Las diferentes tecnologías de fabricación para materiales compuestos tienen ciertas características dependiendo de los requerimientos de producción de la pieza.
Históricamente, el conformado de este tipo de materiales ha sido una tarea manual y limitada. Sin embargo, estos procesos han dado paso a otros en busca de la automatización y repetibilidad en la fabricación, encontrando hoy en día varios procesos de manufactura. Cada uno de ellos se recomienda para una situación específica, teniendo en cuenta parámetros como:
– Complejidad geométrica de la pieza
-Dimensiones de la pieza
-Propiedades y requerimientos físicos finales buscados
-Propiedades visuales del producto final
-Tipos de materiales
-Producción
-Costos de producción
En nuestra sección de Tecnologías podrás conocer con más detalle los principales procesos de fabricación con materiales compuestos y cuál es el más adecuado en base a estos parámetros mencionados.
Prepreg autoclavado
En este caso, nos vamos a centrar en esta tecnología de fabricación que está destinada a series cortas/medias con altos requerimientos en cuanto a propiedades del producto final.
Asimismo, acepta un alto nivel de complejidad geométrica y un tamaño de pieza medio o bajo. Sin embargo, el coste de producción es elevado, ya que además de ser un proceso manual, las materias primas son costosas.
Si bien es un proceso apto para cualquier tipo de material, los refuerzos de carbono y otros de altas propiedades son los más comunes de encontrar. Asimismo, la resina termoestable epoxi o fenólica son la norma, aunque se pueden utilizar todo tipo de resinas, tanto termoestables como termoplásticas.
El material prepreg utilizado en FRP, comúnmente conocido como «prepreg», es la fibra de refuerzo en forma de tela o fibras unidireccionales que ha sido previamente preimpregnada con la resina. De esta manera, es posible aportar la cantidad justa y necesaria de resina, maximizando las propiedades mecánicas de los materiales y el peso de las piezas.
El proceso de polimerización de la resina polimérica comienza desde el momento de la impregnación inicial durante la fase de producción del material. Debido a esto, es necesario almacenar el prepreg a temperaturas de aproximadamente -18ºC con el fin de detener este proceso. Las salas de trabajo, por el contrario, deben tener una temperatura constante de alrededor de 25ºC ya que estos materiales son muy sensibles a la temperatura. Adicionalmente, las zonas donde se trabaja deben estar libres de polvo y contaminantes, cualquier agente perturbará las propiedades finales de la pieza.
El proceso de fabricación de piezas utilizando prepreg comienza con el corte del material en las formas necesarias. Después de esto, un operador especializado laminará el material, es decir, irá colocando los cortes realizados previamente sobre el molde siguiendo su geometría. Este proceso es de vital importancia, ya que se debe controlar la uniformidad del espesor, los solapamientos del material y la perfecta copia de las superficies.
Es aquí donde el prepreg muestra una de sus mayores ventajas, ya que permite crear formas complicadas de manera relativamente sencilla y limpia.
Finalmente, la pieza será procesada mediante el curado de la matriz polimérica de diferentes maneras. Las técnicas más comunes son el curado en bolsa de vacío y el curado en autoclave.
Las diferencias entre estos procesos son la temperatura de curado y especialmente la presión. Cuanto mayor sea esta última, mejores propiedades mecánicas se obtendrán, ya que aumenta la compactación del material y se evita en mayor medida la aparición de burbujas de aire. Sin embargo, existe un límite donde se ahoga el material y la resina no es capaz de fluir.
Por otro lado, con la temperatura podremos controlar los tiempos de curado, otro parámetro de vital importancia.
Es importante conocer y tener control de las rampas de temperatura y presión y tiempos de curado de los materiales para llevar a cabo el proceso satisfactoriamente. En el curado en autoclave, las temperaturas van desde 90 a 200ºC con presiones de hasta 10 bar. Estas instalaciones tienen un alto coste, por lo que a menudo se utilizan otros procesos que no superen los 0,8 bares.
El futuro del prepreg se centra en el desarrollo e investigación de la automatización de procesos, así como la aplicación en productos de formas complejas y la escalabilidad para grandes estructuras en diversos mercados.
Los nuevos enfoques han sido el foco de investigación para producir materiales que sean más rápidos de colocar, más fáciles de usar y produzcan laminados de mayor calidad.
