ES2234707T5 - Procedimiento de infusion al vacio, con doble bolsa, para fabricar un material compuesto y material compuesto asi obtenido. - Google Patents
Procedimiento de infusion al vacio, con doble bolsa, para fabricar un material compuesto y material compuesto asi obtenido. Download PDFInfo
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Abstract
Un procedimiento para preparar micropartículas, que comprende: preparar una primera fase, comprendiendo la primera fase un agente activo y un polímero; preparar una segunda fase; combinar la primera fase y la segunda fase en un primer mezclador estático para formar una emulsión; combinar la emulsión y un primer líquido de extracción en un segundo mezclador estático; y combinar un caudal del segundo mezclador estático con un segundo líquido de extracción.
Description
Procedimiento de infusión al vacío, con doble
bolsa, para fabricar un material compuesto y material compuesto así
obtenido.
El presente invento se refiere a métodos para
fabricar materiales compuestos a base de plástico (que en lo que
sigue de esta Memoria y en las reivindicaciones denominaremos
simplemente como "composites") y a los productos así
fabricados, en particular a procesos de moldeo de líquidos en los
que se incluye el moldeo por transferencia de resina con ayuda de
vacío (VaRTM) o infusión de resina.
Las industrias naval, automovilística, de
camiones, de ferrocarriles, aerospacial, de defensa, de recreo,
químicas, de infraestructuras, y otras, recurren a materiales de
composite para sacar partido de sus propiedades únicas,
especialmente la de ser inatacables por la corrosión o resistentes a
la corrosión, y la de tener una alta relación de resistencia a
peso. Los composites son también resistentes a la fatiga y al ataque
químico. Ofrecen una alta resistencia y rigidez potencial en
componentes ligeros. Sin embargo, es necesario desarrollar procesos
de fabricación de composites que reduzcan espectacularmente sus
costes, especialmente en grandes estructuras, conservando al mismo
tiempo su alta resistencia y rigidez.
Los materiales de fibras impregnadas de resina
("prepregs") se sitúan generalmente sobre un mandril de
conformación ("asentado") a mano o a máquina usando cinta,
mechas de fibra, o tela. También se han fabricado composites usando
arrollamientos de filamentos. Se requiere efectuar un
desenmarañamiento entre capas en un estratificado para eliminar el
aire antes de que los asentados sean embolsados en vacío (es decir,
encerrados en una atmósfera inerte bajo vacío para retirar los
volátiles emitidos desprendidos durante el curado de la resina) y
consolidados en autoclaves o en prensas para conseguir componentes
de alto volumen de fibra. Los materiales prepregs son típicamente
caros, especialmente aquellos en los que se usa fibra de carbono de
alto módulo. Los materiales prepregs en crudo tienen una limitada
vida en almacén, debido a que la resina reacciona a regímenes lentos
("avance") a la temperatura ambiente. El avance de la resina
afecta perjudicialmente a las propiedades del composite resultante.
El trabajo con prepregs da también frecuentemente por resultado un
considerable desperdicio de material.
Las autoclaves y las prensas usadas para
consolidación son artículos que requieren una alta inversión de
capital, que aumenta todavía más el coste final del composite
fabricado. El procesado ha de ser centralizado y efectuado por
lotes donde esté instalada la autoclave o la prensa. La carga y la
descarga del autoclave (una estufa de alta temperatura, a presión)
se convierten usualmente en los pasos que limitan el ritmo de
producción. La localización de la autoclave impone dónde deberán
fabricarse los composites, lo que va en perjuicio de la
flexibilidad del proceso. Son precisas una fuerza laboral y unas
instalaciones dedicadas, centradas en torno a la autoclave.
Como se ha mencionado, los prepregs tienen una
limitada vida en almacén. En algunas fórmulas, se lleva la resina
sobre la fibra como una laca o barniz que contiene los reactivos
monómeros que producirán el polímero deseado en el composite (es
decir, prepregs del tipo PMR). En otras fórmulas, la resina es un
polímero de peso molecular relativamente bajo, que se entrecruza
durante el curado para formar el polímero deseado. La resina se
conserva y se usa en su estado de incompleta, de modo que permanece
líquida, y puede ser impregnada sobre la fibra o la tela. La
reacción de los reactivos monómeros o el entrecruzamiento del
polímero (es decir, su avance) antes del ciclo de curado previsto
repercute perjudicialmente en la calidad del composite.
Las técnicas de moldeo de líquidos, tales como
la de moldeo por transferencia, infusión de película de resina,
moldeo por transferencia de resina, y moldeo por inyección por
reacción estructural (SRIM), requieren típicamente costosas
matrices de metal emparejadas y prensas o autoclaves de alto
tonelaje. Las piezas producidas por estos procesos tienen en
general limitaciones en cuanto a su tamaño y a su configuración
geométrica. Las resinas usuales para moldeo de líquidos no
proporcionan las propiedades necesarias para muchas aplicaciones
para los
composites.
composites.
Por el procesado de asentado en húmedo en molde
abierto se pueden fabricar composites grandes usando un proceso de
moldeo de líquidos con mínima inversión de capital, utillaje de un
solo tamaño, y frecuentemente se pueden usar materiales de más bajo
coste que el de los prepregs. Sin embargo, la calidad y la
uniformidad del producto varían considerablemente, y los mejores
composites son todavía de calidad relativamente baja. El proceso
tiende también a ser hostil, y supone peligro para los
trabajadores, debido a su riesgo de exposición a los disolventes y a
las resinas.
La solicitud de patente europea
0348831-A2 proporciona un proceso para fabricar
piezas relativamente delgadas y grandes de material sintético. Se
dispone una armadura entre una primera y una segunda láminas
delgadas, y se unen las láminas delgadas por los bordes de las
mismas. Se usa el vacío para sujetar la primera lámina delgada y
para producir canales en la misma, y a continuación se introduce el
material sintético en la armadura.
En la patente de EE.UU. Nº 5.129.813 se
proporciona una bolsa de vacío que se produce a partir de una
película u hoja. En la película u hoja se imprime un patrón
tridimensional que define una pluralidad de canales interconectados.
Las deformaciones permiten evacuar la atmósfera de dentro de la
bolsa de vacío con más rapidez y de un modo más completo.
En la patente de EE.UU. Nº 5.427.725 se
proporciona un proceso para fabricar un composite madre (de
aglomerante). Se refuerza un sustrato con un producto para
comunicar pegajosidad que comprende una resina, para formar una
preforma conformable. El primer paso va seguido de la adición de una
resina aglomerante y el curado simultáneo del producto para
comunicar pegajosidad y de la resina aglomerante, para formar un
composite.
Nuestro proceso de infusión en vacío en doble
bolsa (DBVI) resuelve una serie de problemas que han planteado las
técnicas de moldeo de líquidos en una sola bolsa, no en autoclave,
anteriormente desarrolladas, tales como los procesos descritos en
las patentes de EE.UU. Nº 4.902.215 (de Seemann) y Nº 4.942.013 (de
Palmer). En la técnica de una sola bolsa, de Seemann, se inducen un
flujo y una presión preferenciales en los medios de flujo por
encima de la preforma de fibra. La fuerza de accionamiento es una
diferencia de presión o una presión estática creada principalmente
por disminución de la presión dentro de la bolsa usando una bomba de
vacío. La presión atmosférica en la alimentación de resina empuja a
la resina al interior de la bolsa a través de un tubo de entrada.
La resina que entra en la bolsa encuentra a los medios de flujo
usados para canalizar la resina a la preforma de fibra que está por
debajo. La resina fluye lateralmente a través de los medios de
flujo, sobre la preforma, y, a continuación, hacia abajo al interior
de la preforma. La preforma tiene la más baja permeabilidad al
flujo (es decir, la más alta resistencia al flujo de
resina).
resina).
Una vez que los medios líquidos (es decir, la
"resina") son hechos pasar (es decir, fluyen) por dentro de la
preforma, hemos observado que la única bolsa tiende a relajarse por
detrás del frente de la onda (es decir, de la parte más delantera
de la resina que se está moviendo por dentro de la preforma dentro
de la bolsa). Cuando el medio de flujo está lleno o parcialmente
lleno de resina, creemos que la bolsa se va relajando lentamente y
se mueve separándose del medio de flujo, presumiblemente debido a
que el camino de mínima resistencia para el flujo se convierte en
un camino sobre el medio de flujo entre el medio de flujo y la bolsa
que está por encima. El relajamiento aumenta el volumen encerrado
alrededor de la preforma, el cual se llena de resina. Cuanto más
lejos se esté del borde de ataque del frente de la onda, tanto más
tiende a relajarse la bolsa. Hemos observado que el composite en
las áreas en donde se haya relajado la bolsa puede tener un más bajo
volumen de fibra, un deficiente control del volumen de fibra, y
unas propiedades mecánicas más bajas que las deseadas, debido a que
un exceso de resina ha rellenado el volumen agrandado. El
relajamiento de la bolsa puede producir un cambio en el grosor
previsto del composite, de modo que en áreas localizadas en donde se
haya producido el relajamiento el composite es mayor grosor que el
que se había previsto.
En el análisis que sigue compararemos los
procesos de Seemann y de Palmer con nuestro proceso de doble bolsa
preferido del presente invento.
Nuestro proceso de infusión en vacío de doble
bolsa preferido resuelve los problemas de Seemann (de una sola
bolsa) por cuanto las bolsas de vacío interior y exterior controlan
independientemente la alimentación de resina. La doble bolsa
proporciona un efecto de "horma". Las secciones de sangrado y
de respiradero están completamente aisladas. Con esta solución, la
bolsa jamás puede relajarse por detrás del frente de la onda y los
composites resultantes tienen más altos volúmenes de fibra, como
media, (con un control más preciso) y tienen un grosor uniforme,
con preformas de groso constante. Nuestro proceso elimina los
defectos de relajamiento de la bolsa que hemos observado en el
proceso de Seemann.
Durante la relajación, observamos que la resina
forma charcos dentro de la bolsa. Haciendo presión sobre el charco,
percibimos un área blanda, esponjosa, suelta, diferente al tacto que
se aprecia donde no se produce relajación. La bolsa se estira, y el
volumen bajo la bolsa aumenta. En circunstancias de relajación,
hemos observado que poniendo a presión la alimentación de resina
por encima de la presión atmosférica aumenta la relajación, de modo
que aparece el fenómeno como ligado a la diferencia de presión y a
la fuerza de accionamiento para el flujo de resina, como era de
esperar. Añadiendo una segunda bolsa de vacío (separada de la
primera bolsa por un respiradero) se hace que resulte más difícil
que la "doble bolsa" se relaje. Por lo tanto, podemos usar una
más alta diferencia de presión para mover la resina que la que
podría ser empleada con una sola bolsa. La "doble bolsa" se
convierte en un medio para reducir el flujo sobre los medios de
flujo llenos, debido a que la bolsa de vacío es efectivamente más
gruesa. La "doble bolsa" proporciona además una mayor
integridad del vacío, debido a que proporciona una segunda bolsa,
repetida, para contrarrestar cualesquiera fugas que puedan
producirse en la primera bolsa.
Según el proceso de la firma Boeing denominado
"Controlled Atmosphere Pressure Resin Infusion" (CAPRI)
("Infusión de Resina a Presión en Atmósfera Controlada"), de Jack Woods y otros, se controla la diferencia de presión reduciendo para ello la presión por debajo de la atmosférica en el depósito de alimentación de resina. En el proceso CAPRI, una bomba de vacío evacua el volumen bajo la bolsa de vacío mientras que, simultáneamente, reduce la presión sobre la resina de alimentación. La presión en la bolsa de vacío podría ser de 508 mm de HG por debajo de la presión atmosférica, y de 127 mm de Hg en el vaso de alimentación para una diferencia de presión para impulsar la infusión de resina, de 381 mm de Hg (aproximadamente, 0,5 atm).
("Infusión de Resina a Presión en Atmósfera Controlada"), de Jack Woods y otros, se controla la diferencia de presión reduciendo para ello la presión por debajo de la atmosférica en el depósito de alimentación de resina. En el proceso CAPRI, una bomba de vacío evacua el volumen bajo la bolsa de vacío mientras que, simultáneamente, reduce la presión sobre la resina de alimentación. La presión en la bolsa de vacío podría ser de 508 mm de HG por debajo de la presión atmosférica, y de 127 mm de Hg en el vaso de alimentación para una diferencia de presión para impulsar la infusión de resina, de 381 mm de Hg (aproximadamente, 0,5 atm).
Por el proceso de Palmer se trataba de aislar
las secciones de sangrado y de respiradero, poniendo para ello una
película impermeable entre el medio de flujo y el respiradero,
dentro de la única bolsa. Desafortunadamente, esta técnica no
permitió un completo aislamiento. Una vez que el medio líquido llegó
al final del vacío del conjunto, el medio de flujo y el respiradero
estaban conectados. Como resultado, la resina empezaba a humedecer
al respiradero y a fluir de vuelta hacia la fuente de resina sobre
la membrana, debido a que ese camino tenía una más alta
permeabilidad que la del flujo hacia abajo a través de la
preforma.
Nuestro proceso preferido de "doble bolsa"
permite aumentar el tanto por ciento o fracción en volumen del
composite, de un 5 a un 10% más que lo que se había podido conseguir
con las tecnologías de una sola bolsa de Seemann y de Palmer. El
aumento del volumen de fibra es crítico para conseguir un composite
de grado aeroespacial que tenga propiedades que lo hagan
competitivo con las tecnologías de prepreg en bolsa de
vacío/autoclave usuales, corrientemente empleadas en la industria
aeroespacial. Los composites aeroespaciales tienen "resistencias
específicas" superiores, que se consiguen optimizando (haciendo
tan alta como sea posible) la fracción de volumen de fibra. Por
nuestro proceso se consigue el volumen de fibra fijado como
objetivo, dentro de una estrecha tolerancia de volúmenes de fibra
aceptables, regulando para ello el vacío de las bolsas interior y
exterior durante la infusión. Usando estrategias de infusión térmica
de "final de ajedrez", nuestro proceso mejora la preforma,
acoplando la aspiración adicional de fluido, el desenmarañamiento
por vacío térmico, y el control del balance de masas en tiempo
real. Por nuestro proceso se obtiene un vacío de una integridad
extremadamente alta.
En cualquier proceso de impregnación en vacío,
la integridad del vacío es esencial para la producción de composites
de alta calidad de un modo regular. Las fugas por los sellados de
las bolsas, por las lumbreras para resina, o por las lumbreras para
el vacío, permitirán que entre aire en la bolsa. El aire hace que
las preformas se hinchen y se reduzca la fracción de volumen de
fibra por aumento del espaciamiento entre fibras. Los composites
hechos con bolsas que tengan fugas adolecerán, típicamente, de uno o
más de los siguientes problemas: alto contenido de espacios vacíos,
porosidad superficial, bajos volúmenes de fibra, o un excesivo
grosor. Con frecuencia se hace preciso tener que desechar las
piezas; no pueden ser reparadas.
Para el procesado de bolsas de vacío, un lado de
la estructura está utillado y el otro está definido, al menos en
parte, por los materiales de bolsa usados sobre el asentado. La
aspereza del lado de la bolsa y las marcas dejadas es un problema
corriente en el procesado de prepregs y en los procesos de moldeo de
líquidos en bolsa. Frecuentemente se usan hormas e intensificadores
en el lado de la bolsa del estratificado, para mejorar el acabado
de la superficie. Estas mejoras de la superficie, sin embargo, no
son particularmente efectivas en el proceso de Palmer ni en el de
Seemann, debido a los medios de flujo usados. El medio de flujo para
tricotado de nudos gruesos y los materiales con grabado de la bolsa
descritos en el proceso de Seemann dan por resultado marcas por el
lado de la bolsa en las piezas, incluso en presencia de un separador
para desprender las capas (o deshacer pliegues). Las marcas se
producen debido a la alta presión localizada en los nudos del
tricotado o en el grabado de la bolsa con una relativamente baja
presión en las áreas circundantes. La desigual distribución de la
presión produce una superficie del lado de la bolsa relativamente
"grumosa". El volumen de fibra y el contenido de fibra
varían.
En el proceso de Palmer se hace uso de telas de
sangrado de vidrio para que formen parte de su paquete de medio de
flujo. Las capas de tela de vidrio seco tienden a abultarse, a
pandear y a puentear bajo vacío, originando importantes problemas
de producción de marcas, incluso sobre configuraciones de pieza
geométricas sencillas, por no mencionar las complicaciones que
surgen en los conjuntos más complicados.
Usados en el proceso de Seemann para conseguir
un rápido flujo lateral, el medio de flujo grueso y las marcas
dejadas por el grabado de la bolsa crean volúmenes relativamente
grandes, que finalmente se llenarán de resina de desecho. En el
proceso de Palmer, el medio de flujo, los paquetes de vidrio grueso,
y también los "pañales" de sangrado de vidrio, desperdician
resina. Por el proceso de Palmer se pierde también resina cuando
ésta fluye más allá del final de la infusión y moja el respiradero,
como hemos visto. Nosotros hemos procurado reducir al mínimo el
desperdicio de resina.
En nuestro proceso preferido, se reducen las
pérdidas de resina en el medio de flujo debido a su bajo perfil y
relativamente pequeño volumen abierto. Nuestro proceso permite
también la simple recuperación y reciclado de la resina purgada,
sin riesgo de relajamiento de la bolsa ni necesidad de un purgado
continuo de la resina con resina nueva para producir por infusión
preformas difíciles. Por nuestro proceso preferido se conserva la
resina y se reduce el coste apreciablemente cuando se trabaja con
sistema de resina caros, como es corriente en las aplicaciones
aeroespaciales.
Ni Seemann ni Palmer han descrito como producir
conjuntos complicados, tales como revestimientos perfilados con
refuerzos de hoja, en donde los requisitos de conducciones internas
son complicados. Cada refuerzo requiere una línea de vacío activa
unida a la parte superior del refuerzo para aspirar la resina al
interior del refuerzo. Cuando se trate de un gran número de
refuerzos, aumenta rápidamente la complicación que entrañan las
conducciones internas. Cada conexión requiere costuras sin fisuras
con la bolsa, para conservar la integridad del vacío. En nuestro
proceso, algunos refuerzos pueden ser obtenidos de un modo efectivo
por infusión, sin usar líneas de vacío activas. Las infusiones
inclinadas, en las que la resina es introducida por el punto más
bajo y se tira hacia arriba de la preforma hasta el punto más alto,
pueden mojar efectivamente a los refuerzos que discurran en la
dirección del flujo, y en algunos casos en otras direcciones, como
se ha demostrado en los paneles de emparedado("sándwich")
TyCORE^{TM}.
Por nuestro proceso se pueden también instalar
cámaras de vacío pasivas (PVC) dentro de la bolsa interior. Por
encima de los refuerzos o de otras áreas en donde se desee el flujo,
se colocan tubos perforados, tubos cortados en espiral, resortes u
otros recipientes abiertos (E, Fig. 8 ó 9). La resina o el líquido
se mete dentro de esas cámaras hasta llenarlas. Las PVCs
proporcionan también una cierta capacidad de purga para eliminar el
aire de las preformas.
Por "mojar" entendemos la infusión de la
cantidad deseada de resina dentro de la preforma para conseguir el
volumen de fibra deseado en el composite.
Por los procesos de Seemann y de Palmer se
pueden producir piezas de una longitud casi ilimitada, pero que
están limitadas en lo que se refiere a la anchura de la pieza. Por
el proceso de Seemann se pueden producir, en general, envueltas
anchas simples, debido a que en el procedimiento de Seemann se hace
uso de un medio de flujo que tiene una alta permeabilidad y
grabados en la bolsa. El proceso de palmer es algo más limitado,
debido a que está basado en un método de alimentación por el borde,
y se hace uso de medio de flujo de más baja permeabilidad. Para una
cierta anchura, sin embargo, tanto por el proceso de Seemann como
por el de Palmer se requieren líneas de alimentación adicionales
para reducir la resistencia de la resina y la caída de presión en
el sistema, especialmente cuando el flujo en un revestimiento está
interrumpido por refuerzos. Los refuerzos crean puntos de
estrangulación en los que la resina fluye transversalmente o en
ángulo en relación con la dirección del refuerzo. Debido a las
limitaciones del utillaje, a los requisitos de control dimensional y
a las discontinuidades de la forma, se ha de poner cuidado en
situar los materiales del medio de flujo en los lugares de refuerzo
apropiadamente.
Para construir componentes por infusión se
dispone de una diversidad de preformas secas. Tanto por el proceso
de Seemann como por el de Palmer se usan preformas secas. Las
opciones incluyen tejidos normales, materiales tricotados por
urdimbre, trenzados en 3D, materiales tejidos en telar en 3D,
preformas cosidas, preformas enclavadas en Z, esteras de cordón
continuo, y preformas de fibra cortada. Muchos materiales de
preforma seca son frágiles, fáciles de distorsionar, de resultar
dañados o raídos por las simples operaciones acostumbradas para la
fabricación. La eliminación limpia de pliegues, la adaptación a la
medida de las pieza y las formas limpias son difíciles de conseguir
en las piezas acabadas complicadas, hechas a partir de preformas
secas. Las preformas secas tienden también a tener un volumen
excesivo para el asentado de formas complejas, en las que el
volumen debe ser reducido al mínimo para eliminar las arrugas y los
problemas de formación de bolsas. Para agravar el problema, las
capas de los materiales secos no pueden ser desenmarañadas y
consolidadas de un modo efectivo, debido a su deficiente adherencia
a otras capas secas o a otros materiales. La fabricación de las
preformas aisladamente, fuera de la línea, es ineficaz. Estas
características hacen que el uso de las preformas sea difícil,
cuando no imposible, en muchas aplicaciones complejas. Por lo tanto,
las tecnologías de los productos para comunicar pegajosidad o de
los aglomerantes para tratar preformas secas con resina se
convierten necesariamente en elementos clave en casi todos los
sistemas de tecnología de moldeo de líquidos. El aglomerante no
debe limitar el flujo de resina ni la consolidación de la preforma,
debe ser compatible con la resina para la infusión, y no debe
producir pérdida de resistencia. El proceso de aplicar aglomerante
o producto para comunicar pegajosidad produce una preforma similar a
las usadas en el moldeo por transferencia de resina usual.
En nuestro proceso preferido, también hemos
desarrollado un proceso único de impregnación por rociado para
aplicar el aglomerante o el producto para comunicar pegajosidad a la
preforma de fibra seca, para obtener una alta pegajosidad con un
bajo contenido de aglomerante. El contenido de aglomerante deseado
varía desde aproximadamente el 1 al 10% en peso, pero típicamente
está comprendido entre aproximadamente el 3 y el 7% en peso. El
tanto por ciento en peso deseado depende del peso y del grosor de la
preforma y del grado natural o inherente de pegajosidad del
aglomerante.
La adición de disolvente a las resinas para
moldeo de líquidos viscosas semisólidas, útiles como aglomerante,
produce soluciones de aglomerante adecuadas para el rociado. Los
disolventes deberán tener pegajosidad a la temperatura ambiente y
ser compatibles con la resina para infusión seleccionada. Para
resinas para infusión de éster de cianato. usamos típicamente la
resina de éster de cianato semisólida M-20 de la
firma CIBA, que es extremadamente pegajosa a la temperatura
ambiente. Se pueden usar algunas resinas semisólidas que no tengan
pegajosidad a la temperatura ambiente si las mismas desarrollan
pegajosidad al ser calentadas, por ejemplo, la resina de
bismaleimida 5250-4-RTM. Las
soluciones requieren a veces catalizadores para la activación de la
resina. Para formulaciones para rociado más latentes, se pueden
eliminar o reducir los catalizadores de la mezcla para permitir
operaciones de desenmarañamiento en vacío a más alta temperatura sin
que se avance perjudicialmente el grado de curado del aglomerante.
Se pueden aumentar los contenidos de aglomerante en los bordes de
las capas para conseguir una mayor integridad dimensional y un menor
grado de raído de los bordes. También podría incorporar el
aglomerante termoplásticos o agentes para endurecimiento del caucho,
para una mejor tolerancia de daños y mayor supervivencia
balística.
Las fórmulas preferidas de aglomerante tienen
típicamente contenidos sólidos de resina altos o muy altos, del 80%
en peso o más. El disolvente o soporte puede ser MEK, MiBK, otro
disolvente orgánico capaz de disolver la resina semisólida, o bien,
posiblemente, agua. La volatilidad del disolvente puede ser alterada
y usada para controlar o para ajustar la pegajosidad y para cambiar
el tiempo de secado y la temperatura de curado o el perfil del
ciclo de curado. Se usan conjuntamente altos contenidos de sólidos,
altas viscosidades del rociado, y parámetros de rociado de película
en seco, para formar pequeños puntos de resina distribuidos
uniformemente que quedan depositados sobre la superficie expuesta
de la preforma. Los parámetros de rociado preferidos reducen al
mínimo las emisiones de disolvente, aumentan el rendimiento de la
transferencia, permiten la automatización, y mantienen la máxima
pegajosidad de la preforma con la mínima cantidad de resina
depositada y de pérdida de permeabilidad de la preforma.
Con estas preformas recubiertas de aglomerante
(es decir, a las que se ha comunicado pegajosidad), hemos demostrado
la capacidad de producir estructuras complejas, tales como las de
refuerzos de hojas que se cortan, refuerzos de uniones Pi (), y
revestimientos perfilados complejos con refuerzos de hojas curvados.
La tecnología de los aglomerantes hace posible el moldeo neto de
ciertas características tales como las de los refuerzos de hojas.
El desenmarañamiento en bolsa de vacío a la temperatura ambiente
puede producir preformas suaves, flexibles, dotadas de pegajosidad.
El desenmarañamiento en vacío calentando puede producir preformas
semirrígidas adecuadas para recortes de precisión con estrechas
tolerancias.
En los procesos de Seemann y de Palmer, la
resina debe ser gelificada inmediatamente después de la infusión de
la pieza. Si se deja que el vacío se haga activo sobre la pieza, se
tira de la resina desde la fuente, a través de la preforma, durante
la gelificación. El suministro de resina debe permanecer conectado
para evitar que la pieza quede desprovista de resina. Para la mayor
parte de las resinas, la gelificación se inicia térmicamente.
Calentando la pieza para gelificar la resina en la preforma se
calienta también a la masa de resina, lo cual puede conducir a una
condición exotérmica peligrosa, incluido el desprendimiento de un
humo tóxico.
Si se cierran las líneas de vacío y de
alimentación para la masa de resina antes de calentar la preforma,
las fugas podrían hacer que se sangrase aire al respiradero. Este
sangrado produce frecuentemente piezas defectuosas, con un alto
contenido de espacios vacíos. La pieza puede hincharse, para crear
componentes de bajo volumen de fibra o, lo que es más típico, unos
que tengan espacios vacíos o porosidad. El proceso de palmer exige
una gelificación casi instantánea, pero una gelificación
excesivamente rápida produce frecuentemente matrices de resina
frágiles. Muchas resinas corrientes, tales como las epoxis de curado
a baja temperatura para aplicaciones a alta temperatura, no pueden
ser gelificadas rápidamente.
El presente invento es un proceso y un sistema
para moldeo de líquidos para producir estructuras de composite de
calidad a bajo coste, de acuerdo con la reivindicación 1, y una
composite obtenida por tal proceso. Queda comprendido dentro de las
categorías de moldeo por transferencia de resina (RTM), y en
particular en la del RTM ayudado por vacío (VaRTM). El sencillo
utillaje, los mínimos requisitos de capital, la capacidad de
procesado por lotes, el alto rendimiento, y la capacidad para
moldear formas complejas hacen que el proceso sea atractivo. Para
la fabricación de estructuras aeroespaciales, promete ser un proceso
económico, especialmente adecuado para grandes estructuras,
incluidos los cajones de ala y similares. El presente invento se
acopla perfectamente con otras tecnologías de capacitación, tales
como las de cosido, las de refuerzo en la dirección Z (enclavado en
Z), curado por haz de electrones, tejido en telar de
3-D, y curado a baja temperatura. No requiere
autoclave, ni utillaje adaptado, ni grandes prensas.
La alta integridad del vacío que se obtiene con
un sistema de doble bolsa de nuestro diseño favorece la obtención
de composites de alta calidad, de un modo regular, con bajo
contenido de espacios vacíos, mínima porosidad de la superficie,
excelente control del grosor, y fracciones de alto volumen de fibra.
La doble bolsa mejora la rigidez del material para embolsar, para
evitar la relajación por detrás del frente de onda, permitiendo con
ello la infusión de composites exentos de espacios vacíos que tienen
los altos volúmenes de fibra deseados para aplicaciones
aerospaciales. El control de la relajación significa, efectivamente,
que podemos usar una más alta diferencia de presión (DP) como la
fuerza de impulsión para la transferencia de resina. Podemos
infundir más rápidamente, o podemos usar resinas más viscosas,
debido a la mayor fuerza de impulsión. Deseamos fracciones de
volumen de fibra superior al 50%.
El control del frente de onda de la resina
produce infusiones limpias sin porosidad superficial, ni espacios
vacíos, ni puntos secos, ni zonas ricas en resina. En el
procedimiento de Seemann se usa un medio de flujo basto, grueso,
para dirigir la resina a la preforma que está por debajo y a los
grabados de la bolsa. Los medios y los grabados crean un espacio de
alta permeabilidad, para una rápida migración lateral de la resina
en la bolsa. La velocidad de la infusión puede conducir, sin
embargo, a defectos de aire aprisionado o de porosidad superficial,
o a espacios vacíos, al percolar la resina a través del grosor de la
preforma. El flujo lateral puede exceder de la humectación hacia
abajo de la preforma, aprisionando aire en bolsas. El aire
aprisionado por detrás del frente de onda resulta difícil de
eliminar de la pieza obtenida por infusión. El burbujeo que produce
el aire al escapar hace que sea difícil establecer un punto final
para la infusión.
La clave para obtener infusiones satisfactorias
no está en la velocidad con la que se infunde la preforma, sino más
bien en la calidad de la infusión. Manteniendo un frente de onda
controlado con un medio de flujo de más baja permeabilidad sobre la
preforma, se obtienen infusiones más limpias. El medio de flujo que
preferimos usar deberá permitir que la resina fluya lateralmente
con la suficiente lentitud como para que la resina pueda caer
uniformemente a través de la preforma, para mojar y llenar por
completo la preforma con un perfil de flujo de forma de cuña. En un
frente de flujo controlado, el frente de resina en el lado de la
bolsa de la preforma es de solamente de 5 a 8 cm por delante del
frente de resina en el lado del útil de la preforma, suponiendo que
el medio de flujo está situado solamente en el lado de la bolsa de
la preforma, y que la infusión incluye flujo lateral a través del
medio, seguido de flujo hacia abajo para llenar la preforma.
Preferimos controlar la permeabilidad relativa del medio de flujo
que controlar la de la preforma, para conseguir esa infusión
ordenada, aunque relativamente lenta.
Nuestro único medio de flujo impregnado de
TEFLON, de tejido en telar abierto (Taconic 7195) controla el frente
del flujo, debido a que es delgado, tiene una moderada
permeabilidad, y sus fibras de trama forman "presas" para el
flujo. Además de controlar el flujo de resina, el medio actúa para
resolver una serie de otros asuntos. Este medio puede soportar la
exposición a temperaturas de hasta 315ºC, y es químicamente inerte.
Está libre de contaminación y tiene excelentes propiedades de
desprendimiento. Es fácilmente obtenible, tiene un relativamente
bajo potencial de defectos producidos por objetos extraños, y reduce
al mínimo el volumen de la bolsa, debido a que es de bajo perfil.
Reduce o elimina las marcas en el lado de la bolsa del
estratificado, debido a su naturaleza rígida, pero adaptable.
Una opción para conseguir un mejor control del
flujo consiste en usar materiales para embolsar de alto alargamiento
(de más del 500%) y de módulo relativamente bajo, tales como las
películas de formación de bolsas de poliéster "STRETCHCLON
700" y de nilón "STRETCHLON 800". Los materiales para la
formación de bolsas de alto alargamiento hacen que sea más fácil
embolsar preformas simples y complejas con relativamente pocas
arrugas en la bolsa. Las áreas de la preforma bajo arrugas en la
bolsa tienden a tener una permeabilidad relativamente alta y pueden
dar por resultado una indeseable canalización de la resina a lo
largo de esas arrugas de la bolsa. Por lo tanto, la reducción al
mínimo de las arrugas de la bolsa con materiales para la formación
de bolsas de alto alargamiento mejora el control del frente del
flujo.
En otra opción, se hace uso de sellos de látex
alrededor de la periferia de la pieza. Sin sellado del borde ni
sellos de borde sólidos, frecuentemente se produce canalización en
los bordes de la preforma, debido a la alta permeabilidad que
existe en los espacios de separación que se encuentran típicamente
entre la preforma, la bolsa y el sello sólido. Usando bolsas de
alto alargamiento y sellos de látex, junto con o sin ciclos de
vacío térmico, se puede conseguir una buena obturación entre el
borde de la preforma, la bolsa y los sellos. El látex se mueve
viscoelásticamente para llenar todos los espacios de separación que
de lo contrario existirían en el borde irregular de una preforma
seca o aglutinada (es decir, una preforma que tuviese las firmas
recubiertas de, o que contuviesen a, aglomerante o producto para
comunicar pegajosidad). Se ha comprobado que los sellos de látex
son particularmente útiles cuando se trata de preformas gruesas, en
las que se producen grandes discontinuidades de la bolsa en el
borde de la pieza. El puenteo de la bolsa en esas posiciones permite
una excesiva canalización. Los sellos de látex, sin embargo, actúan
para sellar el borde de un modo efectivo, facilitar la transición
de la bolsa, y reducir los efectos del estrechamiento del borde en
la preforma, debido a los esfuerzos en la bolsa.
Una técnica para la producción de vacío por los
dos extremos contrarresta satisfactoriamente la canalización que
pudiera producirse por cualesquiera razones. Si la resina se
canaliza a lo largo de un borde de la pieza, el problema
potencialmente "fatal" puede ser corregido simplemente fijando
el tubo de vacío en el lado de la canalización y continuando la
infusión por vacío por la línea de vacío opuesta, de un modo
activo.
Otro método comprobado para contrarrestar la
canalización consiste en infundir preformas con una orientación
inclinada, siendo alimentada la resina a la más baja elevación y
moviéndola hacia arriba a través de la preforma con vacío a través
de lumbreras situadas a la más alta elevación. Por este método, la
gravedad ayuda a mantener un nivel constante de fluido en la
preforma y ofrece resistencia al flujo de resina, al menos
parcialmente. Algunas preformas, tales como las preformas de
tricotado por urdimbre multiaxial con fibras unidireccionales en
mazos, pueden tener variaciones de la permeabilidad que se produzcan
naturalmente, que pueden dar lugar a un más deficiente control del
flujo que en las preformas en las que se usen materiales más
consistentes, tales como tela de satén de 5 y 8 lizos.
Un ciclo de vacío térmico usado con anterioridad
a la infusión hace también mínima la canalización. Aquí, la
preforma experimenta la reducción de la voluminosidad (es decir, que
es comprimida al mismo tiempo que se elimina el aire de entre las
capas) hasta un grosor comprendido dentro de aproximadamente un 10%
más que su grosor final. Análogamente, el módulo de la bolsa
disminuye a elevada temperatura, en que se alarga más fácilmente,
Al alargarse la bolsa, ajusta cada vez mejor al material de la
preforma que está por debajo, eliminando todos los puentes de la
bolsa, excepto los más graves. En los casos de grave puenteo de la
bolsa, como por ejemplo en las discontinuidades alrededor de los
elementos de utillaje para los refuerzos por el lado de la bolsa,
usamos sellos de látex, ya sea entre las bolsas interior y exterior,
o ya sea directamente dentro de la bolsa interior, en la
discontinuidad, para contribuir a puentear el espacio de separación.
Eliminando el puenteo de la bolsa se evita la canalización y las
áreas ricas en resina que se desarrollarían en los lugares
puenteados.
Podemos reducir o eliminar esencialmente las
marcas dejadas por la bolsa con el uso de materiales de fibra de
vidrio impregnada con TEFLON, tejidos en telar apretadamente,
semiacartonados, tales como el Taconic 7195 o el CHEMGLAS 1589,
como una capa y medio de flujo separados. El bajo perfil reduce al
mínimo la voluminosidad y permite un mejor perfilado en relación
con las diversas capas de materiales de tela de vidrio. La
construcción uniforme de tejido en telar apretado de nuestro medio
de flujo, da por resultado una aplicación más uniforme de la
presión a través de la preforma, con relación a los materiales
tricotados con nudos o a los materiales con grabado de la bolsa. El
bajo perfil y la uniformidad del tejido en telar de nuestro medio de
flujo hace también posible usar hormas o intensificadores de un
modo efectivo, por encima del medio de flujo, para mejorar la
suavidad de la superficie de la pieza. La naturaleza semiacartonada
del medio de flujo actúa en el sentido de atenuar la transferencia
de arrugas de la bolsa y en el respiradero a la pieza obtenida por
infusión, incluso en ausencia de intensificadores de la presión o
de placas de horma. Cuando se usa nuestro medio de flujo
conjuntamente con ciclos térmicos de vacío, bolsas de alto
alargamiento, y sellos de látex en torno a las discontinuidades
mayores, se eliminan sustancialmente las marcas dejadas, incluso
sobre piezas complejas. Las marcas que se dejen pueden originar un
debilitamiento local del composite originado por la concentración de
esfuerzos.
En nuestro proceso, un respiradero "Airweave
M-10" entre nuestras bolsas interior y exterior
tiene tendencia a puentear sobre las discontinuidades de la pieza y
a plegarse en áreas con exceso de voluminosidad. Para conseguir un
ajuste óptimo entre la pieza y la preforma, se colocan el
respiradero y la bolsa exterior sobre la bolsa interior con vacío,
para asentar el respiradero temporalmente. Se retiran la bolsa
exterior y el respiradero. Usualmente, se corta entonces el
respiradero y se cose en sisa para permitir un perfecto ajuste. El
respiradero, los materiales elastómeros que forman la bolsa
exterior, y la red de respiradero pueden usualmente volver a ser
empleados.
Por lo tanto, las realizaciones preferidas de
nuestro proceso permiten obtener composites de bajo contenido de
espacios vacíos, mínima porosidad de la superficie, excelente
control del grosor, y alto volumen de fibra. El proceso preferido
proporciona un vacío de alta integridad, y elimina la canalización
de la resina y el deficiente control del frente de onda. Reduce
grandemente las marcas en el lado de la bolsa. Reduce la complejidad
de las canalizaciones y mejora la fabricación de composites anchas.
Finalmente, nuestro proceso preferido reduce el desperdicio de
resina.
En la Figura 1 se han representado las
características preferidas de nuestro sistema de infusión con vacío
de doble bolsa, con las bolsas parcialmente recortadas.
La Figura 2 es típicamente una vista en corte
transversal de nuestro sistema de infusión con vacío, de doble
bolsa, dado en general a lo largo de la línea A-A de
la Figura 1.
La Figura 3 es una vista en perspectiva
isométrica de un carenado de tubo conformado preferido.
En la Figura 4 se ilustrado un sistema para
convertir una línea de vacío en una línea de alimentación, sin
introducir aire en la infusión.
La Figura 5 representa un sistema de rociado por
robot para aplicar un aglomerante o un producto para comunicar
pegajosidad a una preforma.
La Figura 6 es una vista en perspectiva
isométrica de una mordaza preferida para sujetar los tubos de vacío
para asegurar la integridad del vacío.
En la Figura 7 se han representado las
conducciones típicas usadas para la infusión de un panel reforzado
con una viga en I.
La Figura 8 es una vista en corte transversal,
esquemática, del embolsado para la infusión de un panel reforzado
con una viga en I como el representado en la Figura 7.
En la Figura 9 se han ilustrado las conducciones
típicas para la infusión de una preforma de hojas que se cortan
entre sí.
La Figura 10 es una vista en corte transversal,
esquemática, del embolsado, similar al de la Figura 8, para la
infusión de la preforma de hojas que se cortan entre sí.
La Figura 11 es una vista en corte transversal,
esquemática, del embolsado para un panel de emparedado
("Sándwich") reforzado con una viga de celosía.
Por nuestro proceso y con nuestro sistema de
moldeo de líquidos se producen estructuras de composite de excelente
calidad a bajo coste. El sencillo utillaje, los mínimos requisitos
de inversión de capital, la capacidad de procesado por lotes, los
altos rendimientos, la capacidad para moldear piezas complejas, y
otras características del procesado, hacen que el mismo sea un
método extremadamente económico para la fabricación de composite.
Además, lo accesible del proceso hace que el mismo pueda acoplarse
perfectamente con otras tecnologías avanzadas para el composite,
tales como las de cosido, enclavado en Z, curado con haz de
electrones, tejidos en telar en 3-D, y curado a
baja temperatura. El proceso preferido es especialmente adecuado
para fabricar grandes estructuras. Tales estructuras tienen de 14 a
19 m^{2} de área, o más, tales como un cajón de ala, una
carrocería de autobús, o un casco de un barco. El proceso es
también particularmente adecuado para fabricar grandes estructuras
que tengan conjuntos reforzados muy complejos (corrientes en la
industria aerospacial para hacer máxima la relación de resistencia
a peso), y otros productos únicos que son difíciles, cuando no
imposibles, de fabricar usando las tecnologías conocidas de
procesado de composite.
Por el proceso preferido del presente invento se
persigue:
- 1.
- Reducir significativamente los gastos de fabricación de composite usando para ello material primas de más bajo coste, permitiendo la integración de las piezas, reduciendo los requisitos de inversión de capital, disminuyendo el coste del utillaje, y acelerando el tiempo del ciclo;
- 2.
- Reducir la exposición de los trabajadores a materiales peligrosos;
- 3.
- Mantener los altos volúmenes de fibra necesarios para los composites aerospaciales y conseguir la calidad asociada con las actuales técnicas de procesado de prepregs;
- 4.
- Hacer posible el desarrollo de estructuras de composite avanzadas, únicas, que no se podían conseguir anteriormente; y
- 5.
- Ser de fácil instalación en prácticamente cualquier lugar que se desee, con una mínima inversión.
En las Figuras 1 y 2 se ha ilustrado una
realización de nuestro proceso de infusión en vacío de doble bolsa.
En las Figuras 3 a 6 se han representado conceptos avanzados de
procesado. Un proceso de doble bolsa mejora la integridad del vacío
(deseable para infusiones de piezas grandes) y reduce el movimiento
del material para embolsar hacia fuera de la preforma, por detrás
del frente de onda (es decir, la "relajación"), como el que se
produce a veces con una sola bolsa. Los pasos básicos del procesado
son:
- 1.
- Selección y Preparación de los Útiles
- 2.
- Fabricación de la Preforma
- 3.
- Embolsado y Conducciones
- 4.
- Desecado en Vacío (Opcional)
- 5.
- Infusión de la Preforma
- 6.
- Curado de la Resina
- 7.
- Desmoldeo
- 8.
- Post-curado (Opcional)
- 9.
- Recortado e Inspección
Analizaremos por separado cada uno de estos
pasos, con alguna profundidad.
Los metales, los composites, el grafito
monolítico, el yeso revestido de plástico, la madera, la espuma, los
elastómeros, el cartón para modelar, el vidrio, u otros materiales
para el utillaje, pueden proporcionar la necesaria integridad del
vacío. Los útiles que ocasionen fugas son inaceptables, debido a que
entrará el aire en la preforma y en la resina durante el paso de la
infusión. Las piezas resultantes tendrán porosidad o espacios
vacíos. Los materiales que sean susceptibles de fugas deben ser
adecuadamente sellados con anterioridad a su uso. Los útiles son
típicamente de un solo tamaño, pero se pueden también usar útiles
emparejados. Las piezas pueden ser utilladas para la línea de molde
interior o para la línea de molde exterior, en útiles macho o
hembra. Preferimos los moldes hembra utillados para la línea de
molde exterior, para obtener un mejor acabado superficial. Los
moldes de ese tipo permiten procesos de curado simultáneo, para
incluir en la estructura elementos de refuerzo internos, tales como
larguerillos, mamparos, largueros, y otras características, con
unos mínimos requisitos de utillaje. El utillaje para la línea de
molde exterior de este tipo permite también moldear componentes de
marcos para puertas de acceso en los revestimientos, en los lugares
deseados.
Los detalles del utillaje para incorporar
características internas en la piezas moldeada se consiguen
típicamente usando bloques de aluminio o de otros materiales
adecuados que empareden a los elementos de refuerzo deseados para
la preforma. Estos detalles de utillaje permiten incluso,
convenientemente, la consolidación el recortado limpio de algunas
de esas características de la preforma, antes de instalar las
características en el molde. El poder consolidar estos elementos de
refuerzo con anticipación, facilita el asentado de la preforma,
reduce el tiempo total del ciclo, y permite realizar
características de precisión sin riesgo de daños para el
revestimiento que está por debajo.
Por nuestro proceso pueden moldearse mandriles
de sombrero de elastómero partidos, usados para producir hojas
perfiladas. Los mandriles de sombrero planos son colados o cortados
con chorro de agua de una plancha de caucho. Puesto que las mitades
del mandril están hechas de material elastómero, las secciones
planas pueden ser forzadas para que sigan contornos con torsión.
Con las secciones del mandril de sombrero emparedando al material de
preforma, se puede forzar el conjunto para que siga el contorno del
revestimiento, de modo que se eliminen los espacios de separación.
Con esta técnica se resuelven eficazmente algunos problemas de
montaje o de unión que pueden plantearse con utillaje de metal,
mecanizado con precisión, más rígido.
Aunque son al menos cuatro veces más caras que
un utillaje de aluminio similar, las placas del proyecto de virio
PYREX y las barras de utillaje permiten la observación visual
directa del frente del flujo de resina a medida que va siendo
infundida la preforma. El borde de ataque de un frente de onda de
resina tiene una sección transversal en cuña de poco ángulo a
través del grosor de la preforma. El proceso de infusión pasa por
un proceso de llenado y drenaje cíclico si no se regula el caudal en
los tubos de vacío a un caudal bajo, antes del cierre final del
tubo. El utillaje de vidrio es valioso para estudiar el proceso de
infusión y aprender a controlarlo, debido a que el utillaje permite
la inspección visual a lo largo del proceso. El utillaje de vidrio,
sin embargo, es probablemente poco práctico para muchos procesos de
producción.
Cuando se efectúan curados simultáneos
complejos, el utillaje interno para los elementos de refuerzo debe
ser situado con precisión en el molde, debido a los requisitos de
interfaz típicos en las uniones de elementos físicos. Se pueden
usar varias técnicas para situar con precisión el utillaje,
incluyendo topes de útiles desmontables, pasadores en regiones de
desechos, o localizaciones de pernos, guías de alineación, o imanes
de tierras raras de alta potencia para mantener el utillaje en
posición. Los curados simultáneos complejos pueden ser efectuados
con excelente control dimensional de las diversas características de
las piezas.
Cuando se prepara un útil para asentar y
embolsar una pieza, aplicamos FREKOTE 700 NC u otro agente de
desprendimiento adecuado, para asegurar que la parte moldeada no se
quede pegada al molde. Situamos los sellos de las bolsas interior y
exterior, los cuales deben estar limpios, libres de acumulaciones de
residuos de series anteriores, y, lo que es más importante,
protegidos contra su contaminación por el agente de desprendimiento.
Para proteger las localizaciones de los sellos de bolsa de las
bolsas interior y exterior en el útil, contra la contaminación por
el agente de desprendimiento, aplicamos cinta sensible a la presión
de 2,5 cm de anchura sobre el útil, en los lugares en que estén los
sellos, como una máscara protectora, antes de aplicar el
recubrimiento con agente de desprendimiento. Una vez desprendido el
útil de la base, se retira la cinta sensible a la presión para
dejar al descubierto los lugares para los sellos, libres de
contaminante. Después de varios usos podría necesitarse disolvente
de limpieza y/o un pulimentador ligeramente abrasivo para las
superficies del útil.
Sobre útiles de composite de alto brillo,
preferimos raspar ligeramente el útil en los lugares de los sellos
para conseguir una mejor adherencia del sellante. También podemos
usar técnicas de enmascaramiento inverso, si se desea, para raspar
el útil solamente en los lugares de los sellos de la bolsa.
Para reducir al mínimo los dibujos en torbellino
en el recubrimiento de agente de desprendimiento y la posible
transferencia del agente de desprendimiento desde el útil a la parte
moldeada, el agente de desprendimiento deberá ser aplicado frotando
a mano hasta que se haya vaporizado todo el disolvente. El
frotamiento evita el efecto de "derramamiento de café", por el
que las partículas de agente de desprendimiento se agregan en los
bordes de las trazas que deja el disolvente al vaporizarse.
Nuestro proceso puede ser usado con
esencialmente todos los materiales de preforma, incluidos el cuarzo,
carbono a base de PAN, carbono con base de brea, vidrio, carburo de
silicio, boro, fibras orgánicas, metálicas, de cerámica, y otras.
Las esteras arremolinadas, las fibras cortadas orientadas, las telas
cortadas, los tricotados por urdimbre unidireccionales, los tejidos
en telar bidireccionales tradicionales, las telas triaxiales, los
tricotados por urdimbre multiaxiales, los trenzados en 2D y en 3D,
el material tejido en telar 3D, los arrollamientos de filamentos
secos o aglutinados (es decir, dotados de pegajosidad), los
isorreticulados situados en estopa, híbridos, los refuerzos
cosidos, y los refuerzos enclavados en Z, son exactamente algunas de
las posibilidades para la preforma. También pueden producirse
estructuras de emparedado con espuma, espuma cosida, en panal de
abeja embebido, en panal de abeja sellado con película de adhesivo,
y núcleos de espuma sintáctica. También cabe la posibilidad de
infundir estructuras con piezas de inserción metálicas
convenientemente tratadas, para producir estratificados híbridos,
tales como los materiales de Ti/Gr de la firma Boeing. Se pueden
intercalar láminas delgadas de titanio, atacadas químicamente,
perforadas o no perforadas, con preformas de composite para
producir localizaciones de alto soporte de carga donde de no hacerse
así podrían fallar los composites. Los composites de alta
resistencia a los esfuerzos, tales como los mamparos de los
helicópteros o las alas de los misiles de despliegue pirotécnico,
son ejemplos en los que podría usarse ventajosamente el intercalado
de titanio, local o aislado.
También podemos integrar en la estructura
materiales especializados, tales como recubrimientos rociados por
arco, materiales de erosión por lluvia, planos rectificados
conductores, tricotados conductores, tarjetas resistivas,
aplicados, microchips, MEMS, cerámicas, antenas, sensores, o
películas.
La manipulación, el corte, la conformación y la
consolidación de preformas de fibra seca en estructuras de
precisión puede ser difícil. El grado de dificultad que se encuentre
depende del material de preforma de partida, del proceso de
asentamiento, y de las formas que hayan de ser producidas. Algunos
materiales de preforma estables (tales como los tejidos en telar
3D, las preformas cosidas, los tricotados por urdimbre multiaxiales,
las telas con mucho apresto, y los tejidos en telar delgados
apretados), pueden ser usados en estructuras simples sin
aglomerantes ni productos para comunicar pegajosidad. Otras
preformas (tales como los tejidos en telar 5HS, los tejidos en
telar 8HS, los tejidos en telar lisos abiertos, los tricotados
unidireccionales, y las esteras de fibras cortadas orientadas) se
estabilizan usualmente con aglomerantes y productos para comunicar
pegajosidad para eliminar la pérdida de fibra, para permitir un
corte en máquinas NC (de Control Numérico) automatizadas, para
crear líneas de recorte vivo en asentamientos a la medida, y para
evitar una excesiva distorsión del material por la manipulación
normal.
La técnica para asentar desempeña también un
papel en la determinación de la necesidad de productos para
comunicar pegajosidad. Los cilindros de arrollamiento de filamentos
y/o los vasos de presión con fibras secas darán por resultado
preformas estables que podrían ser obtenidas satisfactoriamente por
infusión. Los tubos trenzados y otras formas tendrían preformas
estables en muchos casos sin aglomerantes. Los isorreticulados
colocados arrollados o en fibras serían también probablemente
preformas secas estables. El asentado a mano de la preforma
requiere, en general, material aglomerado, como ocurre con el
arrollamiento o trenzado complejo de cuerpos cerrados no
circulares.
Casi todos los materiales de preforma pueden ser
usados sin aglomerantes para producir simples paneles planos o
envueltas ligeramente perfiladas, sin dimensionado de capas a la
medida. Para la construcción de formas complejas, tales como
radomos, conos de cola, envueltas reforzadas integralmente,
estructuras profundas, componentes reforzados
multidireccionalmente, o estructuras producidas muy a la medida, se
requieren productos para comunicar pegajosidad para adherencia del
material al utillaje, una consolidación o reducción de la
voluminosidad mejoradas, un recorte mejorado, y un mejor control
dimensional.
Nuestros materiales aglomerantes y procesos
preferidos han sido desarrollados a partir de trabajos anteriores
para producir prepregs de nuestra especialidad usando un "Proceso
de Impregnación por Rociado". Para añadir aglomerante a la tela,
se enrolla el material fibroso sobre mesas con un forro de
polietileno realzado por debajo, para evitar la contaminación. La
tela se alinea en general de modo que las fibras de la urdimbre y
de la trama sean rectas y ortogonales entre sí. Se rocía luego la
solución de aglomerante sobre la cara expuesta de la tela, aunque
se puede rociar por ambas caras si se desea. El rociado puede
aplicarse desde una pistola manual o desde una pistola montada en
un robot para efectuar un depósito con mayor precisión. Los
parámetros del rociado se sintonizan de modo que se depositen sobre
la superficie de la preforma cordones de resina finos,
uniformemente dispersos, al tiempo que se trata de reducir al mínimo
la entrada por efecto de mecha de la resina al interior de la
preforma. Al tener cordones de resina sobre la superficie de la
tela, en vez de una distribución uniforme de la resina en la
preforma, se hace máxima la adherencia entre capas y útiles, al
tiempo que se reducen al mínimo las pérdidas en cuanto a
permeabilidad de la preforma, el tiempo para efectuar el depósito,
y el contenido de aglomerante.
Nuestra solución de aglomerante preferida es
típicamente la de un polímero semisólido disuelto, que sea
compatible con la resina que haya de ser infundida a continuación
dentro de la preforma. Estos semisólidos tienen típicamente
viscosidades a la temperatura ambiente comprendidas entre 250.000 y
1.000.000 centipoise. El material semisólido deberá tener alta
pegajosidad a la temperatura ambiente, o bien deberá ser capaz de
desarrollar pegajosidad cuando se caliente suavemente. Además, el
semisólido deberá licuarse sin un curado adicional significativo
cuando se caliente durante un procedimiento de desecado en vacío. La
licuefacción del aglomerante aplicado con el calor permite que el
aglomerante penetre por efecto de mecha en la preforma cuando la
pegajosidad no sea ya importante para conseguir una colocación en
posición apropiada. La acción de penetración por efecto de mecha
del aglomerante en la preforma mientras está bajo la presión de la
bolsa permite una consolidación adicional del asentamiento. Si la
resina no avanza apreciablemente en su grado de curado durante el
procedimiento de desecado en vacío con calor, o bien durante
posibles operaciones de infusión a elevada temperatura, puede ser
capaz de ligarse químicamente con, o ser disuelta en, la resina de
la infusión. Los sistemas de aglomerante que avancen
significativamente (es decir, que ya sea curen parcialmente o ya sea
que empiecen a entrecruzarse) con anterioridad a la infusión,
solamente pueden formar ligaduras mecánicas relativamente débiles
con la resina de la infusión. Se ha puesto de manifiesto que los
aglomerantes de un alto grado de curado rebajan algunas propiedades
del composite en hasta un 10%.
Nosotros preferimos la resina
5250-4-RTM BMI (bismaleimida) de la
firma Cytec Fiberite, como aglomerante para infusiones de la
5250-4-RTM BMI. Tales infusiones,
sin embargo, requieren altas temperaturas, que aumentan su
dificultad. Nosotros preferimos la resina semisólida éster de
cianato (CE) M-20, de la firma CIBA, como
aglomerante para infusiones con materiales de éster de cianato tales
como los EX-1545,
EX-1545-1, y
EX-1510, de la firma Bryte Technologies. Para
infusiones con resinas con base de epoxi de baja viscosidad,
preferimos aglomerantes semisólidos con base de epoxi, tales como
los PR 500, 3501-6, 3502, 977-3 y FM
300.
Una formulación catalizada típica de la solución
de aglomerante de éster de cianato M-20 incluye:
- M-20 semisólido
- 78,597% en peso
- Acetonato de Acetil Cobalto (CoAcAc)
- 0,086% en peso
- Dinonil Fenol
- 1,572% en peso
- MEK (Metil Etil Cetona)
- 19,745% en peso
Para obtener la solución de aglomerante
M-20, se mezclan el CoAcAc, el dinonil fenol, y una
pequeña cantidad de MEK, durante varias horas, con un agitador
magnético, en un recipiente sellado. El largo tiempo para el
mezclado se requiere para disolver el CoAcAc en la solución. Esta
sal órgano-metálica tiene regímenes de solubilidad
relativamente bajos, y requiere una significativa cantidad de tiempo
para disolverse. Después se calienta la resina semisólida
M-20 en una estufa de convección a una temperatura
comprendida entre 49 y 66ºC. A estas temperaturas, en la condición
de no catalizada, la M-20 se hace lo suficientemente
fluida como para ser dispensada fácilmente desde su recipiente sin
esencialmente avance alguno de la resina en cuanto a su grado de
curado. Una vez dispensada la resina, se añade entonces la totalidad
del disolvente MEK a la resina M-20. La resina se
disuelve en el MEK utilizando para ello un crisol para mezcla
neumático sellado que impide la vaporización súbita del disolvente.
Una vez se haya disuelto uniformemente la M-20 se
añade a la mezcla de base la solución catalítica de CoAcAc, dinonil
fenol, y MEK. Luego se mezcla la solución en el mismo recipiente
sellado durante varias horas, para mezclar y disolver aún más el
catalizador al tiempo que se evita la vaporización súbita del
disolvente. La solución resultante es de color verde oscuro y tiene
una vida en almacén de al menos un mes, si se almacena sellada, a
la temperatura ambiente, sin exposición a la humedad. Si falla la
dispensación con calor de la M-20 desde su
recipiente puede producirse como resultado la cristalización de la
solución de aglomerante. La cristalización se detecta fácilmente
observando que la solución se pone de un color de guisante, verde
claro.
Técnicamente aparece como viable una solución de
aglomerante M-20 simplificada y posiblemente
mejorada. El éster de cianato M-20 no catalizado
puede ser curado térmicamente a temperaturas superiores a 120ºC.
Puesto que las resinas para infusión de éster de cianato curan
típicamente a una temperatura de 175ºC, y frecuentemente se
requieren temperaturas posteriores al curado más altas, podría
esperarse el curado de la M-20 en ausencia de
cualquier catalizador. El catalizador usado para las resinas para
infusión de éster de cianato puede también catalizar,
probablemente, a la resina aglomerante M-20, dado
que la química que interviene es similar, y la relación de la
resina de la infusión a la resina de aglomerante es relativamente
alta. La catálisis por la resina para la infusión de la resina
aglomerante parece probable, dado que las resinas para infusión
pueden disolver las pequeñas islas de resina M-20 y
tiene lugar un mezclado estático significativo al percolar la
resina para infusión a través de la preforma. La combinación de
curado térmico de la M-20 y la catálisis por la
resina para la infusión del aglomerante sugiere que las soluciones
de aglomerante pueden formularse sin la adición de los
catalizadores dinonil fenol y el CoAcAc.
Eliminando estos componentes de la solución de
aglomerante, se obtienen varios beneficios en potencia. La solución
de aglomerante puede hacerse significativamente en menos tiempo (tal
vez en una décima parte del tiempo) que se necesita actualmente
para producir la versión catalizada. Es probable que la solución
resultante tenga una vida en condiciones de envasada mucho más
larga, quizás de hasta 6 meses. Las preformas aglomeradas deberán
tener tiempos de trabajo más largos a la temperatura ambiente, en
relación con la versión catalizada, y vidas en almacén más largas.
El material más latente deberá también tender a avanzar menos que la
versión catalizada al ser sometido a ciclos de reducción de la
voluminosidad térmicos, o a procesos de desecado en vacío térmicos.
El grado reducido del curado significa que el aglomerante puede
mezclarse más fácilmente con la resina para la infusión. El bajo
grado de curado de los aglomerantes jamás deberá bloquear la
preforma en una condición de deficientemente consolidada, lo que
impediría que se consiguiesen altos volúmenes de fibra durante el
proceso DBVI.
Una formulación típica para la solución de
aglomerante 5250-4-RTM BMI es:
- Resina 5250-4-RTM BMI
- 80% en peso
- MEK (Metil Etil Cetona)
- 20% en peso
Para formular esta solución de aglomerante, se
calienta la resina 5250-4-RTM BMI y
se dispensa típicamente desde una lata de 19 litros, usando un
dispensador de masa fundida caliente Graco. Se calienta la resina a
una temperatura comprendida entre aproximadamente 110ºC y 132ºC
antes de dispensarla. A esas temperaturas, la BMI avanzará
lentamente a lo largo de un período de tiempo de aproximadamente 3
horas. Puesto que se puede completar la operación de dispensación
en menos de 15 minutos, el avance de la resina que se produce es
insignificante. El avance es también insignificante durante el
ciclo de desecado en vacío térmico. Una vez que haya sido dispensada
la resina dentro de un crisol de mezcla por vacío y que se haya
enfriado ligeramente, se añade disolvente MEK a la resina. La
resina se disuelve en el soporte disolvente usando un agitador
accionado neumáticamente en un recipiente sellado. Se usa la
agitación neumática para evitar condiciones potencialmente
explosivas que podrían producirse con mezcladoras eléctricas. Una
vez que se haya disuelto la resina, la solución de aglomerante BMI
está lista para ser usada.
Otra forma de abordar la obtención de soluciones
de aglomerante 5250-4-RTM BMI
consiste en dispensar resina en una lata de 4,2 litros, o
equivalente, usando la técnica de dispensación de masa fundida
caliente. Después se enfría la resina hasta la temperatura ambiente
para resolidificación. Se añaden después a la lata bolas de
cerámica o de acero inoxidable. Se sella la lata y se coloca en un
molino que haga rodar las bolas o en un agitador de pintura durante
un breve período de tiempo. Los impactos de las bolas hacen que la
resina semisólida frágil se pulverice en forma de un polvo fino con
un factor de voluminosidad mucho más alto. La resina molida puede
ser mantenida sellada y congelada en la lata hasta que se necesite
para obtener la solución de aglomerante, o bien puede ser usada
inmediatamente. El aumento del área superficial de la resina permite
que el disolvente MEK disuelva a la resina aglomerante más
rápidamente de lo que es posible con un simple mezclado neumático
de unas grandes secciones de resina en masa, solidificada, con
disolvente. Una vez añadido el disolvente, se requiere poco
mezclado adicional. La solución puede ser filtrada a través de
filtros desechables para separar las bolas utilizadas para la
molienda y cualesquiera otros objetos extraños.
Aunque las formulaciones que se han dado
especifican el uso de MEK para disolver la resina, se pueden usar
otros disolventes o diluyentes tales como la acetona, la
N-metil-pirrolidona (NMP), la metil
isobutil cetona (MiBK), el agua, diluyentes reactivos y otros. Se
pueden hacer cambios de diluyente para modificar las características
del rociado y aumentar la pegajosidad a la temperatura ambiente de
las resinas aglomerantes semisólidas de baja pegajosidad rociadas.
Se puede conseguir la retención de disolvente en el aglomerante
rociado mediante el uso de disolventes de más baja volatilidad (es
decir, de disolventes de más baja presión de vapor a la temperatura
ambiente) o de disolventes que tengan una más alta afinidad para con
el material de resina dado. El disolvente retenido en el
aglomerante aplicado plastifica la resina y aumenta típicamente las
características de pegajosidad a la temperatura ambiente de las
resinas de baja pegajosidad. El disolvente contenido en los
materiales de preforma aglomerados puede ser subsiguientemente
retirado, antes de la infusión de la resina, durante los
procedimientos de desecado en vacío con calor.
El contenido de polímero semisólido en las
soluciones de aglomerante estará típicamente comprendido en la
región del 70 - 90% en peso, y será generalmente del 80% en peso.
Las viscosidades del rociado varían entre 100 y 500 centipoise. Las
soluciones de aglomerante son considerablemente más espesas que
muchos materiales de rociado. Las más altas viscosidades y el alto
contenido de sólidos actúan en el sentido de hacer máximos los
rendimientos de la transferencia, conseguir la dispersión de las
gotitas en vez de una fina neblina, reducir al mínimo las emisiones
de disolvente, e impedir que la resina migre y moje la tela.
Mientras las soluciones efectúan el recorrido desde la pistola
hasta la superficie de la preforma, el disolvente (el plastificante)
se vaporiza súbitamente y la resina que queda se hace más viscosa,
dado que tiene menos plastificante. Las gruesas gotitas no pueden
penetrar por efecto de mecha apreciablemente en la tela cuando hacen
contacto con ella. Los rendimientos de la transferencia son del
orden del 50-60% en los procesos de rociado sin
aire, ayudados con aire, típicos. Estos rendimientos pueden ser
aumentados potencialmente hasta más del 90% con el uso de
tecnologías de rociado electrostático de líquido.
El contenido de aglomerante en la tela varía
típicamente entre el 1 y el 10% en peso, aunque es más típico que
varíe entre el 3 y el 7% en peso. Las telas de peso más ligero,
tales como la 5HS, necesitan en general contenidos más altos de
aglomerante que para las preformas más gruesas, tales como las
tricotadas por urdimbre multiaxiales, debido a que la pegajosidad
está más relacionada con el área superficial que con el volumen o
el peso de la preforma. Las preformas con un contenido de
aglomerante superior al 15% en peso pueden resultar mojadas y crear
problemas de permeabilidad durante la infusión de la resina.
Los materiales para la preforma se aglomeran
típicamente en hojas. Una vez que la mayor parte del disolvente se
haya vaporizado después de ser aplicado, se coloca entonces película
de polietileno realzada sobre la preforma aglomerada. Las hojas de
polietileno pueden cortarse manualmente con plantillas o con
cuchillas controladas numéricamente automatizadas sobre grandes
lechos de vacío, para producir las capas requeridas. El material
aglomerado puede ser arrollado manualmente en tubos de cartón de
gran diámetro, sellado con bolsas
Mil-B-131, y metido en un
congelador mantenido a una temperatura de aproximadamente -18ºC.
Antes de retirar el material aglomerado de las bolsas congeladoras
Mil-B-131 para su uso, se debe
calentar el material hasta las condiciones ambiente, para evitar
que el agua se condense sobre la preforma aglomerada.
Para economizar aglomerante, se pueden
aglomerar, si se desea, capas individuales de material en vez de
hojas de preforma. A veces se puede obtener mejor un ajuste preciso
para las capas en los moldes para asentar usando tela seca, sin
aglomerante. El aglomerante puede ser aplicado después moldeando
para ayudar a la adherencia al molde o a las capas que estén por
debajo. El uso de tela seca es de particular utilidad cuando no
hayan sido desarrollados patrones planos y se requiera un montaje a
base de ensayos y corrección de errores con estrechas
tolerancias.
Los materiales aglomerantes y los procesos
fueron desarrollados principalmente para aplicación de rociado
fuera de la línea, sobre el material de preforma. No obstante, los
materiales aglomerantes y el proceso de aplicación de rociado
pueden usarse durante el asentado de la preforma. Si se necesita
pegajosidad adicional en un área dada, el aglomerante que se
necesite puede ser aplicado localmente. El asiento de primeras capas
de preforma sobre utillaje perfilado, los empalmes de capas con
uniones a tope, los sensores embebidos, y la sujeción en posición
de detalles de refuerzo, son ejemplos en los que es útil en los que
es útil la aplicación de aglomerante en el molde en la línea. En
las estructuras trenzadas o arrolladas en seco, podría comunicarse
pegajosidad a la preforma periódicamente sobre los mandriles, a
medida que se fuese acumulando el material fibroso. Haciéndolo así
se eliminaría la necesidad de aplicar aglomerante a material de
estopa continua individual, y permitiría que el material de estopa
fuese usado sin almacenamiento en congelador, sin limitaciones de
vida en almacén, y sin que se formasen depósitos de goma en el
equipo de entrega. Las roturas de la estopa en los carretes de
impregnación de estopa pueden ser corrientes cuando haya una
excesiva pegajosidad entre las envolturas sobre el carrete. También
podría esperarse un cierto número de roturas, en menor cantidad, con
estopa aglomerada sobre carretes. Por consiguiente, aplicando
aglomerantes a material de estopa sobre el mandril en vez de a la
estopa empaquetada en el carrete, se pueden evitar roturas de
fibras, a la vez que se proporciona estabilidad a la preforma. Los
espacios de separación vacíos de estopa que se producen con
impregnaciones de estopa pueden ser eliminados cuando las preformas
trenzadas o arrolladas en seco o aglomeradas son infundidas usando
el proceso del presente invento. También se evitan las dificultades
que lleva asociadas el arrollamiento en húmedo y el trenzado en
húmedo.
Para rociado con robot del aglomerante sobre la
preforma (Figura 5), se carga la solución de aglomerante en un
crisol a presión 501 con un forro de polietileno desechable. Se
instala la tapa 502 y se fija a presión. Se conecta una tubería
flexible de entrega de fluido 503 al tubo de captación 504 dentro
del crisol a presión. Se inyecta a través de la línea 505
nitrógeno, o aire seco, a una presión regulada, para poner a presión
el crisol y obligar a la resina a entrar en el tubo de captación y
en la línea. El crisol a presión tiene válvulas de alivio de la
presión para evitar sobrepresiones y para sangrar la presión del
crisol para quitar o añadir resina. Próximo a la pistola 506 se
instala un regulador para controlar la presión del fluido que esté
siendo entregado. Mediante el control de la presión del fluido en
la pistola se controla el caudal volumétrico a través de la
boquilla de rociado de la pistola. La instalación del regulador
próximo a la pistola elimina cualquier influencia de caída de
presión debida a la longitud de la tubería flexible, al diámetro de
la tubería flexible, o a la altura del brazo del robot. Para
controlar los caudales se necesita controlar también la boquilla.
Ligeras variaciones en la fabricación del orificio de la boquilla
pueden dar por resultado diferentes caudales de líquido. Las
boquillas de un tipo dado son examinadas y clasificadas por su
uniformidad, y se usan exclusivamente para rociar la resina
empleada como producto para comunicar pegajosidad. El control de la
boquilla y la regulación de la presión del fluido en la pistola se
combinan para obtener caudales volumétricos regulares y repetibles
a través de la boquilla. También se regula y se controla la presión
de pulverización con la ayuda de aire a través de la línea 507,
para obtener una dispersión regular del rociado desde la
boquilla.
El robot 508 lleva la pistola y está programado
para recorrer a través de la preforma con una separación constante
de la preforma 509 y con una velocidad controlada. El rociado desde
la boquilla tiene típicamente un patrón en abanico plano. La mayor
parte del material rociado se deposita en el centro del ventilador,
disminuyendo gradualmente las cantidades que se entregan hacia los
bordes del abanico. Para compensar esa distribución no uniforme del
abanico de rociado, se programa el robot para que solape en pasadas
adyacentes, para hacer uniforme la distribución. La graduación
típica del paso es de ¼ de la anchura del ventilador.
El acoplamiento de todos los controles juntos da
por resultado un depósito regular y uniforme de aglomerante sobre
la preforma. Las pruebas de control de calidad se efectúan al
principio del proceso para asegurar que el aglomerante es entregado
como se desea. Variables de ruido pueden influir en los contenidos
de aglomerante que se obtengan. Para compensar los ruidos, se puede
ajustar la velocidad del robot. El robot puede producir hojas de
preformas aglomeradas de hasta 1,5 metros de anchura y de 6 metros
de longitud, usando una cabina de rociado, un alcance del brazo del
robot, y un movimiento transversal del robot, apropiados.
Se pueden aglomerar económicamente grandes
volúmenes de materiales de preforma en anchos grandes, enrollados o
en carretes. Con un sistema en el que se disponga de rodillos de
alimentación y de rodillos de toma, de una zona de rociado, y de
una zona de vaporización súbita del disolvente se pueden producir,
con buen rendimiento, materiales aglomerados a bajo coste, con
forros con respaldo de poli o de papel, o posiblemente sin
forros.
Para estructuras de composite curadas
simultáneamente, es necesario aumentar los valores de la resistencia
a la tracción y a la cizalladura entre los elementos de refuerzo y
el revestimiento que esté debajo. Con altas resistencias, no se
requieren usualmente elementos de sujeción de malla de alambre.
Eliminando la instalación de elementos de sujeción se obtienen como
resultado significativas reducciones del coste. La colocación de
adhesivos de alta resistencia al despegue entre el revestimiento y
los elementos de refuerzo hace máximos los valores de la
resistencia de la unión del revestimiento con el refuerzo. No
obstante, se pueden desarrollar probablemente resinas aglomerantes
de alta resistencia al despegue para aplicación localizada en esas
zonas críticas. Los aglomerantes emularían el efecto de la película
adhesiva, pero proporcionan la necesaria permeabilidad para el
flujo de la infusión de
resina.
resina.
Según la mayoría de las tecnologías de uso de
aglomerante, se emplean actualmente resinas en polvo que carecen de
pegajosidad a la temperatura ambiente. Aunque se hacen pegajosas
cuando se calientan, las vidas en el crisol de estos aglomerantes
son generalmente cortas a elevadas temperaturas de la infusión. Los
aglomerantes pueden avanzar tanto en su curado que no puedan ser
ligados químicamente con, o disolverse en, la resina de la infusión,
de modo que el mecanismo de ligadura primario tiende a ser mecánico
en vez de químico. Los aglomerantes en polvo no tienden de por sí a
una distribución uniforme sobre la preforma. La adherencia del polvo
a la preforma puede ser relativamente débil, dando por resultado
pérdidas de material y residuos de polvos de materias extrañas en
el área del asentado. Además, es difícil controlar la cantidad de
polvo que se deposita. El depósito electrostático de polvo aplica
un exceso de polvo que debe ser sacudido de la preforma antes del su
uso. Los depósitos de polvo tienden hacia un nivel de contenido de
aglomerante natural que es difícil de alterar para llevarlo a
niveles más deseados. En muchos casos, las características de bajo
flujo de estos sistemas en polvo pueden impedir la consolidación
requerida para conseguir contenidos de fibra de "grado
aerospacial". Su baja pegajosidad a la temperatura ambiente, su
baja adherencia a la preforma, su potencial de FOD (residuos de
materias extrañas), su deficiente ligadura química, su inadecuado
control del contenido de aglomerante, su difícil automatización,
sus restricciones de consolidación de la preforma, y otras
condiciones, hacen que los aglomerantes en polvo sean de uso mucho
menos deseable. Nosotros preferimos soluciones de aglomerante y
técnicas de rociado de aglomerante líquido.
En el proceso de asentado a mano, una preforma
acabada consiste típicamente en múltiples capas de materiales
fibrosos cortadas, apiladas con las orientaciones deseadas, y
sometidas a una operación para reducir su voluminosidad. Se pueden
fabricar subconjuntos de preforma fuera de la línea para su
posterior instalación en la preforma final. Las preformas pueden
montarse con materiales de fibra seca, o con materiales aglomerados
para mejor integridad y consolidación. Las preformas acabadas
pueden hacerse de materiales de fibra seca, materiales de fibra
aglomerada, o bien de una combinación de material seco y material
aglomerado, dependiendo de los requisitos que se impongan a las
piezas. Las preformas pueden también incorporar gran diversidad de
otros materiales, incluidas espumas, "panal de abeja",
prepregs, adhesivos en película, metales, cerámicas, sensores, y
otros materiales especiales.
Hablando en términos generales, se ha de poner
más cuidado cuando se manejen preformas secas o aglomeradas, en
relación con los materiales de prepregs tradicionales. Por otra
parte, las preformas secas aglomeradas requieren típicamente menos
pasos, para reducir la voluminosidad en vacío. que las prepregs.
Para configuraciones geométricas sencillas, toda la pila de capas
de material de preforma alzadas puede ser sometida a reducción de
su voluminosidad en vacío, de una vez, a la temperatura ambiente. A
medida que vaya aumentando la complejidad, el perfilado, las
características y el grado de determinación a la medida del grosor
de las piezas, se requieren pasos adicionales para la reducción de
la voluminosidad en vacío durante el alzado de las preformas.
En los materiales aglomerados se efectúa la
reducción de su voluminosidad en vacío, a la temperatura ambiente,
para producir preformas con aglomerante blandas. Típicamente, las
preformas con aglomerante blandas deben permanecer en el útil de
conformación para que conserven la forma, pero a veces pueden ser
recortadas con precisión para operaciones de moldeo netas. Las
"preformas con aglomerante blandas" consolidadas tienden a
experimentar una cierta recuperación elástica y tienden a expandir
su grosor ligeramente cuando se retiran de una bolsa de vacío. La
cantidad de "recuperación elástica" después de la consolidación
depende de la pegajosidad del aglomerante, del contenido de
aglomerante, y de otros factores.
Los materiales aglomerados pueden ser también
sometidos a reducción de su voluminosidad en vacío a altas
temperaturas para producir "preformas semirrígidas". La
rigidez generada durante el proceso de reducción de la voluminosidad
con calor da por resultado el avance del grado de curado del
aglomerante y/o la eliminación de disolvente. Al tener más rigidez
y más estabilidad, estas preformas semirrígidas permiten un
recortado de precisión simplificado. Se pueden retirar detalles del
utillaje de soporte si se manejan cuidadosamente. Se necesitan menos
útiles para reducir la voluminosidad para producir preformas
semirrígidas dimensionalmente estables que puedan ser almacenadas
temporalmente. Las preformas semirrígidas permanecen permeables y se
puede infundir en ellas resina de un modo efectivo.
La preforma alzada final deberá ser sometida a
reducción de su voluminosidad, en la mayoría de casos, antes de las
operaciones de embolsado y conducción requeridas para la infusión de
resina. Esta reducción final de la voluminosidad de la preforma
permite que las capas se aplanen y crezcan en su plano sin
interferencia con los sellos de los bordes, y proporciona un mejor
punto de partida para el asentado de los componentes de la bolsa
interior.
Nuestro proceso preferido de "doble bolsa"
da por resultado una superior integridad del vacío. El sello de la
bolsa interior queda cubierto por la bolsa exterior. La bolsa
interior no puede despegarse del sello de la bolsa interior tan
fácilmente, debido a que queda bloqueado en su posición por la bolsa
exterior. Además, la bolsa interior está completamente aislada y
encerrada para protegerla contra daños. Si se desarrolla una
pequeña fuga en la bolsa interior, el sistema continuará actuando,
dado que el vacío que hay dentro de la bolsa exterior impedirá que
entre aire en la bolsa interior.
Para conseguir una todavía mayor integridad del
vacío, ambos sellos, el de la bolsa interior y el de la bolsa
exterior, están en general encintados, sujetos con cintas sensibles
a la presión, para evitar que se desprendan de la bolsa. Se usa a
veces el proceso de desecado en vacío con calor para curar
parcialmente los sellos de látex fuera de la línea con anterioridad
a la infusión del líquido. El precurado endurece el sello. Si se
detecta una fuga antes de proceder a la infusión, la misma puede ser
fácilmente reparada sin que resulte afectada la pieza. Se puede
producir un fallo de un sello inesperadamente durante el
calentamiento inicial cuando se reblandezca el látex por el calor y
antes de que haya transcurrido el tiempo suficiente para que cure
significativamente. Usando un proceso de desecado en vacío con
calor antes de infundir la resina, los sellos de látex pegajosos
son probados y ligados por curado a las bolsas, de modo que no es
probable que se produzca fallo del sello durante la infusión del
líquido. El curado de los sellos de elastómero hace también que
éstos sean menos susceptibles de ser atacados por la resina y de la
posible contaminación de la resina y de la preforma. Además de
mejorar la integridad del sello, el proceso de desecado en vacío
con calor sirve para eliminar cualesquiera volátiles que haya en la
preforma, asienta las bolsas, y mejora la consolidación con
anterioridad al paso de infusión.
Unas conducciones simplificadas para suministrar
la resina y el vacío reducen las fugas de vacío. Un enfoque
preferible para establecer las conducciones consiste en entregar la
resina y el vacío a la pieza por tubos que pasen a través de los
sellos de látex de la bolsa. Con una entrega por un tubo a través
del sello, no se requieren racores especiales ni perforaciones de
los útiles que pudieran limitar el uso del útil para otras
aplicaciones. Se pueden usar diversidad de tubos. Los tubos, sin
embargo, deben ser químicamente inertes, capaces de soportar el
procesado térmico, no aplastarse por la acción del vacío, y
proporcionar un sellado efectivo con el sellante de látex al que
atraviesen. Los tubos deberán ser además lo suficientemente
flexibles como para poder ser fijados externamente, repetidamente,
sin agrietarse. Deberán tener una memoria repetible suficiente para
recuperar una posición abierta después de haber sido retiradas las
mordazas externas, de modo que no se requieran válvulas en la línea
ni racores adicionales. Los tubos deberán ser claros (ópticamente
transparentes), o al menos traslúcidos para que permitan la
observación directa del flujo de resina. Los tubos de polietileno,
de polipropileno, de nilón y de TEFLON cumplen la mayor parte de los
requisitos, pero hemos comprobado que los tubos de TEFLON son los
óptimos para la manipulación de resinas a más alta temperatura, que
curen a 177ºC ó a mayor temperatura. Los tubos de TEFLON incluyen
los tipos de fluoropolímeros ETCFE, PTFE, FEP y PREFORMAA. En
nuestro proceso mejorado, un ataque químico económico de los tubos
de TEFLON hace máxima la adherencia de los sellos de látex a los
tubos. También aplanamos elípticamente los tubos en los lugares de
los sellos, usando un proceso térmico de elevada temperatura y un
útil de fijación con mordaza calibrada para reducir al mínimo las
posibles fugas que resulten como consecuencia de que las presiones
en la línea del tubo corten a través de los blandos sellos de
látex.
\newpage
Los esfuerzos externos ejercidos sobre la resina
y sobre los dispositivos para conducción del vacío pueden también
originar fugas. Esos esfuerzos pueden ser introducidos durante las
operaciones de manipulación, de fijación con mordazas, o de paso
por válvulas. Por nuestro proceso preferido se hace uso de
dispositivos para alivio de las deformaciones aplicados a los tubos
por donde salen éstos del sello de la bolsa exterior, para proteger
las interfaces críticas de sello con tubo contra esfuerzos
excesivos. Ni siquiera una descuidada manipulación de los tubos
degradará la integridad del sello.
Algunos líquidos (es decir, resinas) infundidos
en las preformas, son lo suficientemente reactivos como para atacar
agresivamente a la bolsa interior cuando entran en contacto directo
con los materiales de embolsar. Para evitar tal ataque y la
consiguiente pérdida de vacío, ponemos una película de barrera
inerte, tal como la FEP A4000 o la WL5200 (de la firma Airtech
International) entre el medio de flujo u la bolsa interior. La
contención de la resina en la preforma mediante sellos de látex
simplifica también el asentado de la película de barrera e impide
el ataque a la bolsa interior por el perímetro de la bolsa interior,
por donde no está protegida con la película de barrera.
La alta integridad del vacío que se puede
conseguir con nuestro proceso ayuda a que se obtengan regularmente
composites de bajo contenido de espacios vacíos, mínima porosidad
superficial, excelente control del grosor, y alto volumen de
fibra.
Para hacer un simple panel plano, la preforma de
la bolsa de vacío en la que se ha reducido la voluminosidad se
embolsa y se dota de conducciones óptimamente como se ha ilustrado
en las Figuras 1 y 2. Se aplica sellante de bolsa 2 y 3 para las
bolsas interior y exterior sobre el útil 1 en las áreas enmascaradas
con respecto al agentes de desprendimiento para separar idealmente
las bolsas a aproximadamente 7,62 cm. Análogamente, las
separaciones del sello de la bolsa interior y la pared del
contención del borde o preforma deberá ser también de
aproximadamente 7,62 cm. Esta separación protege a la bolsa interior
62 (Figura 2) contra posible ataque a la bolsa con sistemas de
resina químicamente agresiva cuando se usen conjuntamente con un
forro 61 de película de barrera inerte. Hay disponibles en el
comercio muchas opciones de sellante de bolsa de látex, tales como
el Scheene Morehead 5127. El respaldo de papel sobre la parte
superior del sellante se deja en posición como una protección
contra la contaminación, hasta que se instalen las bolsas o los
tubos. Se ha de poner cuidado al instalar el sellante para evitar
que quede aprisionado aire entre el sellante y el útil. El sellante
se enrolla con el papel de respaldo superior en posición, para
mejorar el asiento del sello, al tiempo que se evita la
contaminación del sello. Los sellantes deben ser usados dentro de la
vida en almacén que tengan asignada, y han de ser mantenidos
protegidos contra la humedad o la exposición al disolvente con
anterioridad a su uso. Los sellantes viejos pueden tener una
pegajosidad insuficiente y pueden formar espuma durante el curado
de la pieza, debido a la humedad o a los disolventes que hayan
absorbido. Ambos fenómenos reducen la integridad crítica del sello
requerida.
Sobre la preforma en la cual se ha reducido la
voluminosidad se tiende un material 59 de capa para despegue
porosa, finamente tejida en telar. El material de capa para despegue
puede ser poliéster, nilón, vidrio recubierto de un agentes de
desprendimiento adecuado, tal como el FREKOTE, o bien la fibra de
vidrio impregnada con TEFLON. Típicamente, se usa la fibra de
vidrio impregnada con TEFLOS, tal como la CHR3, debido a sus
superiores características de desprendimiento y a un fino acabado
de su superficie. Los materiales de capa para despegue tienen en
general menos de 127 \mum de grueso y, más típicamente, tienen de
50 a 76 \mum. La capa para despegue se termina en general
aproximadamente a 6,35 mm de los dos lados de la preforma que
discurren paralelos a la dirección del flujo, aunque son posibles
otras distancias de separación. La capa para despegue en los
extremos de suministro de resina y de toma de vacío pueden estar
enrasados con los extremos de la preforma, o bien pueden extenderse
ligeramente más allá del extremo, en cuyo caso son recogidos por
encima o por debajo de los resortes arrollados en espiral 5 y 6
(Figura 1).
Después se tiende el medio de flujo 60 sobre la
capa para despegue 59 (Figura 2). El medio de flujo debe ser de un
material de bajo perfil que tenga una alta permeabilidad uniforme
con relación a la preforma, tal como de fibra de vidrio tejida en
telar abierta, material de malla de tamiz, mallas de tamiz metálicas
tejidas en telar, esteras de fibra de vidrio cortada. El medio
deberá tener caída para perfilar, tener potencial de contaminación
para con la resina de la infusión, proporcionar una adecuada rigidez
para evitar que la bolsa deje marcas en la pieza, y superar el
ciclo de curado requerido. Los materiales de fibra de vidrio de
tejido en telar abierto, impregnada con TEFLON, tal como el
Taconics 7195 ó el CHEMGLAS 1589 de la firma Chemfab, se comportan
particularmente bien como materiales de medio de flujo. Los
materiales de fibra de vidrio impregnada con TEFLON tienen
aproximadamente 500 \mum de grueso, tienen una estructura de
tejido en telar uniforme, son químicamente inertes, y son
resistentes a temperaturas de hasta 315ºC. Su naturaleza algo
acartonada (rígida) permite perfilar y doblar, pero sirve también
para evitar que la bolsa deje marcas. Su permeabilidad ayuda a
controlar el frente de onda de la resina de la infusión, e impide la
formación de espacios vacíos aprisionados durante la infusión, pero
puede crear problemas para infusiones con resinas que sean de muy
altas viscosidades o de tiempos de trabajo limitados, antes de
espesarse. Para aumentar la permeabilidad del medio, sin dejar de
conservar las características de alimentación uniforme y de
reducción de las marcas dejadas, se pueden poner sobre la fibra de
vidrio impregnada con TEFLON materiales de más alta permeabilidad.
Una opción es la de usar Taconics 8308, más grueso, o simplemente
más Taconics 7195 sobre el Taconics 7195, para crear una
combinación de medio de flujo más permeable que acelerará
espectacularmente los regímenes de infusión y permitirá el
procesado de sistemas de resina más viscosos.
El medio de flujo se coloca típicamente,
directamente sobre la capa para despegue y se recoge en los extremos
bajo los resortes arrollados en espiral 5 y 6. Al recogerlo, se
permite un buen acoplamiento de la alimentación de resina desde el
resorte al medio de flujo, y también se permite que el resorte sea
fácilmente retirado de la pieza después del curado, sin originar
separación de capas en los bordes. El medio de flujo puede
terminarse sobre la preforma antes del resorte de toma de vacío
para enderezar el frente de onda y para corregir las pequeñas
canalizaciones de la resina. La velocidad del frente de onda de la
resina se reduce cuando éste encuentra a la caída para medio de
flujo, debido a la más alta resistencia. Esta reducción de la
velocidad en las áreas canalizadas permite que las partes que se
retrasen del frente de onda todavía en el medio de flujo alcancen a
emparejarse en las zonas canalizadas, de modo que el frente de onda
proceda uniformemente a través del medio de flujo y se aproxime al
resorte arrollado en espiral al mismo tiempo.
Los resortes de acero arrollados en espiral (901
y 902, Figura 9), usados para alimentación a y toma de los extremos
de la preforma, se sitúan típicamente sobre los bordes largos de la
preforma para reducir al mínimo la longitud del flujo de resina a
través de la preforma. Los resortes se colocan usualmente
inmediatamente adyacentes al borde de la preforma, pero pueden
colocarse también encima de la preforma en los extremos, si se
quieren prever para la parte final más recortes de desechos. Los
resortes tienen sustancialmente la misma longitud que la del borde
de la preforma. Puesto que a veces se usan lubricantes para ayudar a
arrollar los resortes y evitar la corrosión, éstos deben ser
limpiados con disolvente, como el MEK, en un tanque de enjuagar.,
desengrasados con vapor, o bien limpiados con un producto alcalino,
para evitar posible contaminación. Los resortes pueden ser
recocidos, o bien hacerlos de metales blandos, tales como de
aluminio o de cobre.
Puesto que la toma de resina no deberá exceder
del suministro de resina, se usan típicamente resortes más grandes,
arrollados de un modo más suelto en el extremo de alimentación de la
preforma que en el extremo de vacío. Algunas especificaciones de
resortes típicas para los extremos de alimentación y de vacío de la
preforma son:
- Alimentación
- 9,5 de diámetro exterior, de Alambre de Acero para Resortes de 0,8 mm de Diámetro, 4 Espiras/cm, Tratado por Calor
- Vacío
- 6,4 mm de diámetro exterior, de Alambre de Acero para Resortes de 0,8 mm de Diámetro, 6 Espiras/cm, Tratado por Calor
Se ha comprobado que los resortes de acero
soportan los requisitos de temperatura de curado y no se aplastan
bajo la presión de la bolsa de vacío. La configuración en espiral de
los dispositivos de entrega y de toma de resina producen un borde
de la preforma suavemente perfilado. En vez de los resortes se puede
usar tubo perforado, tubo cortado en espiral, cintas metálicas
arrolladas en espiral, o pequeñas cadenas. Debido a posibles
reacciones desbordadas con resina termoendurecedora catalizada en
masa, los diámetros admisibles de los resortes pueden ser limitados
de modo que no sean superiores a aproximadamente 13 mm de diámetro
exterior.
Después de que hayan sido instalados los
resortes de alimentación y de toma de vacío, se sella
preferiblemente la preforma 51 (Figura 2) a lo largo del borde con
un sellante de látex 52. El látex deberá ser deformable bajo la
presión de la bolsa, pero tener todavía relativamente poca fluencia
para evitar una migración apreciable al interior de la preforma y a
los resortes. El sellante típicamente usado es el AirDam 1B, de la
firma Airtech International. Este sellante tiene 9,5 mm de ancho y
aproximadamente 4,8 mm de grosor. Para la reducción del flujo se
incorpora en el sellante fibra de vidrio molida fina. En algunos
casos, usamos el sellante de más alta fluencia AirDam I. La cinta
de sellante se apila en capas en tiras largas que tienen
aproximadamente el grosor de la preforma. Un excesivo grosor del
sellante puede hacer que la bolsa interior puentee a la preforma
alrededor de su periferia. Un grosor insuficiente del sellante
puede, en casos extremos, originar adelgazamiento de los bordes en
la preforma consecuencia de esfuerzos localizados en la bolsa.
Una vez apilado en tiras con el grosor o altura
correctos, se envuelven los dos lados y la parte superior del
sellante en una película de agentes de desprendimiento, ligera y
extensible, tal como de A4000 ó de Wrighton 5200. El fondo expuesto
permite que el sellante asiente y selle contra el útil 50 (Figura
2). Con solamente tres lados del sellante con la película de
agentes de desprendimiento, el mismo tiene capacidad para expandirse
hacia fuera para formar un sellado hermético con los lados
irregulares de la preforma. El íntimo contacto del sello cubierto
con la película de agentes de desprendimiento con los lados de la
preforma impide la canalización de la resina durante la infusión.
La película de agentes de desprendimiento limita un excesivo flujo
de sellante, impide la contaminación de la resina de la infusión y
de la preforma con sellante, y protege la interfaz de útil con
sellante de borde contra posible ataque por la resina.
En torno a la periferia de la preforma, se
tiende apretadamente una tira continua de sellante cubierto por una
película de agentes de desprendimiento, para contener el fluido de
la infusión hasta que haya solidificado durante el curado. Es
esencial contener la resina para evitar sangrado de la resina y
pérdida de la presión hidrostática sobre la pieza, especialmente
durante el tiempo entre que se fijan y se cortan los tubos de vacío
y de suministro y se gelifica o solidifica la resina finalmente.
A veces la bolsa interior 62 del forro 61 de
película de barrera ajusta en torno al conjunto de preforma para
evitar la canalización u proporciona la necesaria contención del
fluido sin los sellos de borde. Nosotros preferimos usar sellos de
borde de látex, en particular para preformas gruesas que tengan
grandes discontinuidades de la bolsa en los bordes, cuando la
viscosidad de la resina infundida cae significativamente durante el
curado, o bien para contener el fluido en infusiones inclinadas o
verticales.
Según nuestro proceso, se usan carenas de tubos
conformados (CTFs) elásticas, de sección transversal constante, con
preformas hechas rígidas anchas o grandes. El bajo perfil de las
CTFs adelgazadas hace mínimos los problemas de embolsado y las
potenciales marcas dejadas, especialmente cuando se colocan sobre un
medio de flujo semiacartonado. Las CTFs pueden ser moldeadas,
coladas en plancha, y cortadas con chorro de agua, para crear los
deseados biseles, o bien pueden ser extruidas con su forma en
simples moldes o troqueles. Puesto que estas CTFs están hechas de
materiales elásticos, se pueden fabricar CTFs planas, para fines
generales, que se adapten a la mayor parte de superficies de
revestimiento perfiladas. En la Figura 3 se ha representado una CTF
típica preferida.
Para aumentar las CTFs en la producción de
conjuntos anchos, a medida que va avanzando la infusión, convertimos
las líneas de vacío en líneas de alimentación, sin introducir aire
en la bolsa y sin dejar marcas. Se puede usar un tubo de vacío
montado sobre un refuerzo, para infundir ese refuerzo, y convertirlo
después en una línea de alimentación para la siguiente sección o
bahía de infusión (Figura 4).Para esta conversión entre
alimentación y vacío se hace uso de un racor en T o en Y. Una rama
de la conexión en T se conecta a un suministro de resina, pero
puede ser fijada con mordaza o cerrada con una válvula, mientras que
la otra rama se deja abierta y conectada al depósito de desconexión
de vacío. Una vez que la resina empiece a llenar la línea de vacío
y deje libre el racor en T sin burbujas, se cierra el tubo que sale
de la bolsa y se abre la rama que va al suministro de resina. El
tubo de suministro se llena de resina y purga el aire de todos los
tubos. Una vez llenos los tubos, se cierra la línea de vacío que va
al depósito de desconexión, y se abre el tubo que sale de la bolsa,
permitiendo que un nuevo suministro de resina alimente a la
preforma.
Se cortan los tubos 8 a las longitudes
requeridas para conectar los resortes de alimentación y de toma de
vacío a la fuente 14 de recipiente de resina y al depósito de
desconexión de vacío 9 (Figura 1), respectivamente. Se pueden usar
tubos de TEFLON hechos de FEP, ETCFE, PTFE o PREFORMAA para resinas
que curen a temperaturas comprendidas entre 120ºC y 315ºC. Hay
disponibles tubos de más bajo coste para exposiciones a más bajas
temperaturas.
Se sumerge un extremo de cada tubo 8 en un
producto de ataque químico (tal como el Tetraetch de la firma Gore
Industries) para desprender el flúor del TEFLON para crear una
superficie químicamente activa que se adhiera agresivamente al
sellante. Después de la inmersión en el producto de ataque químico,
se enjuagan los tubos con agua y se secan. Los tubos atacados
químicamente permanecen químicamente activos durante largos períodos
de tiempo, y pueden ser almacenados indefinidamente si se guardan
secos en bolsas selladas, apartados de la exposición a la luz
ultravioleta. Los diámetros interior y exterior de los tubos para
las líneas tanto de alimentación como de vacío son típicamente de
6,4 mm y de 9,5 mm, respectivamente, pero son posibles otras
combinaciones de diámetros. Los tubos de alimentación de diámetros
interiores más pequeños pueden limitar la alimentación de resina a
la preforma. Los tubos de diámetros interiores mayores son más
caros, y pueden dar por resultado condiciones exotérmicas
incontroladas, debido a una excesiva masa de resina. Se puede
reducir el grosor de la pared de los tubos, pero ello va en
perjuicio de la memoria de los tubos para las válvulas externas.
Los tubos de paredes delgadas se aplastan a elevadas
temperaturas.
temperaturas.
Una vez que los tubos hayan sido atacados
químicamente, se determinan las distancias desde el extremo de los
resortes a las posiciones de sellante de bolsa. Se aplanan los tubos
elípticamente en bandas de 2,5 ó de 5 cm de anchura, donde éstos
tengan interfaz con el sellante. El aplanamiento de los tubos en
esas áreas aumenta el área de soporte del sellante y se traduce en
una menor acción de corte a través del sellante cuando se embolsa
la preforma y se reblandece el sellante. A través del proceso se
produce calentamiento durante el secado en vacío, las infusiones y
el curado. Los tubos son calentados a una temperatura de
aproximadamente 315ºC, o más alta, con una pistola térmica normal,
y luego se comprimen en un tornillo de mordaza. El tornillo de
mordaza tiene un tope establecido para un grosor deseado, para
impedir el aplastamiento del tubo y para aplanar los tubos
repetidamente al mismo grosor. Los tubos pueden ser enfriados
rápidamente en agua después del aplanamiento y secados o enfriados
al aire a la temperatura ambiente.
Los extremos atacados químicamente de los tubos
son preferiblemente unidos a los resortes 5 y 6 con vueltas de
cinta adhesiva sensible a la presión, tal como de FLASHBREAKER,
KAPTON, u otra cinta resistente a las altas temperaturas. En el
extremo de vacío se inserta cada resorte en una corta distancia
dentro de los tubos con los que se une, a los que se han dado los
diámetros de coincidencia. Los extremos cortados del resorte de
alimentación son doblados hacia el centro del resorte para evitar la
posible perforación de la bolsa. Cuando se montan los tubos y los
resortes, se desgarra el papel de respaldo sobre los sellos de la
bolsa en las posiciones de los tubos y se desprende el respaldo
para exponer el sellante. Los tubos y los resortes son asentados
directamente sobre el sellante de la bolsa.
Se instalan dispositivos 25 de alivio de las
deformaciones de los tubos. Estos canales 25 de forma de U (Figura
6) tienen una profundidad de canal menor que el diámetro exterior
del tubo asociado, para crear un ajuste de ligero apriete. La
fricción del tubo y las grandes secciones transversales de los tubos
fuera de los canales, impiden el movimiento en las posiciones
críticas de los sellos de bolsa.
Usualmente situamos sobre el conjunto una
película 64 exterior extensible, ligera, químicamente resistente,
tal como la A4000 de la firma Airtech International o la 5200 FEP
TEFLON de la firma Wrighton, para proporcionar protección adicional
para la bolsa interior 62 contra el ataque de la resina,
perforaciones de la bolsa, o fugas de resina más allá del sello del
borde, para infusiones que tengan lugar a temperaturas inferiores a
aproximadamente 175ºC. Tal película cubre el asentado entero de la
preforma y el sello de borde, y discurre próxima al sello de la
bolsa interior. Para curados a temperaturas más bajas, se pueden
usar películas de polietileno o de polipropileno.
Si la resina es muy agresiva, puede moverse
hasta más allá del borde de la película protectora y atacar a la
bolsa, a menos que se instalen tiras adicionales o marcos de
película en el borde interior del sello 56 de la bolsa interior.
Estas tiras de película solapan típicamente a la película de barrera
inerte de base 61 en una distancia de 25 - 76 mm, para limitar y
estrechar el camino por el que fluye la resina para llegar a la
bolsa interior 62.
La bolsa interior 62 es en general una película
desechable o consumible de elastómero. Para largas series de
producción, sin embargo, especialmente de estructuras complejas,
pueden preferirse bolsas de elastómero adaptables, premoldeadas,
reutilizables, hechas de siliconas, fluorosiliconas, Fluorel, caucho
de nitrilo, u otros materiales elastómeros. La bolsa 62 deberá ser
flexible y tener una gran capacidad de alargamiento con
relativamente bajo módulo, para simplificar el embolsado de piezas
complejas que puedan ser formadas con vacío alrededor de la
preforma, incluso donde formen puente. El puenteo de la bolsa se
puede producir sobre la preforma en las discontinuidades. Un bajo
módulo reduce los esfuerzos localizados de la bolsa en la preforma,
que de lo contrario pueden originar adelgazamiento, distorsión, o
daños en la preforma. Configurando la bolsa para que se adapte al
contorno de la preforma se reducen al mínimo las zonas ricas en
resina en las piezas acabadas, la canalización de la resina, y el
estrechamiento de los bordes a causa de los esfuerzos inducidos en
la bolsa. Aunque la película sea rígida a la temperatura ambiente,
puede hacerse lo suficientemente flexible cuando se caliente para
secado por vacío, infusión o curado. Las bolsas de nilón normales
para el procesado de material prepreg a 175ºC valen, pero no son
las óptimas debido a su relativamente bajo alargamiento final (200
- 300%) y alta rigidez. Las películas para embolsar de poliéster
STRETCHLON 700 y de nilón STRETCHLON 800 de la firma Airtech
International son superiores, debido a que pueden estirarse hasta
más del 500% y son más flexibles que las películas de nilón
normales. Una película de poliuretano VACPAC de la firma Richmond
Products es eficaz para núcleos a baja temperatura, inferior a 38ºC,
debido a que tiene un módulo extremadamente bajo a la temperatura
ambiente y un alargamiento final que se aproxima al 1000%. Para
curados de hasta 315ºC se pueden usar en cambio películas de
embolsar a base de FEP especiales, tales como la VB3 de la firma
Chemfab, en vez de las películas con base de poliimida, tales como
las de KAPTON o de THERMALIMIDE. Este material para embolsar FEP,
al ser atacado químicamente por una cara, tiene un alargamiento de
más del 500%.
Para embolsar formas complejas, estiramos
películas desechables sobre útiles maestros a elevadas temperaturas.
Estas bolsas estiradas son de fácil uso y superiores a las bolsas
de caucho moldeadas reutilizables para producir equipos físicos
complejos.
Las bolsas de caucho moldeadas reutilizables se
producen en general a partir de hojas de látex que son empalmadas,
cosidas juntas sobre un útil maestro, y calentadas para que curen.
El útil maestro puede tener patrones embebidos o empotrados en el
mismo para crear canales o características de flujo directamente en
la bolsa, de la misma manera que lo ha sugerido Seemann.
Típicamente, estas bolsas de caucho son tratadas para permitir que
la resina se desprenda después de curar, para reducir el ataque a
la bolsa y para mejorar la adherencia del sellante en áreas
seleccionadas, especialmente alrededor del borde. Se pueden
incorporar en las bolsas materiales de composite en un intento de
controlar su contracción después del curado.
Las bolsas moldeadas de caucho son
significativamente más varas que las películas de embolsar
desechables, pero las bolsas tienden a degradarse más rápidamente
de lo que sería de esperar. Frecuentemente, se unen forros de
desprendimiento al caucho moldeado, pero éstos pueden despegarse y
crear arrugas en "tela de araña" en la superficie de moldeo de
la bolsa. Pueden producirse fallos de las costuras o desgarramiento
de la bolsa.
La fabricación del molde maestro puede resultar
difícil. Debe ser dimensionado para acomodar la alta contracción de
la bolsa que se producirá después del curado. No obstante, las
bolsas siguen contrayéndose a lo largo de los repetidos ciclos de
curado, lo que dará por resultado acoplamientos cada vez más
deficientes con la preforma. El problema del montaje se complica,
debido a que las bolsas de caucho tienen una rigidez, y aplican una
carga, mucho más alta sobre la preforma relativamente inestable,
que las bolsas de película desechables. El acoplamiento forzado de
las bolsas puede realmente dar por resultado movimientos o daños de
la preforma. Para prestarles los cuidados adecuados, las bolsas
solamente pueden soportar aproximadamente 100 ciclos de curado a una
temperatura de 175ºC, pero frecuentemente fallan con menos de 10
ciclos.
La bolsa interior 62 se corta a sobremedida con
relación al área contenida dentro del sello 56 de la bolsa
interior. Se retira el papel protector de la parte superior del
sellante de la bolsa interior. Se asienta la bolsa interior sobre
el sellante. Se recorta el exceso de material por fuera de la
periferia del sello y se usa luego una cinta sensible a la presión
58 (Figura 2), tal como la FLASHBREAKER I de la firma Airtech
International para encintar la película de bolsa al útil 50, para
aumentar la integridad del vacío y para reducir al mínimo el
despegue de la bolsa.
Después de instalada la bolsa interior 62, se
fija externamente el tubo de alimentación con alicates. Se cierra
también temporalmente el extremo del tubo de alimentación con
sellante de látex, tal como el usado para los sellos 55 y 56 de la
bolsa. Se deslizan sobre los tubos de vacío 8 tapas y casquillos. Se
deslizan los extremos de los tubos de vacío dentro de los racores
16 instalados en el depósito 9 de desconexión de vacío. Se sitúan
los extremos de los tubos a una profundidad suficiente para que la
resina caiga dentro del bote de acero desechable 10. Con los tubos
de vacío a la profundidad apropiada, se enroscan las tapas sobre los
racores para recalcar los casquillos sobre los tubos, creando un
sello para el depósito 9 de desconexión de vacío. Se envuelve
sellante de látex alrededor de los racores y de las tapas, para
proporcionar integridad extra de los sellos en las uniones de tubo
con bote de desconexión.
Se conecta una fuente de vacío 11 al depósito de
desconexión 9 para toma de vacío en la bolsa interior instalada 62.
La línea de vacío tiene típicamente racores de conexión rápida en
ambos extremos, que permiten que la misma sea fácilmente unida al
depósito de desconexión y a la fuente de vacío. Una vez que se ha
tirado de la bolsa tensándola con vacío, se verifica el nivel de
vacío con un manómetro de prueba de vacío de precisión o con un
transductor de vacío 12. Si la pieza tiene un nivel de vacío
evidentemente bajo, como viene indicado por el manómetro o por las
señales procedentes de la bomba de vacío, se verifican la bolsa y
las conexiones con un detector de fugas, hasta que se encuentre la
fuga y se repare. Con una bomba de vacío de alto rendimiento, el
nivel de vacío deberá exceder de 95 kPa. Se prefiere un vacío
superior a 98 kPa, debido a que el mismo proporciona una
compactación adicional de la preforma.
Se coloca el respiradero 63 AIRWEAVE
N-10 o SUPERWEAVE UHT 800 (Figura 2) sobre la bolsa
exterior y extendiéndose próximo a, pero sin hacer contacto con, el
sellante 55 de la bolsa exterior. El respiradero puede ser de tela
de fibra de vidrio, de estera de fibra de vidrio, de medio de flujo.
o de lana de acero (para la detección del frente del flujo por
infrarrojos).
Se instala la bolsa exterior 64 sobre el
respiradero 63 de una manera similar a como se hizo con la bolsa
interior 62. Se sella la bolsa exterior al útil 50 con el sellante
55 y la cinta 57 sensible a la presión. Para aplicar vacío a la
cavidad entre las bolsas interior y exterior, se usa típicamente un
racor 20 que pasa a través de la bolsa, aunque también se podrían
usar tubos que pasen a través del útil o que pasen a través del
sello. Se conecta el racor a una tubería flexible de vacío 13 que
esté también equipada con racores de conexión rápida en ambos
extremos. Se verifica la integridad del vacío de la bolsa exterior
de la misma manera que se hizo para la bolsa interior.
El nivel de vacío de la bolsa interior deberá
ser igual o superior al nivel de vacío entre las bolsas interior y
exterior, de modo que se ejerza una presión sobre la bolsa interior
desde la cámara definida por las bolsas interior y exterior. Esta
situación se produce de un modo natural cuando ambas bolsas, la
interior y la exterior, están conectadas a la misma fuente de
vacío. Si el nivel de vacío de la bolsa exterior excede del nivel de
vacío de la bolsa interior, se puede desplazar ligeramente la bolsa
interior con una menor compactación efectiva de la preforma.
Una vez que la preforma haya sido embolsada y
dotada de conducciones, preferimos generalmente calentar la
preforma bajo vacío para secarla. Podemos completar el paso de
secado en una estufa de convección, sobre placas calientes, o bien
en mesas para reducción de la voluminosidad en vacío calentadas,
tales como las producidas por la firma Brisk Heat. Con la reducción
de la voluminosidad se hace compacta la preforma. se expulsan los
volátiles que puedan haber quedado aprisionados en la preforma o en
los materiales de embolsar, y se dispersan uniformemente los
aglomerantes fusibles dentro de la preforma, por acción capilar. Los
sellos interior y exterior son hechos avanzar a través de su etapa
más blanda, crítica, en la que es lo más probable que se desarrollen
fugas. La ligadura del sellante con las bolsas mejora a través del
proceso de curado del caucho, proporcionando una mayor integridad
del vacío. Si se desarrollase una fuga durante la fase blanda
crítica en el sellante de látex, la misma no tendría consecuencias,
dado que no está presente la resina de la infusión. Las fugas
descubiertas a elevada temperatura pueden ser fácilmente reparadas,
y se aumenta la confianza en la integridad de la bolsa. El secado
ayuda a asentar los sellantes de borde y el vacío conforma los
materiales de embolsar adaptándolos a los materiales de la
preforma, creando un acoplamiento superior. Esta mejora del
acoplamiento ayuda a eliminar posibles canalizaciones y puenteo de
la resina, que permitirían la formación en el composite de áreas
ricas en resina.
El ciclo de temperatura preferido para el secado
en vacío depende de los materiales de la preforma en el sistema de
embolsar. En una infusión típica, el útil, la preforma, y los
materiales de embolsar se calientan rápidamente a 120ºC, se
mantienen a esa temperatura durante 1 hora, y se enfrían hasta la
temperatura de infusión. Para preformas cosidas y preformas tejidas
en telar 3-D, el ciclo es normalmente de 2 horas a
175ºC, debido a la naturaleza higroscópica de las fibras que se
cosen orgánicas y a los lubricantes de agua usados en el proceso de
tejido en telar 3-D con fibras de carbono. En
algunos casos, tal como el de las preformas que contienen núcleos
de espuma sintáctica, no se pe el calentamiento debido a que el
mismo fundiría y destruiría la espuma. Los aglomerantes desempeñan
también un papel significativo en la determinación del procedimiento
de secado apropiado. Para preformas aglomeradas de éster de cianato
"blandas", en las que el aglomerante es más soluble en la
resina de la infusión, el ciclo puede ser de 1 hora a 71ºC, o bien
de ½ hora a 93ºC. Este ciclo tiene una temperatura lo
suficientemente alta como para fundir el material aglomerante, para
expulsar los disolventes de soporte residuales, y para hacer que
penetre por efecto de mecha el aglomerante en la preforma. Esta
temperatura es lo suficientemente baja como para evitar un avance
significativo en el grado de curado. Para preformas
"semirrígidas" aglomeradas con éster de cianato
M-20 catalizado, el ciclo puede ser de 1 hora a
120ºC. Los ciclos de secado en vacío con calor, variarán pero, en
general tienen efectos muy positivos sobre el proceso de infusión
en conjunto.
La resina seleccionada impondrá una serie de los
parámetros de procesado seleccionados para el proceso de infusión,
incluyendo las técnicas de mezclado y de dispensación, la
temperatura de la infusión, las longitudes del flujo, los tiempos
de trabajo, el control del grado de temperatura, y la selección del
medio de flujo.
Las resinas preferidas, desde el punto de vista
del procesado, tienen algunas o todas de las siguientes
características:
- a.
- Larga vida en crisol a la temperatura de infusión (de varias horas o más) para permitir infusiones complejas y para suavizar las limitaciones de temporización;
- b.
- Son resinas de 1 ó 2 partes, para simplicidad de la mezcla;
- c.
- Pueden ser mezcladas e infundidas a la temperatura ambiente para operar fuera de la estufa, para comodidad del operario, para un mejor control del proceso, para un más rápido procesado con equipo más sencillo y en menor cantidad, para permitir balances de masas en tiempo real, y se adaptan más fácilmente para técnicas de recirculación;
- d.
- Tienen una viscosidad comprendida en el margen de 100 - 350 centipoise, para permitir una rápida infusión, sin canalización, y con menos requisaos de las conducciones, para la fabricación de piezas grandes;
- e.
- Pueden mezclarse en grandes lotes sin posibilidad de condiciones exotérmicas peligrosas;
- f.
- No son tóxicas ni carcinógenas;
- g.
- Pueden ser almacenadas a la temperatura ambiente en el estado sin mezclar, para eliminar la necesidad de descongelación y de congeladores.
- h.
- Son de curado rápido, para un reducido tiempo del ciclo y mayor producción de la estufa;
- i.
- Tienen una baja tensión superficial, para que mojen mejor;
- j.
- No desprenden volátiles ni otros gases bajo alto vacío;
- k.
- Tienen un bajo calor de reacción, para permitir la fabricación de piezas gruesas;
- l.
- Curan a baja temperatura, para permitir fabricar útiles maestros para producción a más bajo coste;
- m.
- Son compatibles con los materiales para embolsar, para reducir al mínimo el riesgo de fallo por vacío que surge como consecuencia del ataque por la resina a las bolsas;
- n.
- Son reciclables, para reducir los desperdicios;
- o.
- Son de bajo coste con buenas actuaciones a alta temperatura, para aplicaciones exigentes;
- p.
- Permiten la infusión con una mínima viscosidad en un escenario de "final de ajedrez", para aumentar el volumen de fibra y reducir la probabilidad de pérdida de presión hidrostática durante el curado;
- q.
- Son amorfas (no cristalizan) durante el almacenamiento;
- r.
- No forman gel con anterioridad a ser calentadas a una temperatura de curado máxima, para eliminar los esfuerzos en el útil en componentes complejos recién gelificados;
- s.
- Tienen tiempos de gelificación regulares y repetibles de lote a lote.
\vskip1.000000\baselineskip
Como resinas preferidas se incluyen los ésteres
de cianato EX-1510 y EX-1545 de la
firma Bryte Technologies, la epoxi con base de anhidrido
SI-ZG 5A de la firma ATARD Laboratories, y la epoxi
823 de la firma Cytec-Fiberite. Las resinas
preferidas son líquidas y de baja viscosidad a la temperatura
ambiente, y por consiguiente no requieren calentamiento para su
infusión. Algunas resinas, tales como la 8611 de la firma Ciba
Geigy, son líquidos espesos a la temperatura ambiente (entre, por
ejemplo, 1.000-10.000 centipoise) y deben ser
calentadas a temperaturas relativamente bajas (comprendidas
típicamente entre 38 - 71ºC) para que alcancen una viscosidad
aceptable, de menos de 400 centipoise (0,4 Pa.s^{-1}). Otras
resinas, tales como la PR 500 de la firma 3M, y la
5250-4-RTM de la firma Cytec
Fiberite, son semisólidas a la temperatura ambiente y deben ser
fundidas a temperaturas relativamente altas para infundir en un
margen de viscosidades aceptable. Nosotros nos mantenemos apartados
de las resinas que tienen corta vida en crisol, con ángulos de curva
excesivamente larga. También evitamos usar las resinas que adolecen
de microagrietamiento cuando curan.
La preparación de resina por lotes para los
materiales líquidos de baja viscosidad es relativamente fácil y
simple. Los componentes se dispensan con precisión juntos en una
balanza de precisión, se mezclan durante varios minutos con un
agitador de accionamiento neumático al aire libre, y luego se les
extrae el aire en una campana de vacío, o equivalente, durante 5 a
10 minutos. Si hay disponible una mezcladora en vacío, se puede
mezclar la resina y eliminarse el aire simultáneamente. Se pueden
efectuar verificaciones de la viscosidad con un viscosímetro del
tipo Brookefield.
Para líquidos viscosos, la mezcla debe ser
efectuada sobre una placa caliente, con la subsiguiente eliminación
del aire en una estufa de vacío para evitar el enfriamiento. Las
operaciones de mezcla, calentamiento y eliminación del aire podrían
ser también efectuadas en una mezcladora de vacío encamisada,
equipada con posibilidades de calentamiento. Es usualmente
necesaria una cuidadosa vigilancia de la temperatura para establecer
una temperatura uniforme deseada en la mezcla, y evitar posibles
condiciones exotérmicas peligrosas.
El modo más eficaz de calentar y dispensar
materiales semisólidos consiste en usar un dispensador de masa
fundida caliente Graco. El aire de estas resinas se elimina
normalmente en estufas de vacío para hacer mínimo el
enfriamiento.
Una vez que la resina haya sido mezclada,
calentada (si se requiere), y se haya eliminado el aire de ella, se
puede determinar la masa de resina a ser cargada en el sistema. La
cantidad de resina requerida para una infusión es típicamente la
suma de la resina requerida para llenar los tubos, la preforma, el
medio de flujo, más una cantidad en exceso para trabajo,
comprendida entre 400 y 1.000 gramos. La cantidad de exceso
requerida depende de la configuración de la pieza, del número de
recipientes de suministro, y de si se emplean técnicas de
recirculación.
Debido a que el proceso de infusión en vacío en
doble bolsa tiene un sistema de bucle cerrado para la resina, se
pueden efectuar balances de masas para estimar el contenido de
resina o el volumen de fibra de una pieza dada, antes de curar.
Se puede medir el peso de la preforma
directamente, o bien estimarlo a partir de áreas de capas de
preforma conocidas y pesos nominales de las áreas. Con los pesos y
densidades (es decir, la gravedad específica) de la resina y de la
preforma, se pueden determinar fácilmente el contenido de resina y
el volumen de fibra.
Usando balanzas de precisión en el recipiente de
alimentación 14 y en el bote de toma 10, se pueden determinar
caudales másicos, velocidades del fluido, tanto por ciento de
llenado de la preforma, y volúmenes de fibra, en cada etapa de la
infusión. Para que la balanza de toma trabaje adecuadamente y tenga
una sensibilidad suficiente, debe situarse dentro del depósito de
toma de vacío, con sellos de vacío para canalizar el suministro de
energía y la realimentación al equipo de adquisición de datos.
Cuando se haya de infundir la resina a elevada
temperatura sobre un útil caliente, se debe efectuar la operación
en una estufa, o bien se han de calentar el útil y/o la resina. Para
el procesado a la temperatura ambiente, se puede efectuar la
infusión en prácticamente cualquier lugar conveniente, o bien
directamente en la estufa. Si se efectúa la infusión fuera de la
estufa, se hace máxima la capacidad de procesado. Cuando se efectúen
las infusiones fuera de la estufa, es importante que el nivel de
vacío en la bolsa exterior no disminuya durante la transferencia
desde el lugar de la infusión a la estufa para el curado.
Para iniciar la infusión, se corta el extremo de
la línea de alimentación 8 con un cortador de tubos, para retirar
la parte del tubo que tiene el tapón de sellante. Se instala un
dispositivo de estrangulación externo en el tubo de alimentación,
para reducir el caudal de resina en la fase inicial de la infusión.
Con esta estrangulación de la infusión, la resina tiende a entrar
disparada en la pieza demasiado rápidamente, y puede dejar
aprisionados espacios vacíos por detrás del frente de onda, que son
difíciles de eliminar. Se coloca el final del tubo de alimentación
en el recipiente de alimentación 14 próximo a la base, y se asegura.
El bote de alimentación puede ser inclinado de modo que forme un
ángulo con el tubo de alimentación situado en el lugar más bajo,
para hacer mínima la cantidad de resina requerida, para evitar que
entre el aire en el tubo y en la preforma embolsada. Para iniciar
el flujo, se retira la chapa metálica o la mordaza de soldar.
Después de transcurridos unos minutos, se retira normalmente el
dispositivo de estrangulación del tubo de alimentación para acelerar
el régimen de la infusión.
La alimentación puede estar situada por debajo
de la parte más baja de la preforma. Una alimentación con presión
positiva a la preforma, hace que la bolsa interior se abulte cerca
del resorte de alimentación. Los tubos de vacío, por otra parte,
deberán elevarse por encima de la preforma para ayudar a mantener la
presión hidrostática en el fluido y para reducir al mínimo el
drenaje de resina desde la preforma al bote de toma. Aunque las
preformas pueden ser infundidas satisfactoriamente con una
orientación horizontal, es frecuentemente preferible infundirlas
con una orientación inclinada o vertical, con la alimentación en el
extremo más bajo, y habiéndose hecho el vacío en el extremo más
alto. Las orientaciones inclinadas o verticales tienden a reducir
los efectos de canalización en los sistemas de resina de baja
viscosidad y en las preformas con altas variaciones en su
permeabilidad. Estas orientaciones pueden ser también usadas para
eliminar conducciones que, por lo demás, no sean necesarias.
A medida que vaya avanzando la infusión, se hace
más lento gradualmente el régimen de infusión. El régimen de
infusión cae debido al aumento de la resistencia y de la caída de
presión al mojar el fluido a la preforma. Con una sola capa de
medio de flujo, una sola línea de alimentación o un resorte infunden
de un modo eficaz de 0,9 a 1,2 metros lineales de preforma en
aproximadamente 1 hora. La longitud del flujo puede ser de hasta
1,5 - 1,8 metros, antes de que se requiera una línea de alimentación
adicional.
Cuando la resina llegue al extremo de vacío de
la preforma, la resina llenará los tubos de vacío y caerá entonces
en cascada en el bote de toma 10. Puesto que los tubos de vacío
tienen una muy alta permeabilidad con relación a la preforma, la
preforma totalmente mojada puede ser drenada localmente por el
extremo de vacío, lo que da por resultado una pérdida de presión
hidrostática de la resina en la preforma. Al drenar la preforma,
disminuye el flujo de resina a los tubos de vacío. En un cierto
punto, la alimentación de resina a la preforma excede del drenaje,
y la preforma empezará a llenarse de nuevo. El proceso de llenado y
drenaje de la preforma localmente por el extremo de vacío de la
preforma, efectuará ciclos repetidamente, a menos que se tomen
medidas activas. Este fenómeno lleva frecuentemente asociado un
burbujeo en el tubo de vacío. El régimen del burbujeo va aumentando
a medida que la preforma drena, y disminuye al llenarse la
preforma.
\newpage
Si se sujetan con mordazas las líneas de tubos
de alimentación y de vacío y se cortan cuando la preforma tenga una
baja presión hidrostática de la resina o esté parcialmente llena de
resina, la pieza resultante tendrá porosidad superficial y, en los
casos más graves, porosidad interna. Estos defectos estarán situados
típicamente en el extremo de vacío de la preforma. Por
consiguiente, es esencial cortar, fijar con mordaza y sellar las
líneas cuando la preforma esté llena.
Las líneas de vacío deberán ser estranguladas o
estrechadas, a una posición de casi cerradas, hasta que el caudal
másico de resina a través de la preforma sea igual al caudal másico
en el tubo de vacío. En la condición de estranguladas, la
alimentación de resina a la preforma y a los tubos excede de la
capacidad de toma aguas abajo del punto de estrangulación. Por
consiguiente, se llenará por completo la preforma. Al llenarse la
preforma, los caudales másicos en la preforma disminuirán
eventualmente para adaptarse al caudal másico más allá del punto de
estrangulación. Una vez alcanzado ese estado de
cuasi-uniformidad, en el que los caudales de
alimentación y de toma son iguales y la preforma está llena, cesa
la acción de burbujeo asociada con los fenómenos de llenado y de
drenaje. El tubo de vacío entre la preforma y el punto de
estrangulación del tubo se llenará finalmente de resina libre de
burbujas. El sistema alcanza normalmente un estado de
cuasi-uniformidad después de transcurridos
aproximadamente 15 minutos de procesado del flujo con
estrangulación.
Típicamente, se usan mordazas externas para
estrangular el flujo, pero también podrían usarse tapones internos,
boquillas, metales/cerámicas sinterizadas, filtros, válvulas de bola
de dos posiciones, o válvulas de dosificación de precisión. En el
caso de una válvula de bolsa de dos posiciones, la posición abierta
permitiría un flujo no estrangulado completo. En la posición
cerrada, la válvula de bola tiene un pequeño orificio que permite
un flujo limitado. Por supuesto, son posibles variantes de estos
conceptos para conseguir los mismos resultados. Los tapones,
boquillas, filtros y materiales sinterizados pueden ser situados en
el tubo entre las áreas de huellas de sellos comprimidas, como un
método para sujetar los dispositivos.
Otra forma de abordar la cuestión de evitar el
drenaje de la preforma consiste en regular el vacío en la bolsa
interior. Reduciendo el nivel de vacío se reducen los caudales en
los tubos. La preforma tiene una menor tendencia a drenar,
especialmente para resinas más viscosas que tengan cuerpo suficiente
para moverse a través de una preforma como un charco continuo. La
resina tiene también una escasa tendencia a separarse en cuerpos de
fluido individualizados. Usando este enfoque, el nivel de vacío de
la bolsa interior cae típicamente de 98 kPa a 75 - 91 kPa. Poco
después de que caiga el nivel de vacío, cesará el burbujeo, como con
los dispositivos de estrangulación. Un problema que plantea este
enfoque es el de que la bolsa interior se mueve hacia la bolsa
exterior, debido al vacío reducido. El movimiento disminuye la
compactación de la preforma, y produce finalmente composites de más
bajo volumen de
fibra.
fibra.
Después de que la preforma esté llena de resina
por completo, y de que sea constante el caudal de resina, se fijan
con mordaza los tubos de alimentación y de vacío, cerrándolos
simultáneamente con chapa metálica o con alicates de soldar. Se
desconecta la fuente de vacío del depósito de toma. Tanto los tubos
de vacío como el tubo de alimentación se cortan cerca de los
alicates de soldar. La resina contenida en los tubos de vacío es
aspirada al depósito de toma, y la resina que haya en el tubo de
alimentación drena al recipiente de alimentación. El proceso da por
resultado una completa recuperación de la resina, y permite efectuar
balances de masas en tiempo próximo. Los extremos de los tubos de
vacío y del tubo de alimentación cortados son sellados con cinta
adhesiva sensible a la presión, y son luego envueltos con cinta
sellante de bolsa de vacío. Los sellos de los tubos son simplemente
una medida redundante para evitar que entre aire en la bolsa
interior en caso de que los alicates de soldar fallen en cuanto a
aislar la bolsa interior de la película atmosférica. Antes de
iniciar le curado, se retira la resina en masa que haya en el bote
de alimentación y se saca el bote de toma de la estufa, para evitar
una reacción exotérmica peligrosa, no deseada. Igualmente, antes de
cerrar la estufa para el curado se sacan todos los demás materiales
de útiles y consumibles.
Nuestro proceso preferido permite el reciclado o
recirculación de la resina. En algunas infusiones complejas en las
que, por ejemplo, frentes de onda separados converjan juntos, puede
haber necesidad de que sea purgada resina extra de la preforma para
eliminar el aire aprisionado o los espacios vacíos. La recirculación
de la resina, en vez de un purgado continuo, reduce al mínimo los
desechos de resina y los gastos. Con la recirculación, se carga
típicamente resina en exceso al sistema, para que tenga un volumen
para trabajo razonable. Se permite que la resina se acumule en el
bote de toma. Una vez que empiece a bajar la resina en el bote de
suministro, se cierran con mordazas los tubos de alimentación y de
vacío. Se desconecta la fuente de vacío al depósito de toma y se
libera el vacío usando los racores de conexión rápida. Una vez
liberado el vacío, se puede quitar la tapa del depósito de toma y
drenar la resina desde los tubos al interior del bote. La resina que
haya en el bote de toma es transferida al recipiente fuente. Se
deja tiempo suficiente, usualmente unos 5 minutos, para que el aire
arrastrado percole fuera de la resina, antes de que se vuelva a
iniciar el flujo. Se vuelve a montar el depósito de toma y se
evacua con una bomba de vacío aislada, separada, para evitar
cualquier posible disminución del vacío en la bolsa exterior. Una
vez que el depósito esté al nivel de vacío original, se sueltan
simultáneamente todas las mordazas de los tubos, estableciéndose de
nuevo el flujo. Se puede repetir el proceso hasta que se hayan
eliminado todos los espacios vacíos y las burbujas de la preforma.
En este punto, se puede terminar la infusión.
Es posible el procesado de infusión por lotes y
curado. La única limitación potencial está en el número de piezas
infundidas que pueden ser cargadas en la estufa. Si se infunden las
piezas en serie, se puede usar un exceso de resina para trabajo
procedente de cualquier infusión anterior completada, tal como esté
o bien mezclada con resina virgen, para infusiones
subsiguientes.
Como se ha descrito anteriormente, se puede usar
un tubo de vacío montado sobre un refuerzo, por ejemplo, para
infundir en ese refuerzo, y después ser convertido en una línea de
alimentación para la siguiente sección o bahía de infusión (Figura
4). Para esta conversión entre alimentación y vacío se hace uso de
un racor en T o en Y. Una rama de la conexión en T se conecta a un
suministro de resina, pero puede ser fijada con mordaza o cerrada
con una válvula, mientras que la otra rama se deja abierta y
conectada al depósito de toma de vacío. Una vez que la resina
empiece a llenar la línea de vacío y deje libre el racor en T, sin
burbujas, se cierra el tubo que sale de la bolsa y se abre la rama
que va al suministro de resina. El tubo de suministro se llena de
resina y se purga el aire de todos los tubos. Una vez llenos los
tubos, se cierra la línea de vacío que va al depósito de toma, y se
abre el tubo que sale de la bolsa, permitiendo que alimente a la
preforma un nuevo suministro de resina.
Nuestro proceso podría ser utilizable para
producir composites de matriz de carbono/carbono y cerámica, a
través de múltiples infusiones, curados y densificación de los
mismos materiales de la preforma.
Una vez completada la infusión, se puede
mantener un alto vacío en la bolsa exterior de la preforma
infundida, a través del ciclo de curado, en especial inmediatamente
antes de, y durante, la gelificación de la resina. La pérdida de
vacío durante esta etapa crítica hará que la bolsa interior se
relaje, con lo que aumentará el volumen de la bolsa interior. La
preforma infundida se hinchará, debido a que no se puede añadir
resina en el sistema cerrado, y al hincharse se reduce la presión
hidrostática, lo cual produce porosidad superficial y espacios
vacíos, se reduce la compactación de la preforma, y se rebajan los
volúmenes de fibra.
Debido a la naturaleza crítica del nivel de
vacío en la bolsa exterior, usamos transductores de vacío, equipo
de adquisición de datos y software "Labview" para vigilar
continuamente la presión durante todo el curado. También las
temperaturas de la estufa y del útil son registradas y presentadas
continuamente en tiempo real. Debido al riesgo para la integridad
del vacío, no se introducen en la bolsa termopares de vigilancia.
Son deseables ventanas de observación en la estufa para observar
cómo progresa el curado.
Nuestro proceso ha sido desarrollado
principalmente para el curado térmico por calentamiento de las
resinas. Se pueden usar métodos de curado alternativos, tales como
los de curado por haz de electrones, curado por UV, y curado por
microondas, con calor o independientemente, o bien en combinación
con resinas y materiales de embolsar apropiados.
Las resinas de curado a baja temperatura tienen
la ventaja de que pueden ser curadas con útiles de bajo coste, con
mejor control dimensional, y en particular en conjuntos complejos
curados simultáneamente. Algunas resinas de curado a la temperatura
ambiente en cantidades masivas tienen peligrosas reacciones
exotérmicas. Para resolver este problema, es necesario mezclar con
un dosificador especial, con equipo para la eliminación del aire en
vacío, para dispensar la resina al bote de suministro según
demanda.
Los requisitos para el
post-curado dependen de la resina de infusión y de
la temperatura de funcionamiento deseada de la estructura. El
post-curado puede efectuarse en el utillaje del
conformador para pegar, en simples aparatos de soporte, o bien en
puestos libres con o sin cubiertas de tela de vidrio para protección
contra la oxidación o la contaminación por agentes extraños. Si se
desea post-curado, en éste se somete en general al
composite a un ciclo de temperatura durante un dilatado período de
tiempo.
Típicamente, los composites, incluidos los
fabricados usando nuestro proceso, deben ser recortados alrededor
de la periferia a las dimensiones finales deseadas de la pieza. El
recortado puede hacerse con una contorneadora con copiador, con una
cortadora por chorro de agua, por corte basto y rectificación a una
línea de recorte, o por cualquier otro método apropiado.
Ciertas características, tales como las de los
refuerzos en hoja y las uniones de tipo pi, o de horquilla, pueden
moldearse netas usando preformas aglomeradas "blandas" o
"duras", o bien preformas fibrosas sin aglomerantes, tales
como telas tricotadas por urdimbre multiaxiales que son de por sí
estables. El desrebabado del exceso de resina es la única operación
que se requiere. Las características moldeadas netas pueden ser
tendidas con la configuración neta, o bien con sobremedida como una
preforma. Para preformas de sobremedida, el tendido puede ser
recortado antes de la infusión, usando el utillaje para el tendido
como una guía para el recortado. Las preformas aglomeradas blandas
pueden cortarse enrasadas con los bloques de los útiles después de
una reducción de la voluminosidad de la bolsa de vacío a la
temperatura ambiente o a una temperatura elevada baja, para
proporcionar definición y consolidación. Las preformas aglomeradas
"duras" semirrígidas tienden a tener una mejor definición de
los bordes cuando se recortan. Estas preformas semirrígidas se
fabrican típicamente usando una reducción de la voluminosidad de la
bolsa de vacío a temperatura elevada.
Los composites pueden ser después inspeccionados
usando cualquiera de entre muchas técnicas de inspección no
destructiva (NDI), del género de las usadas típicamente para
inspeccionar composites curadas en autoclave, incluyendo las
técnicas ultrasónicas y radiográficas. Se puede evitar la inspección
si se aplican ciertos controles de proceso durante todo el proceso
de fabricación. La observación visual del flujo a través de ventanas
en el material del respiradero, el uso de útiles ópticamente
transparentes hechos, por ejemplo, de PYREX o de LEXAN, y de tubos
ópticamente transparentes o traslúcidos, proporciona indicaciones de
la calidad durante la infusión. Análogamente, los balances de masa,
la detección del frente de flujo por infrarrojos, los sensores
embebidos, o los sensores de montura en útil enrasada, pueden
proporcionar indicaciones de la calidad durante el proceso. La
inspección visual de los estratificados después del procesado es en
general un buen indicador de su calidad. Si los estratificados no
tienen porosidad superficial (en particular por la cara del útil),
si el grosor está dentro de los límites nominales, y si el composite
resuena cuando se golpea ligeramente con una moneda (véase, por
ejemplo, la solicitud de Patente de EE.UU. Nº 08/944.885), los
estratificados pasarán probablemente la inspección ultrasónica. Si
aparecen cualesquiera espacios vacíos en la superficie de las
piezas, ello es motivo para efectuar la inspección ultrasónica.
Puesto que hemos determinado que hay una marcada correlación entre
la existencia de espacios vacíos en las superficies y la calidad del
composite en su conjunto, la simple inspección para comprobar si
hay espacios vacíos en la superficie puede reducir
significativamente, o incluso eliminar, inspecciones más
elaboradas, por procesos caros ultrasónicos, por láser o
radiográficos.
Por nuestro proceso se pueden fabricar conjuntos
estructurales complejos, tales como el revestimiento reforzado con
viga en I representado en las Figuras 7 y 8. Para entregar la resina
en zonas de bahía difíciles de alcanzar se usan carenas de tubos
conformadas situadas entre las vigas en I. Los tubos de alimentación
de borde suministran resina a los bordes del revestimiento. Los
tubos de vacío situados en las partes superiores de las vigas en I
se usan para aspirar la resina a través del revestimiento y hacia
arriba, a través de las vigas en I. Para infundir este conjunto, se
abren todas las líneas de alimentación 8a al mismo tiempo. Los
frentes de onda generados desde las tres fuentes de alimentación
convergen alrededor de la base de las vigas en I y son aspirados
hacia arriba dentro de la viga en I, hacia los tubos de vacío.
Cuando la resina llega a la parte superior de alma de la viga en I,
el flujo se divide para mojar a cada ala en la tapa. La resina
envuelve eventualmente en torno a la placa de horma, y se abre paso
hasta el tubo de vacío 8b. Se completa la infusión y se cura el
composite de la manera normal. Esta técnica puede ampliarse para
producir conjuntos con gran número de bahías, como los que pueden
encontrarse en las alas de las aeronaves.
Otro ejemplo de la capacidad para producir
estructuras complejas por nuestro proceso preferido se ha
representado en las Figuras 9 y 10. En el panel reforzado con hojas
que se cortan se hace uso de material aglomerado para formar las
hojas que se cortan sobre simples útiles de bloques de aluminio. Si
se desea se puede usar material aglomerado, pero no es necesario
para el revestimiento 905. Para infundir la preforma, solamente se
requieren una línea de alimentación y una líneas de vacío, con tal
de que la preforma sea infundida verticalmente y se usen nuevas
cámaras de vacío pasivas (PVCs). La pieza se embolsa en la posición
horizontal. Una vez embolsada, se puede voltear la placa de base a
la posición vertical, sin movimiento alguno del útil por la cara de
la bolsa. Al ser infundida la preforma, la resina llena la hoja
vertical, sin que para ello se requieran conducciones. Se usan
cámaras de vacío pasivas para meter resina en las hojas horizontales
y proporcionar una cierta capacidad limitada de purga. En los
extremos de las hojas se usa sellante de látex Air Dam I,
conjuntamente con el medio de flujo, para eliminar las marcas que
puedan haber quedado en las terminaciones de las hojas. Las hojas
que se cortan son moldeadas netas, requiriéndose tan solo una
mínima retirada de rebabas.
En la Figura 11 se ha representado el embolsado
para un panel reforzado en J, múltiple. De nuevo, la preforma se
embolsa horizontalmente y se voltea a posición vertical para la
infusión. Se usa una línea de alimentación en la parte inferior del
revestimiento y una línea de vacío en la parte superior del
revestimiento. Los dos refuerzos en J exteriores usan cámaras de
vacío pasivas para meter resina en los refuerzos, y para
proporcionar una cierta capacidad limitada de purga. El refuerzo en
J central tiene un resorte o un tubo de vacío activo. Una vez
metida la resina en el refuerzo en J, y purgada, se convierte la
línea de vacío en una línea de alimentación usando las técnicas
anteriormente descritas. Este método de conversión permite la
fabricación de conjuntos muy anchos sin que queden marcas
producidas por los dispositivos de conducción.
Creemos que los siguientes conceptos del
presente invento que hemos descrito son nuevas técnicas en el moldeo
de líquidos del presente invento, solas o en combinación:
- 1.
- Infusión en Doble Bolsa
- 2.
- Tecnología de Aglomerantes
- 3.
- Películas de Embolsar de Alto Alargamiento
- 4.
- Medio de Flujo Impregnado con TEFLON
- 5.
- Tubos de TEFLON en Procesados de Infusión
- 6.
- Proceso de Ataque Químico de Tubo de TEFLON
- 7.
- Grandes Huellas de Tubos en Posiciones de Sellos
- 8.
- Formación de Tubo de TEFLON para Codos de Esfuerzo Cero
- 9.
- Dispositivos de Alivio de Deformaciones en Tubos
- 10.
- Películas de Barrera Inerte para Protección de Bolsas
- 11.
- Sellante de Borde de Látex de Baja Fluencia
- 12.
- Cámaras de Vacío Pasivas (PVCs)
- 13.
- Carenas de tubos Conformadas (CTFs)
- 14.
- Utillaje Flexible para Refuerzos de Hojas Perfiladas
- 15.
- Característica de Fijación con Mordaza Externa de Tubo
- 16.
- Depósito y Bote de Toma para Fácil Limpieza y Recirculación
- 17.
- Posiciones del Bote de Alimentación y de los Botes de Toma
- 18.
- Técnicas de Recirculación para Infusiones Difíciles
- 19.
- Sello Colado Integralmente en Tapas de Depósitos de Toma
- 20.
- Balance de Masas en Tiempo Real (o en Tiempo Pseudo Real) para Control de Volúmenes de Fibra
- 21.
- Detección del Frente de Flujo por Infrarrojos
- 22.
- Etiquetas Embebidas de Identificación por Radiofrecuencia
- 23.
- Utillaje Óptico de PYREX
- 24.
- Respiradero Óptico de Medio de Flujo Basto
- 25.
- Útil de Recalcar Partido
- 26.
- Sellante de Látex en Discontinuidades para Reducción de Marcas Dejadas y de Puenteo
- 27.
- Estructuras Esqueléticas de Receptáculos
- 28.
- Procedimientos de Secado en Vacío con Calor
- 29.
- Orientaciones Inclinada o Vertical para la Infusión
- 30.
- Aglomeración en Molde
- 31.
- Diseño con Mayor Capacidad de Alimentación que Capacidad de Toma
- 32.
- Estrangulación del Tubo de Vacío por el Extremo de la Infusión
- 33.
- Limitación de la Resina por el Tubo de Alimentación al Principio de la Infusión
- 34.
- Técnicas para Infundir Paneles Sándwich Reforzados con Vigas de Celosía
- 35.
- Técnicas para Infundir Estructuras de Hojas que se Cortan, de Sombreros, de Pi, de J, de I y de C
- 36.
- Técnicas para Fabricar Características de Marcos de Puertas
- 37.
- Estructuras de Sándwich de Borde de Ataque
- 38.
- Capacidad de Procesado por lotes
- 39.
- Soluciones de Aglomerante de éster de Cianato M-20 Catalizadas o No Catalizadas
- 40.
- Solución de Aglomerante 5250-4-RTM
- 41.
- Aplicación de Rociado con Robot de Aglomerantes para Entrega de Precisión
- 42.
- Aplicación de Rociado Electrostático de Aglomerantes para Rendimientos Mejorados de la Transferencia
- 43.
- Materiales de Estopa Aglomerada TOWTAC
- 44.
- Concepto de Producción y Envasado Automatizados de Grandes Cantidades de materiales Aglomerados
- 45.
- Técnicas para Producir Preformas Blandas y Semirrígidas
- 46.
- Producción de Útiles a Partir de Útiles Maestros Resistentes a las Bajas Temperaturas
- 47.
- Deposición en la Superficie de Aglomerante sobre Materiales de Preforma
- 48.
- Aglomerantes con Bajo Grado de Curado para Masa Fundida en, y Ligadura Química con, Resina para Infusión
- 49.
- Técnicas de Infusión Múltiple, Especialmente para Producir Composites de Matriz Densificadas de Carbono/Carbono y Cerámica
- 50.
- Integración de Materiales Especiales tales como Planos Rectificados, Tarjetas-R, etc.
- 51.
- Preparación de Útiles y Colocaciones de Sellantes en Bolsas Interior y Exterior
- 52.
- Características de Sellos de Alta Integridad
- 53.
- Películas para Embolsado Conformado de Formación de Vacío
- 54.
- Recuperación y Mezcla de Resinas
- 55.
- Control de Vacío y Mantenimiento con Anterioridad a la Gelificación
- 56.
- Uso de Transductores de Vacío de Precisión para la Detección Temprana de Fugas
- 57.
- Uso de Utillaje Lavado para Crear Revestimientos Reforzados
- 58.
- Entrega de Fluido a Través de los Sellos de Bolsas
La bolsa exterior, en el sistema de doble bolsa,
reduce la oxidación térmica de la bolsa interior. Esto se traduce
en una bolsa más resistente, que es menos susceptible de tener fugas
durante el curado a altas temperaturas. La bolsa exterior y el
respiradero protegen a la bolsa interior contra daños por
manipulación, que pueden producirse de muchos modos. La bolsa
exterior aplica presión a los sellos de la bolsa interior y mejora
la eficacia del sellado de esos sellos. La presión sobre los sellos
de la bolsa interior contrarresta los esfuerzos para despegue de la
bolsa, que pueden abrir fugas, en particular en lugares de sellos
plegados. Puesto que la bolsa exterior encapsula a la bolsa
interior, no se pueden llegar a soltar los sellos en el ambiente de
convección que se encuentra típicamente en las estufas. Si se
produjese una fuga en la bolsa interior, el resultado no habría de
ser necesariamente catastrófico, ya que es en general para
infusiones de una sola bolsa. Una fuga en la bolsa interior hará
que fluya resina adentro la bolsa exterior. Son posibles acciones
correctoras con curados acelerados y técnicas de control del
sangrado. Una bolsa rota en un ambiente de una sola bolsa permite
que entre aire en la bolsa. La bolsa puede hincharse, y se puede
introducir continuamente porosidad en el estratificado, lo que
representa un fallo catastrófico. Las diferencias de integridad de
la bolsa entre las técnicas de infusión de una sola bolsa y las
técnicas de doble bolsa pueden no ser significativas cuando se
produzcan composites pequeños, simples, de poco valor. Cuando se
trate de producir conjuntos de composite grandes y/o complejos,
tales como alas de composite, el significado de las diferencias de
integridad se amplía espectacularmente. Es sabio y prudente usar la
técnica de doble bolsa, mejor que la de bolsa única, cuando se
hayan de producir estos tipos de estructuras. La adaptabilidad, la
integridad y la robustez del proceso se convierten en factores
mucho más importantes para reducir el coste total que la eliminación
del coste asociado a una segunda bolsa.
Claims (10)
1. Un proceso de moldeo por transferencia de
resina ayudada por vacío para fabricar un estratificado, que
comprende los pasos de:
(a) montar una preforma (51) de refuerzo
adecuado en un molde;
(b) comunicar pegajosidad a la preforma con un
producto para comunicar pegajosidad que contenga agentes de
endurecimiento para mejorar la tolerancia a daños en el molde para
producir una preforma dotada de pegajosidad;
(c) reducir la voluminosidad por vacío en la
preforma dotada de pegajosidad;
(d) efectuar el doble embolsado de la preforma
de la que se ha reducido la voluminosidad con una bolsa interior
(62) y una bolsa exterior (64) usando películas de embolsar de nilón
de bajo módulo, de alto alargamiento, para controlar la relajación
de la bolsa y para mejorar la integridad del vacío, al tiempo que se
reducen al mínimo las arrugas de la bolsa, formando la bolsa
interior (62) una primera cámara de vacío y formando la bolsa
exterior (64) una segunda cámara de vacío, distinta;
(e) encerrar un medio de control de flujo de
tejido en telar abierto entre la bolsa interior (62) y la preforma
(8) de la que se ha reducido su voluminosidad, para controlar el
frente de flujo durante la infusión de la resina, en que el medio
de flujo:
- i)
- tiene una moderada permeabilidad en relación con la preforma,
- ii)
- incluye fibras de trama que actúan como "presas" para la resina que se infunde,
- iii)
- es capaz de soportar la exposición a temperaturas de hasta aproximadamente 315ºC,
- iv)
- es químicamente inerte, y
- v)
- es rígido pero adaptable para eliminar el marcado sobre la cara de la bolsa del estratificado; y
f) infundir resina en la preforma (51) de la que
se ha reducido su voluminosidad, a través del medio de flujo,
usando un proceso de moldeo por transferencia de resina ayudada por
vacío.
2. El proceso según la reivindicación 1, que
comprende además el paso de infundir la resina en la preforma (51)
inclinada formando un ángulo con la horizontal.
3. El proceso según la reivindicación 1 ó 2, en
el que la infusión tiene lugar con la preforma inclinada formando
un ángulo con la horizontal, de modo que la gravedad se opone al
flujo de la resina a la preforma.
4. El proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1-3, en el que la reducción de la
voluminosidad con vacío se produce a una elevada temperatura para
aglomerar junta la preforma dotada de pegajosidad.
5. El proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1-4, en el que el refuerzo es de
fibra de carbono, el producto para comunicar pegajosidad es una
epoxi plastificada, y la resina es epoxi.
6. El proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1-5, para controlar la relajación
de la bolsa por detrás del frente de onda en un proceso de moldeo
por transferencia de resina ayudada por vacío, en el que la resina
se infunde desde una fuente a la presión atmosférica en dicha
preforma en un ambiente bajo dicha bolsa interior a una presión
controlada inferior a la presión atmosférica, que comprende el paso
adicional de:
aplicar un respiradero (63) y dicha bolsa de
vacío exterior (64) sobre la bolsa de vacío interior.
7. El proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1-6, para infundir resina en una
preforma (51), que comprende además:
introducir resina en un medio de flujo por el
punto más bajo en el conjunto de preforma embolsada, de modo que la
resina de la infusión fluya contra la acción de la gravedad a través
del medio de flujo y de la preforma, proporcionándose con ello un
mejor control del frente de onda mediante una más alta resistencia
al flujo que con la infusión horizontal.
8. El proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1-7, que comprende además el paso
de estrangular las líneas de vacío conectadas en comunicación de
fluido con el doble embolsado, de modo que el caudal másico de
resina a través de la preforma (51) de la que se ha reducido su
voluminosidad, sea sustancialmente igual al caudal másico de resina
en las líneas de vacío.
9. El proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1-8, que comprende además:
estrangular las líneas de vacío conectadas en
comunicación de fluido con el doble embolsado que rodea a una
preforma de la que se ha reducido su voluminosidad, de modo que el
caudal másico de la resina a través de la preforma de la que se ha
reducido su voluminosidad sea sustancialmente igual al caudal másico
de resina en las líneas de vacío.
10. Un composite fabricado por un proceso según
cualquiera de las reivindicaciones 1-9.
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