TÉCNICAS DE MANUFACTURA DE MATERIALES COMPUESTOS 

Para los procesos de manufactura de material compuesto la característica común que tienen es el de combinar algún tipo de fibra como refuerzo, una resina y un agente de curado. Para elegir un proceso de manufactura se va a determinar por: 

• Tamaño del elemento a fabricar. 
• Geometría y forma de la pieza. 
• Naturaleza de los materiales: Tipo de renina y fibra. 
• Características mecánicas que se requieran. 
• Acabado de la superficie. 
• Número de piezas a fabricar. 
• Costo. 

Los procesos de manufactura para materiales compuestos pueden ser de molde abierto (hand lay-up, spray-up, bolsa de vacío, filament winding y autoclave) o molde cerrado (moldeo por prensado en frio/caliente, pultrusión, moldeo por transferencia de resina e infusión).

Infusión 

Es un proceso mediante el cual se coloca las fibras orientadas sobre una placa o molde de metal, se sella con cinta de butilo y bolsa de vacío alrededor de toda la periferia, al final se le hace vacío el cual nos ayudara a que la resina sea succionada y que fluya sobre el laminado de fibra seca, figura 5, además que nos ayuda a eliminar los volátiles y el aire atrapado. El proceso de laminado por infusión se considera un proceso de molde cerrado.

Ventajas de fabricación de laminados compuesto por medio de infusión: 

• Buena relación entre fibra-resina. 
• Laminado resistente. 
• Se reduce la exposición de gases al trabajador. 
• Se reduce el uso de resina por el laminado compactada.

Compresión en frío/caliente 

El moldeado por prensa en frío en un proceso que utiliza presión con ausencia de calor. El tejido de fibra seca se coloca sobre una placa metálica debidamente orientada, se sella con una bolsa de vacío y se le hace infusión. Finalmente se le coloca encima de las fibras una placa de metal y se le aplica presión. Las presiones que se manejan son relativamente bajas. La prensa está constituida por el plato inferior fijo y el superior móvil que es accionado con un pistón hidráulico. 

Es un procedimiento que requiere inversiones relativamente bajas y es muy atractivo para fabricar pequeños componentes de unos 5 kg [13]. Su aplicación puede ser cualquier producto con relativa forma simple que pueda ser realizado en molde abierto pero que necesite mayor precisión en cuanto al espesor y un buen acabado en ambas caras. La resina más utilizada es la de poliéster, con alta reactividad, de modo que los tiempos de gelado sean rápidos. Estas resinas son de viscosidad media. 

El moldeo por prensa en caliente es un proceso similar a la del prensado en frío descrito anteriormente con la excepción que en este caso se calienta las planchas. La alta presión facilita una baja porosidad en el laminado y tanto la impregnación de la resina en el laminado deben producirse antes de la gelificación. Las altas temperaturas aceleran el proceso de curado, consiguiendo tiempos de ciclo de curado de 2 a 10 minutos [14]

Moldeo por transferencia de resina 

Es un proceso de fabricación de molde cerrado a baja presión que permite obtener piezas de material compuesto en un amplio rango de complejidad y tamaño. El proceso se diferencia de otros procesos de moldeo en que el refuerzo seco y la resina se juntan dentro de un molde para formar una pieza de material compuesto. La fibra seca se coloca dentro del molde, después se coloca la segunda pieza del molde sobre la primera y se sujeta ambas lados del molde con una prensa. Una manguera conecta el molde cerrado con el inyector de resina, la cual es bombeada o transferida la resina dentro del molde para impregnar la fibra, figura 6. Una vez que todo el tejido está impregnado, la salida se cierran para finalmente aplicarle presión positiva al laminado.

Cada paso del procesado afecta a los pasos siguientes. Cada decisión tomada afecta por una parte al proceso de la pieza y por otro la calidad de la pieza final. El proceso de inyección debe de hacerse de manera lenta para evitar que las fibras se muevan durante el llenado del molde, la impregnación de la fibra y la eliminación del aire del molde. De esta forma, la selección de la resina, la temperatura del molde, la presión y la viscosidad deben estar controladas para preservar la integridad del laminado final. 

Teniendo la etapa de preformado separada de la de inyección, permite al fabricante crear materiales particularmente adaptado para cubrir perfiles. 

Ventajas del RTM:

• Buen acabo superficial de ambos lados de la pieza. 
• Capacidad para producir piezas grandes y complejas. 
• Gran variedad de resinas. 
• Gran variedad fibras. 
• Volumen de fibra perfectamente controlable.

Autoclave 

Es un recipiente que genera calor y presión en su interior. La dimensión de la pieza a fabricar depende del tamaño de autoclave. El moldeo en autoclave es similar al proceso de infusión, pero con la excepción de que el laminado está sujeto a una presión adicional, mientras se le aplica calor para curar la resina ver figura 7.

Los principales componentes de un autoclave son: 

• Una vasija de presión. 
• Fuente de calor. 
• Ventilador para hacer circular el gas en el interior de la vasija de manera uniforme. 
• Un sistema para presurizar la vasija. 
• Un sistema para aplicar vacío a las partes cubiertas por la bosa de vacío. 
• Un sistema de control de operación de los parámetros. 
• Un sistema para cargar lo moldes o placa en el autoclave

Para fabricar piezas de material compuesto utilizando él autoclave, por lo general, se usan preimpregnados el cual consiste en un conjunto de las fibras preimpregnadas con resina parcialmente curada, todavía reactiva [15]. El catalizador permanece latente a temperatura ambiente durante varias semanas e incluso meses. Sin embargo, para prolongar su vida útil los materiales se almacenan a bajas temperaturas, generalmente en refrigeradores, para mantener sus propiedades sin que la resina cure. La resina suele estar cerca del estado sólido a temperatura ambiente, de este modo el preimpregnado es ligeramente pegajoso. 

Para obtener un laminado preimpregnado con fibra seca, se coloca la fibra sobre el molde o placa de metal y se usa el método de infusión, teniendo armado todo el laminado se coloca dentro del autoclave y se cierra, se le aplica temperatura y presión hasta que termine el ciclo de curado. 

El proceso del moldeo en autoclave produce laminados de elevada calidad, el control del espesor del laminado es mucho mejor que el que se consigue con el método de moldeo por infusión. 

El costo del equipo y las herramientas que se utilizan es costoso, la tasa de producción de piezas es relativamente baja y el costo de producción es elevado. A pesar de que el moldeo por autoclave proporciona una buena calidad en el producto final, también presentas ciertas desventajas:

• Costo elevado de inversión. 
• Tamaño restringido por la estructura del material compuesto que se desee producir. 
• Elevadas temperaturas y presiones requeridas, lo cual es muy costoso. 
• Largos tiempos de curado.

REFERENCIAS

[14]. Miravete, A. << Documentación de las III jornadas de material compuesto>>. Ingeniería de Materiales Compuestos, Zaragoza 30 Marzo-3 Abril, 1992. 

[15] Ana María Abad Blázquez. Determinación Experimental del Daño Transversal En La Matriz De un material Compuesto Mediante la Utilización de un Sistema de emisiones Acústicas. Universidad Carlos III de Madrid. 2012.