La fabricación de compuestos fuera de autoclave es una alternativa al proceso tradicional de curado (industrial) en autoclave de alta presión comúnmente utilizado por los fabricantes aeroespaciales para fabricar material compuesto . Fuera de autoclave (OOA) es un proceso que consigue la misma calidad que un autoclave pero mediante un proceso diferente. [1] El curado OOA logra el contenido de fibra deseado y la eliminación de huecos colocando la capa dentro de un molde cerrado y aplicando vacío, presión y calor por medios distintos de un autoclave. Una prensa RTM es el método típico de aplicar calor y presión al molde cerrado. Actualmente se utilizan varias tecnologías fuera del autoclave, incluido el moldeo por transferencia de resina (RTM), el moldeo por transferencia de resina con el mismo calificado (SQRTM), el moldeo por transferencia de resina asistido por vacío (VARTM) y el moldeo por fluido de presión equilibrada. El más avanzado de estos procesos puede producir componentes de aeronaves con forma neta de alta tecnología.
El moldeo por transferencia de resina (RTM) es un método para fabricar estructuras compuestas de alta tecnología. El proceso RTM es capaz de producir consistentemente piezas compuestas con alta resistencia, geometrías complejas, tolerancias dimensionales estrictas y la calidad de pieza que normalmente se requiere en las aplicaciones aeroespaciales. RTM utiliza un molde cerrado comúnmente hecho de aluminio. Se coloca en el molde una "capa" de fibras, como por ejemplo grafito. El molde se cierra, se sella, se calienta y se coloca al vacío. Se inyecta resina calentada en el molde para impregnar la capa de fibra. Tener el molde calentado y bajo vacío, como en el moldeo por transferencia de resina asistido por vacío (VARTM), ayuda al flujo de resina. Luego se mantiene el molde a una temperatura suficiente para curar la resina. La tecnología RTM actual produce piezas livianas con excelentes propiedades mecánicas. Con estas cualidades, los materiales compuestos están ganando un amplio uso en una variedad de aplicaciones estructurales y no estructurales comunes en la industria aeroespacial y la aviación. RTM es un método para fabricar estas estructuras compuestas. [1] [2]
El mismo moldeo por transferencia de resina calificado (SQRTM) es un método de fabricación de compuestos de molde cerrado similar al RTM (moldeo por transferencia de resina). "Mismo calificado" se refiere a este método que inyecta la misma resina que la utilizada en la capa preimpregnada. Los atributos de "mismos calificados" son importantes para un fabricante porque quienes adoptan este proceso no necesitan volver a calificar los materiales de resina para su proceso de producción. Lo que distingue a SQRTM del moldeo por transferencia de resina estándar es la sustitución de una capa preimpregnada en lugar de una preforma de fibra seca. [3]
SQRTM es un proceso RTM adaptado a la tecnología de preimpregnado. El preimpregnado se coloca en un molde cerrado y durante el ciclo de curado, se inyecta una pequeña cantidad de resina en la cavidad a través de puertos ubicados alrededor de la pieza. Esta resina no entra en el laminado, sino que solo presiona contra el borde del laminado para establecer una presión hidrostática sobre el preimpregnado, similar al objetivo del curado en autoclave. Esta presión es similar a la del autoclave, del orden de 6 a 7 bares (90 a 100 psi). La presión hidrostática minimiza los huecos al mantener el aire disuelto, el agua y los monómeros de resina en solución en la resina. La herramienta puede fijarse y calentarse sola o calentarse y sujetarse mediante una prensa. El equipo está compuesto por una herramienta, una prensa, un inyector y una bomba de vacío. [4]
Los factores clave en el proceso SQRTM incluyen herramientas de molde cerrado maquinadas con precisión, prensas de alta presión, un alto vacío aplicado al interior de la herramienta y un control preciso de las placas calefactoras, el volumen de resina inyectada, el calor y la presión. [ cita necesaria ]
Las ventajas del proceso SQRTM incluyen un alto nivel de integración, tolerancias estrictas y el uso de preimpregnados calificados. Sus desventajas incluyen mayores costos de herramientas y un menor nivel de flexibilidad para diseñar cambios. [5]
El moldeo por transferencia de resina asistido por vacío (VARTM) se diferencia del procesamiento de preimpregnados en que los refuerzos de fibra y los materiales del núcleo se colocan en un molde de un lado y se empaquetan al vacío. La resina líquida se introduce a través de puertos en el molde y se aspira a través de los refuerzos mediante canales diseñados y medios de infusión que facilitan la humectación de la fibra. El curado posterior no requiere mucho calor ni alta presión, a diferencia del autoclave. Las herramientas comparativamente económicas del proceso permiten una producción económica de piezas grandes y complejas de una sola vez, [1] como la cola del Mitsubishi Regional Jet . [6]
El moldeo por presión equilibrada que utiliza fluido como transferencia de calor se practica comercialmente como proceso de "paso rápido". Este proceso permite el curado, curado parcial y unión de materiales compuestos . El proceso implica una tecnología de molde flotante calentado, con presión equilibrada y lleno de líquido. La tecnología de molde flotante calentado utilizada en el proceso funciona aplicando rápidamente calor al laminado que queda atrapado entre un molde rígido o semirrígido de flotación libre que flota y está rodeado por un fluido de transferencia de calor (HTF). El calentamiento rápido puede conducir a viscosidades de resina significativamente más bajas, y esto a su vez permite lograr una consolidación completa del laminado usando presiones más bajas que las utilizadas en autoclave. El molde y el laminado se separan del HTF circulante mediante una membrana flexible. La pieza, normalmente bajo vacío total, está sujeta a presiones de fluido de hasta 250 kPa y puede calentarse rápidamente hasta la temperatura de curado deseada sin riesgo de reacción exotérmica catastrófica, ya que el HTF puede extraer el exceso de calor según se desee. Luego se elimina el aire al vacío y el laminado se compacta y se calienta hasta que la pieza se cura.
Una membrana flexible debajo del molde está unida a una cámara de presión creando la mitad inferior de un conjunto de moldes tipo "clamshell" o "cámara". Una segunda membrana flexible está unida a una segunda cámara de presión creando la mitad superior de la cubierta. Estas cámaras de presión se sujetan entre sí durante el procesamiento, lo que permite comprimir el laminado y al mismo tiempo reducir la tensión en el molde mientras flota en un entorno de presión equilibrada dentro del HTF.
El proceso puede utilizar preimpregnados termoplásticos (fibras compuestas preimpregnadas) termoestables y resina húmeda con fibra seca para producir piezas compuestas superiores. Este proceso fuera de autoclave puede lograr contenidos vacíos de grado aeroespacial de menos del 2 %, con tiempos de ciclo extremadamente rápidos y a presiones significativamente más bajas y costos de mano de obra más bajos que muchos sistemas de producción de autoclave alternativos que utilizan muchos preimpregnados típicos calificados para autoclave. El sistema de salida rápida del autoclave es único porque utiliza un curado con fluido de presión equilibrada completamente sumergido y permite al usuario detener la reacción de curado del compuesto en cualquier punto del ciclo de curado y, por lo tanto, puede detener el procesamiento en todo o parte del laminado y Regrese a él más tarde para completar el curado o para cocurar, unir y adherir otros composites para crear piezas más grandes.
El uso de fluido para controlar la temperatura, a diferencia del gas que generalmente se usa en métodos como el autoclave y el curado en horno, equivale a un menor consumo de energía , tiempos de ciclo más rápidos y un control de temperatura de las piezas extremadamente preciso.
Otro método fuera del autoclave para lograr la compresión externa en piezas compuestas basadas en preimpregnados es mediante el uso de cinta termorretráctil. Sin embargo, este método no logra la alta calidad de los procesos RTM o autoclave porque sin el autoclave o un molde cerrado, la pieza debe curarse en un horno no presurizado. Estas cintas de compresión suelen estar hechas de una película de poliéster (PET). La cinta termorretráctil se aplica a una pieza compuesta antes del ciclo de calentamiento o curado. Cuando se calienta, la cinta se encogerá linealmente (en la dirección de la máquina). La cinta termocontraíble funciona mejor en piezas de sección transversal cilíndrica o semicircular, ya que esto permite que la cinta ejerza fuerzas de compactación uniformes en la superficie de la pieza. Algunos ejemplos serían los tubos compuestos para la industria aeroespacial, la energía eólica, los artículos deportivos de consumo, etc. La cinta termocontraíble permite procesar estas piezas sin la necesidad de curarlas con el calor y la presión de un autoclave.