Un vacío o poro es una región tridimensional que permanece sin llenar con polímero y fibras en un material compuesto . Los vacíos son típicamente el resultado de una mala fabricación del material y generalmente se consideran indeseables. Los vacíos pueden afectar las propiedades mecánicas y la vida útil del compuesto. [1] Degradan principalmente las propiedades dominadas por la matriz, como la resistencia al corte interlaminar, la resistencia a la compresión longitudinal y la resistencia a la tracción transversal . [2] Los vacíos pueden actuar como sitios de inicio de grietas, así como permitir que la humedad penetre en el compuesto y contribuya a la anisotropía del compuesto. [3] [4] Para aplicaciones aeroespaciales, un contenido de vacío de aproximadamente el 1% sigue siendo aceptable, mientras que para aplicaciones menos sensibles, el límite de tolerancia es del 3-5%. Aunque un pequeño aumento en el contenido de vacío puede no parecer causar problemas significativos, un aumento del 1-3% en el contenido de vacío del compuesto reforzado con fibra de carbono puede reducir las propiedades mecánicas hasta en un 20% [5]
El contenido de huecos en los materiales compuestos se representa como una proporción, también llamada relación de huecos , donde se tienen en cuenta el volumen de huecos, el material sólido y el volumen a granel. La relación de huecos se puede calcular mediante la siguiente fórmula, donde e es la relación de huecos del material compuesto, V v es el volumen de los huecos y V t es el volumen del material a granel.
Los huecos se consideran defectos en las estructuras compuestas y existen varios tipos de huecos que pueden formarse en los compuestos según la ruta de fabricación y el tipo de matriz. [5] Entre otros factores que pueden influir en la cantidad y la ubicación de los huecos se encuentran la impregnación preimpregnada , la morfología de la superficie, los parámetros de curado, la presión de compactación, el puenteo de fibras, el sangrado excesivo de resina y el espesor de la capa. [6]
Una resina con una viscosidad alta probablemente producirá huecos en un compuesto. Es difícil que una resina o matriz con una viscosidad alta penetre en los espacios vacíos originales entre fibras adyacentes. Esto hará que se formen huecos cerca de la superficie de la fibra. Evitar estos huecos se convierte en una tarea más complicada cuando las fibras están muy juntas en un compuesto [7].
También se puede obtener una alta proporción de huecos en un compuesto debido a errores en el procesamiento. Si la temperatura utilizada para el curado es demasiado baja para la matriz particular utilizada, es posible que no se produzca una desgasificación completa . Sin embargo, si la temperatura utilizada para el curado es demasiado alta para una matriz particular, la gelificación puede producirse demasiado rápido y es posible que aún haya huecos. [8] Por ejemplo, si un compuesto laminado se cura a una temperatura demasiado baja para la matriz particular utilizada, la viscosidad de la resina puede permanecer alta y dificultar la eliminación de los espacios vacíos entre las capas individuales [9] Algunas resinas pueden curar a temperatura ambiente, mientras que otras requieren temperaturas de hasta 200 °C, pero el curado por encima o por debajo de la temperatura requerida para una matriz particular puede aumentar la cantidad de huecos presentes en un compuesto. Si la presión de inyección en un proceso de pultrusión por inyección de resina no es lo suficientemente alta, es posible que la resina o la matriz no puedan penetrar el lecho de fibra para humedecer completamente las fibras sin huecos. [7] Se pueden formar aire atrapado o burbujas en la resina durante la mezcla de resina o como resultado del atrapamiento mecánico de gas por la digitación de doble escala en los refuerzos fibrosos. [10] Si estas burbujas no se eliminan antes de humedecer las fibras o curar el compuesto, las burbujas podrían convertirse en huecos que pueden encontrarse en toda la estructura compuesta final. [9]
Dado que los huecos se consideran defectos en los materiales compuestos, se aplican muchos métodos para reducirlos. Tradicionalmente, el uso de un sistema de envasado al vacío y un autoclave bajo presión y calor minimiza o evita la formación de huecos.
El sistema de envasado al vacío combinado con autoclave es un método común utilizado en procesos industriales para lograr un bajo contenido de huecos en los compuestos termoendurecibles. La evacuación al vacío es la forma de reducir la cantidad de huecos al transportarlos físicamente fuera de la red de resina y fibra a través de líneas de vacío, y está influenciada por la viscosidad de la resina. La presión del autoclave se utiliza para ayudar al vacío a eliminar el aire atrapado y el exceso de resina, al mismo tiempo que se evita que los volátiles salgan de la resina a altas temperaturas. [11]
La optimización del caudal de inyección se calcula a menudo para minimizar los huecos en los compuestos moldeados por transferencia de resina (RTM) o por infusión de resina asistida por vacío (VARI). Durante la fase de inyección, una resina líquida impregna las fibras antes del curado y la solidificación, lo que a menudo crea huecos en la pieza durante la inyección. A través de un algoritmo entre la velocidad del flujo del fluido (v) y los porcentajes de macrohuecos (V 1 ) y microhuecos (V 2 )
Se puede obtener una tasa optimizada y se pueden reducir los huecos en los compuestos RTM y VARI, mejorando así las propiedades del compuesto. [12] [13]
