplásticas [24]. 

Las reparaciones mediante rellenado se aplican a estructuras en las que existen zonas dentadas con pérdida de material pero sin extensión de agrietamiento en la matriz o delaminaciones. El material utilizado para la reparación es una resina epoxi o poliéster, generalmente cargada con vidrio en forma de fibra corta o microesferas. En realidad este procedimiento de reparación no solamente se utiliza en estructuras de material compuesto, sino que se aplican también en estructuras de madera y metal: por supuesto, asegurando siempre que la resina utilizada en la reparación presente una buena adherencia con el material a reparar. 

Este tipo de reparación es muy utilizado en estructuras de vidrio/poliéster, como pueden ser pequeñas embarcaciones, en aquellos casos en los que existen daños que, aunque pudiendo ser profundos, no llegan a atravesar el material por completo. 

Las reparaciones mediante rellenado pueden utilizarse también para reparar la deformación en agujeros de uniones mecánicas en las que las cargas de aplastamiento no sean excesivamente elevadas. Tras desmontar la unión, los agujeros son rellenados con un compuesto de resina mecanizable, para volverlos a realizar después. 

La reparación por inyección de resina se utiliza para reparar zonas delaminadas cuando la delaminación es consecuencia del fallo mecánico del material. Cuando las delaminaciones son consecuencia de deficiencias en el proceso de fabricación, sus superficies suelen presentar problemas de adherencia y la inyección de resina no suele ser efectiva. Si la delaminación es accesible, como ocurre en delaminaciones en zonas de borde libre o entorno a agujeros, la resina puede inyectarse directamente; cuando esta no ocurre deben mecanizarse unos pequeños orificios que permitan la inyección de la resina. El principal problema en este tipo de reparación consiste en asegurar que la resina fluya correctamente en el interior de la zona a reparar o cierre por completo todas la delaminaciones; por ello, la pieza a reparar debe calentarse durante el proceso de reparación para mejorar el avance de la resina. De cualquier modo, debido a este problema, no se recomienda utilizar este procedimiento de reparación en elementos estructurales críticos.

Reparación con parche 

Los procedimientos anteriores descritos para reparaciones sin parche son útiles para reparar daños menores. En el caso de daños mayores es necesario utilizar un parche para recuperar el camino de la carga en la estructura. La forma ideal de incorporar el parche a la estructura es utilizar un adhesivo, aunque en algunos casos esto no resulta posible y se debe ocurrir a su fijación mediante elementos mecánicos [24]. 

Las reparaciones mediante adhesivo es la reparación que se realiza con parche externo. La figura 7 muestra un esquema de este tipo de reparación, que es el más utilizado en componentes estructurales, dado que es relativamente sencillo de aplicar y permite restablecer en un alto porcentaje las propiedades mecánicas del material. Este tipo de reparación puede utilizarse en laminados de hasta unos 2 mm de espesor.

La utilización de parches exteriores pegados puede combinarse con la reparación mediante rellenado descrita en el punto anterior. Para la reparación de estructuras sandwich, donde el pegado de los parches exteriores se combina con la colocación de un inserto del mismo material del núcleo, tal y como se muestra en la figura 8.

El material que se utiliza para el parche puede ser un apilamiento semejante al del laminado a reparar si se desea minimizar el espesor del parche; aunque al incrementar el espesor, es posible simplificar el diseño y la preparación del parche, y utilizar un apilamiento o un tejido cuasi-isotrópico. El parche puede laminarse directamente sobre la zona a reparar y curarse después junto con el adhesivo, o puede laminarse y conformarse anteriormente para ser pegado después. Una tercera posibilidad consiste en la utilización de láminas pre-curadas entre las que se sitúa películas adhesivas. En la industria aeronáutica se utilizan también como material para los parches apilamientos de láminas de titanio con láminas adhesivas intermedias. 

En la reparaciones mediante adhesivo es fundamental controlar la humedad de laminado que va a ser reparado, y en caso de que esta supere el 0.5% proceder a la reducción de la misma en la superficie a pegar mediante el calentamiento del material a reparar. Es recomendable además seleccionar adhesivos que no sean sensibles a la humedad.

Las principales limitaciones de las reparaciones mediante el pegado de una parte externa, aparte del espesor máximo de 2 mm del laminado o piel del sandwich a reparar, estas asociado al cambio que se produce en el camino de las cargas en la estructura. En la zona de la reparación aparecen esfuerzos de flexión que tienen asociadas cargas de pelado que afectan al material compuesto y al adhesivo, en el caso de compresión pueden disminuir significativamente la estabilidad ante pandeo. Además, en algunos casos, requerimientos de acabado superficial y estéticos impiden la aplicación de los parches externos. Todas estas limitaciones pueden resolverse con la utilización de los parches a nivel, alguno de los cuales se muestran en la siguiente figura 9.

Las reparaciones con parches a nivel evitan los problemas asociados a la excentricidad en el camino de la carga en la estructura. Además los niveles de tensión de pelado en el adhesivo son mucho menores que en el caso de los parches externos. La configuración del material del parche es habitualmente al misma que la del laminado a reparar, con lo que la variación en el comportamiento de la estructura reparada es mínima. 

Los problemas presentados por la reparación con parches a nivel son los asociados al tiempo de realización de la misma, no solamente por la colocación del parche, sino también por el tiempo necesitado para eliminar la humedad en todo el espesor del material a reparar, y el empleado en remover el material dañado y preparar la zona en donde se va a colocar el parche.

REFERENCIAS

[24] Antonio Miravete, Emilio Larrodé, Luis Castejón. Materiales compuestos II. Barcelona, España. Editorial REVERTÉ, S.A.