Las matrices pueden ser metálicas, cerámicas y poliméricas. Sin embargo, la complejidad y los elevados costos de los procesos de fabricación de los materiales compuestos metálicos y cerámicos hacen que se destinen casi exclusivamente a aplicaciones aeroespaciales. Los de matriz polim érica, son materiales con buenas propiedades mecánicas, resistentes a la corrosión y pueden ser moldeados con absoluta libertad de formas. En estos materiales, la matriz está constituida por un polímero y el refuerzo por algún tipo de fibra, ya sea inorgánica (vidrio, carbono) o sintética (aramídicas). En la actualidad, se disponen diferentes procesos para la fabricación de materiales compuestos de matriz polimérica, como las técnicas de moldeo por contacto, asistidas por vacío, de moldeo por vía líquida, y autoclaves; obteniéndose mediante estos últimos, partes de gran calidad, con altas relaciones fibra/resina, y bajo contenido de porosidades. Sin embargo, la fabricación de materiales compuestos mediante autoclaves, resulta costosa por la elevada inversión inicial requerida. Por el contrario, uno de los procesos más atractivos por su bajo costo, es la técnica de la bolsa de vacío (BV), la cual utiliza la presión atmosférica para consolidar el laminado, a medida que se incrementa la presión de vacío con la extracción progresiva del aire en el interior del sistema. El método de la bolsa de vacío (BV) se usa comúnmente en la fabricación de compuestos de matriz termoestable; sin embargo, las resinas de baja viscosidad tienden a ser succionadas del laminado por la presión de vacío, generando porosidades en la superficie y en el interior de la parte, situación que puede acentuarse debido al aire atrapado en las resinas de dos componentes en la fase de mezclado, y entre los tejidos y el molde en la fase de impregnación y disposición de los refuerzos durante el laminado . Con el objetivo de mejorar el control de porosidades con la técnica de bolsa de vacío, se han desarrollado alternativas como el método de doble bolsa de vacío (DBV) propuesto por la Administración Nacional de la Aeronáutica y el Espacio (NASA, por sus siglas en inglés) [3, 4], para la fabricación de compuestos con matrices de resinas reactivas como las poliamidas y las fenólicas.
Fundamentos y visión general de la técnica BV y variantes
En la Figura 1, se muestra una representación esquemática de la técnica tradicional de BV. Inicialmente, las fibras de refuerzo se disponen sobre el molde que posee la geometría de la parte a fabricar, a medida que son impregnadas con resina. Previo a la aplicación del vacío, la bolsa se encuentra en un estado de equilibro, la presión en el interior y en el exterior de ella, es igual a la presión atmosférica de aproximadamente 1 kg/cm2. o 29,9 pulgHg. En esta etapa, la parte no está sometida a fuerzas externas de compactación. Antes de que la resina empiece a curar, la bomba de vacío extrae el aire desde el interior de la bolsa generando vacío mientras que la presión en el exterior se mantiene en 1 kg/cm2. Este diferencial de presión hace que la bolsa colapse y compacte el material compuesto, ejerciendo una fuerza uniforme sobre la superficie del mismo, produciéndose en consecuencia una reducción del espesor del laminado. El diferencial de presión determina la magnitud de la fuerza aplicada.
Refuerzos. Matriz. Molde. Bolsa de vacío. Encargada de ejercer presión sobre la parte a fabricar, debe tener la capacidad de deformarse para adaptarse a la geometría del molde. Tejido pelable. Representa la primera barrera entre el laminado y el resto de los materiales requeridos en la técnica de BV, no se adhiere al laminado y puede ser retirado después del proceso de curado de la resina proporcionando una superficie rugosa de acabado uniforme. Film perforado. Posee pequeños agujeros igualmente espaciados y controla la cantidad de resina que es retirada del laminado a través del tejido pelable, haciéndola pasar por las pequeñas perforaciones hasta la manta de aireación/absorción, reduciendo el contenido de resina y mejorando la relación resistencia/peso de la parte fabricada. Manta de aireación/absorción. Permite que el aire en el interior de la bolsa de vacío salga libremente y absorbe el exceso de resina del laminado. Cinta sellante. Proporciona un sellado hermético entre el molde y la bolsa de vacío. Desmoldante. Evita que la resina epoxi se adhiera al molde después de la fase de curado. Se hicieron pruebas con cera de carnauba y alcohol polivinílico (PVA, por sus siglas en ingles). Trampa de resina. Recolecta cualquier exceso de resina que haya sido succionada hacia afuera del sistema de bolsa de vacío, para evitar que produzca daños en la bomba.
En la Figura 3, se muestra un esquema del concepto de BVCV. Seguidamente, se conecta el puerto de vacío a una pequeña manguera en el interior de la cámara que conduce a la válvula de bola B1, la cual regula el flujo de aire hacía la trampa de resina a través de la manguera M1. La válvula de bola B2, cumple con una función similar pero regulando la presión de aire en el interior de la cámara; para ello se conecta con la trampa de resina a través de la manguera M2. La cámara de vacío se fija al molde mediante cinta sellante que se ubica por fuera del perímetro de la bolsa de vacío. Durante la fase inicial del curado de la resina, se mantienen abiertas las válvulas de bola B1, B2, B3 y B4, se aplica la presión de vacío requerida para desgasificar el laminado tanto en la cámara como en la bolsa de vacío, evitando así que se ejerza presión sobre el material compuesto, mientras el aire atrapado escapa hacia el exterior a través de la manguera M1. Cuando la resina alcanza el punto de gel, se cierran las válvulas de bola B2 y B3, se desconecta la manguera M2 y se abre progresivamente la válvula de bola B2, liberando el vacío en la cámara, produciéndose un diferencial de presión entre la cámara y el interior de la bolsa, por lo que ésta colapsa sobre el laminado, ejerciendo fuerza sobre el mismo, compactándolo y manteniendo los refuerzos en la posición correcta durante el resto de la fase de curado de la resina epoxi. En la Figura 4, puede observarse el arreglo empleado en el método de BVCV. Además de los equipos mostrados en la Figura 2, destaca una cámara de vacío fabricada con refuerzo de fibra de vidrio woven roving plain de 200 g/m2 y resina epoxi, con un espesor de pared de 1 mm, que es capaz de soportar presiones máximas de vacío sin colapsar. Posee dos válvulas de bola de ¼ pulg NPT que regulan el flujo de aire desde el interior de la cámara y de la bolsa de vacío, y un vacuómetro para registrar la presión en la cámara con un intervalo de medición de 0 a -76 cmHg.
El uso de una lámina de acrílico transparente como molde, permitió visualizar la apariencia de la superficie de las láminas de fibra de carbono-resina epoxi durante el proceso de fabricación mediante la técnica de BV. En vista de esta situación, se fabricaron láminas aplicando presiones de vacío inferiores, mientras la resina alcanzaba el punto de gel, obteniéndose los mejores acabados superficiales con presiones en el orden del 20% del vacío máximo. Posteriormente, se aplicó presión máxima de vacío hasta el curado total de la matriz epoxi para mejorar la compactación del laminado y con ello la relación fibra/resina, lográndose una parte con aproximadamente un 55% en peso de fibra. Sin embargo, a pesar de haberse retrasado la aplicación del vacío máximo hasta el inicio del proceso de endurecimiento de la resina, se logró apreciar que el vacío generado continuaba retirando cierta cantidad de la mima de las fibras de refuerzo. En la Figura 5 se muestran las superficies frontal y posterior de la lámina fabricada. La superficie frontal corresponde a aquella en contacto con el molde y la posterior, a la superficie sobre la cual se dispone el tejido pelable. En ambas se observan imperfecciones caracterizadas por discontinuidades en la matriz epoxi, originadas por el aire atrapado en el laminado, que produce peque ñas regiones carentes de resina.
Para poder definir la presión requerida tanto en el interior de la bolsa como en el de la cámara de vacío, para eliminar el aire atrapado en el laminado durante la aplicación de la técnica BVCV, se hicieron pruebas de desgasificación de la matriz epoxi, disponiendo un recipiente con una muestra de la misma con gran cantidad de aire atrapado, en el interior de la trampa de resina con las válvulas de bola B3 y B4 cerradas. Las micrografías ópticas de las secciones transversales de las láminas de fibra de carbono-resina epoxi, se muestran en las Figuras 7 y 8. El contenido de porosidades representa entre 4 y 10% de las áreas de las secciones transversales sometidas a estudio. Las regiones ricas en resina ubicadas entre las capas de la fibra de refuerzo, poseen una gran cantidad de imperfecciones, que son generadas debido a la extracción de resina por la presión de vacío y por la imposibilidad de eliminar todo el aire atrapado en el laminado, problema que puede acentuarse con el incremento de la viscosidad de la matriz epoxi, lo cual incide de forma negativa sobre las propiedades mecánicas del material.
El método de BVCV permite obtener laminados de alta calidad tal como se observó en las micrograf ías ópticas, ofreciendo resultados superiores a los de la técnica de BV tradicional, en cuanto al contenido de porosidades y al acabado de las superficies. Se requiere de la aplicación de presión máxima de vacío (1 kgf =cm2), para lograr la desgasificación total de la resina epoxi y retirar el aire atrapado en el laminado, de lo contrario el método de BVCV no resulta efectivo. Los mejores acabados superficiales con la técnica de BV, se consiguen aplicando presiones en el orden del 20% de la presión de vacío máxima hasta el inicio del proceso de solidificación de la matriz epoxi, con ello se reduce la cantidad de resina retirada de las fibras de refuerzo.
Tras dos décadas suministrando materiales compuestos y asesorando a talleres de todo tipo, desde la náutica de recreo hasta la industria eólica, hemos sido testigos de cómo la infusión por vacío ha pasado de ser una técnica exclusiva de la alta ingeniería aeroespacial a una herramienta accesible para cualquier fabricante. Sin embargo, dar el salto del laminado manual a la infusión suele generar respeto e incertidumbre. La infusión por vacío (VARTM por sus siglas en inglés) es un proceso de fabricación en molde cerrado que utiliza la presión atmosférica para empujar la resina dentro de un laminado de fibras secas. El principio es sencillo: colocamos los tejidos secos en el molde, los cubrimos con una bolsa plástica hermética y extraemos el aire con una bomba. Esto crea un vacío dentro de la bolsa. El cambio a la infusión no es solo capricho, ofrece mejoras estructurales objetivas. Primero, la relación fibra/resina. En un laminado manual excelente, difícilmente superarás el 40 por ciento de fibra por peso; el resto es resina, que en exceso solo aporta peso y fragilidad. Segundo, la salud laboral. Al ser un proceso cerrado, las emisiones de Compuestos Orgánicos Volátiles (COV), como el estireno, se reducen drásticamente, creando un entorno de trabajo mucho más seguro y limpio.
Para empezar, necesitas entender que cada elemento tiene una función vital en el control del flujo. La bomba de vacío es el pulmón del sistema. Para infusión, no necesitas una bomba con un caudal descomunal, pero sí una capaz de alcanzar un vacío final alto (cercano al vacío absoluto). El «Catch Pot» o trampa de resina es un depósito de seguridad que se coloca entre el molde y la bomba. Una infusión exitosa es como un sándwich técnico. Refuerzos (Fibras): Se utilizan tejidos secos. Tejido pelable (Peel Ply): Es una tela de nylon o poliéster que se coloca directamente sobre la fibra. No se pega estructuralmente a la resina. Malla de distribución (Flow Media): Es la «autopista» por donde viaja la resina. Como la fibra compactada ofrece mucha resistencia al flujo, esta malla plástica crea canales para que la resina corra rápido por la superficie y luego penetre verticalmente hacia la fibra. Bolsa de vacío y cinta selladora: La bolsa debe ser de un plástico resistente (nylon/polietileno) capaz de estirar sin romperse. Aquí cometemos el error más común. No puedes usar cualquier resina. Necesitas una resina de baja viscosidad (idealmente entre 100 y 300 centipoise). El tiempo de gel es tu reloj de arena. Debes calcular cuánto tardará la infusión y asegurarte de que tu catalizador te da un margen de seguridad amplio. Si la infusión tarda 30 minutos, tu tiempo de gel debería ser de al menos 50 o 60 minutos. Preparación del molde: La limpieza es crítica. Cualquier resto de suciedad será visible en la pieza final. Aplica el desmoldeante generosamente. Al colocar las fibras secas, asegúrate de empujarlas bien en las esquinas. Colocación de la bolsa: Al pegar la bolsa con la cinta selladora, debes dejar «orejas» o pliegues de holgura. La bolsa nunca debe estar tensa; debe tener material de sobra para poder meterse en todos los rincones del molde cuando la bomba succione el aire. La prueba de caída de vacío (Drop Test): Este es el paso que separa a los profesionales de los aficionados. Una vez cerrada la bolsa y conectada la bomba, extrae todo el aire hasta llegar al vacío máximo. Luego, cierra la válvula de la bomba o pinza el tubo, y apaga el motor. Observa el vacuómetro. Si la aguja se mueve y pierdes vacío, tienes una fuga. No procedas con la resina hasta encontrarla y sellarla (usualmente se escuchan como un silbido agudo).
La estrategia de infusión: Debes planificar por dónde entrará la resina y por dónde saldrá el aire. Ejecución: Mezcla la resina con el catalizador evitando meter burbujas de aire. Coloca el tubo de entrada en el cubo de resina y abre la pinza. Verás cómo el frente de resina avanza. Es vital no dejar que el tubo de entrada chupe aire; manténlo siempre sumergido. Cuando la resina llegue al final y empiece a salir por el tubo de vacío hacia la trampa de resina, cierra la entrada de resina. Las bolsas de vacío que Castro Composites pone a su disposición en esta sección son ideales para la fabricación de piezas con geometrías muy complejas o sencillas. Nuestras bolsas de vacío más estándar son de poliamida, como nuestros film PA205. Nuestra nueva bolsa de vacío de altas prestaciones PO180, de poliamida y polipropileno con 50 μ de espesor ayuda a reducir desperdicios. También podrña seleccionar nuestras bolsas de copolímero extruido de alta elasticidad como DIABAG con excelente capacidad de conformabilidad, particularmente cuando se emplea con moldes complejos con muchos ángulos y contrasalidas. Las bolsas de nylon tipo PO180 limitan el desperdicio. Usadas para el moldeo al vacío, 50µ de un film PO180 equivalen a 75 µ de un film tradicional. Disponibles en versiones planas y tubulares. ELASTIBAG es un film muy resistente, de 800% de elongación, para operaciones de compactación y desaireo o para procesos de curado a baja temperatura (por debajo de 80°C). Bolsa de vacío tubular de copolímero PE CPA PE de color verde ideal para todo tipo de procesos con resinas termoestables: poliéster, viniléster, uretano-acrílicas, epoxi, etc. Bolsa de vacío tubular de copolímero PE CPA PE de color verde ideal para todo tipo de procesos con resinas termoestables: poliéster, viniléster, uretano-acrílicas, epoxi, etc. Sensible a la radicación UV. Buff... El PVA funciona bien como desmoldeante, pero el acabado de las piezas usándolo no es de lo mejor yo te recomendaría que usaras algún desmoldeante semipermanente tipo Frekote o alguno de la gama de Münch. Es una cera de calidad que permite varios desmoldeos de una aplicación.
Ejemplos y consideraciones sobre materiales y geometrías: Por ejemplo: No entiendo por que haces el morro en Carbono.... El carbono es un material que soporta muy bien los esfuerzos a tracción pero su estructura es muy cristalina y por tanto frágil. Ante un golpe se parte fácilmente, a parte no es "transparente" a la radiofrecuencia y por tanto te acarrerá problemas con los receptores. Sin embargo, en la caña de la cola, donde si hace falta resistencia a flexión, metes vidrio y Kevlar, que soportan muy bien los impactos y los cortantes pero que no son muy resistentes a la flexión. Tampoco entiendo porque haces el laminado de carbono en dos veces, primero haces el morro de carbono y luego lo integras dentro de otro laminado... No tiene explicación alguna, salvo que esas piezas de carbono sean un "sobremolde" para fabricar un fuselaje con un rebaje y luego hacer un capuchón del estilo de los F3F y F3B actuales. de ser así... No he dicho nada. Si no vas a hacer esto lo suyo es laminar de una vez todo... Carbono vidrio y kevlar, y así no sobrecargarías en exceso la pieza. Pues no aprovechas la resina sobrante del laminado de carbono para empapar el resto de telas, lo cual explica el desorbitado peso de la pieza que has sacado. Casi 300 gr para un fuselaje de tan reducidas dimensiones. Para que te hagas una idea un fuselage de un DLG de similares dimensiones pesa 30-40gr y soporta diez veces las cargas que el tuyo. Posiblemente los post que escribes son demasiado escuetos y no aportas a mi modo de ver la información necesaria para que se entienda como haces las cosas. De este modo lejos de enseñar e instruir lo que haces es desanimar, pues parece que lo que haces es complicadisimo cuando es relativamente fácil y asequible para cualquier constructor medio. Por ejemplo no explicas como haces la union de las dos mitades del fuselaje lo cual en RCG si que cuentas algo, pero si expones tu trabajo a medias nadie va a entender como haces las cosas.
