La fabricación de compuestos fuera de autoclave es una alternativa al proceso tradicional de curado en autoclave de alta presión (industrial) que utilizan habitualmente los fabricantes aeroespaciales para fabricar material compuesto . Fuera de autoclave (OOA) es un proceso que logra la misma calidad que un autoclave pero a través de 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 a un autoclave. Una prensa RTM es el método típico de aplicar calor y presión al molde cerrado. Existen varias tecnologías fuera de autoclave en uso actualmente, incluido el moldeo por transferencia de resina (RTM), el moldeo por transferencia de resina con la misma calificación (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 de forma neta de alta tecnología.
El moldeo por transferencia de resina (RTM) es un método de fabricación de estructuras compuestas de alta tecnología. El proceso RTM es capaz de producir de manera consistente piezas compuestas con alta resistencia, geometrías complejas, tolerancias dimensionales estrictas y la calidad de las piezas que se requiere típicamente en aplicaciones aeroespaciales. El RTM utiliza un molde cerrado, generalmente hecho de aluminio. Se coloca una "capa" de fibra, como grafito, en el molde. 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 al vacío, como en el moldeo por transferencia de resina asistido por vacío (VARTM), ayuda al flujo de resina. Luego, el molde se mantiene 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. El RTM es un método para fabricar estas estructuras compuestas. [1] [2]
El moldeo por transferencia de resina con la misma calificación (SQRTM) es un método de fabricación de compuestos con molde cerrado similar al RTM (moldeo por transferencia de resina). "Con la misma calificación" se refiere a este método que inyecta la misma resina que la utilizada en la capa de preimpregnado. Los atributos de "con la misma calificación" son importantes para un fabricante porque aquellos que adoptan este proceso no necesitan volver a calificar los materiales de resina para su proceso de producción. Lo que diferencia al SQRTM del moldeo por transferencia de resina estándar es la sustitución de una capa de preimpregnado en lugar de una preforma de fibra seca. [3]
SQRTM es un proceso RTM adaptado a la tecnología de preimpregnados. 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 los 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 en el preimpregnado, similar al objetivo del curado en autoclave. Esta presión es similar a la del autoclave, del orden de 6-7 bares (90-100 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 ser autosujeta y autocalentada o calentada y sujetada por 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 mecanizadas con precisión, prensas de alta presión, un alto vacío aplicado al interior de la herramienta y un control preciso de las placas de calentamiento, el volumen de resina inyectada, el calor y la presión. [ cita requerida ]
Las ventajas del proceso SQRTM incluyen un alto nivel de integración, tolerancias estrictas y el uso de preimpregnados calificados. Sus desventajas incluyen costos de herramientas más altos y un nivel menor de flexibilidad para cambios de diseño. [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 solo lado y se envasan al vacío. La resina líquida se introduce a través de los puertos del molde y se aspira al vacío a través de los refuerzos mediante canales diseñados y medios de infusión que facilitan la humectación de la fibra. El curado posterior no requiere calor ni presión elevados, a diferencia del autoclave. Las herramientas de bajo costo comparativamente del proceso permiten la producción económica de piezas grandes y complejas en una sola operación, [1] como la cola del Mitsubishi Regional Jet . [6]
El moldeo a presión equilibrada que utiliza fluido como transferencia de calor se practica comercialmente como el proceso "quickstep". Este proceso permite el curado, curado parcial y unión de materiales compuestos . El proceso implica una tecnología de molde flotante calentado, lleno de fluido y con presión equilibrada. La tecnología de molde flotante calentado que se utiliza en el proceso funciona aplicando rápidamente calor al laminado que está atrapado entre un molde rígido o semirrígido flotante libre que flota en un fluido de transferencia de calor (HTF) y está rodeado por él. El calentamiento rápido puede producir viscosidades de resina significativamente más bajas, y esto a su vez permite lograr una consolidación completa del laminado utilizando presiones inferiores a las que se utilizan en el autoclave. El molde y el laminado se separan del HTF circulante mediante una membrana flexible. La pieza, normalmente al vacío total, está sujeta a presiones de hasta 250 kPa de presión de fluido y se puede calentar rápidamente a la temperatura de curado deseada sin riesgo de una reacción exotérmica catastrófica, ya que el HTF puede absorber el exceso de calor según se desee. Luego se elimina el aire bajo vacío y el laminado se compacta y calienta hasta que la pieza se cura.
Una membrana flexible debajo del molde está adherida a una cámara de presión que crea la mitad inferior de un molde con forma de "almeja" o "cámara". Una segunda membrana flexible está adherida a una segunda cámara de presión que crea la mitad superior de la almeja. Estas cámaras de presión se sujetan entre sí durante el procesamiento, lo que permite comprimir el laminado mientras se reduce la tensión en el molde mientras flota en un entorno de presión equilibrada dentro del HTF.
El proceso puede utilizar preimpregnados termoendurecibles , termoplásticos (fibras compuestas preimpregnadas) y resina húmeda con fibra seca para producir piezas compuestas superiores. Este proceso fuera del autoclave puede lograr contenidos de huecos 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 alternativos de producción en autoclave que utilizan muchos preimpregnados calificados para autoclave típicos. El sistema fuera del autoclave de paso rápido es único en el sentido de que utiliza un curado de 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 volver a él más tarde para completar el curado o para co-curar, unir y unir otros compuestos a él para crear piezas más grandes.
El uso de fluido para controlar la temperatura, a diferencia del gas que generalmente se utiliza en métodos como el curado en autoclave y horno, equivale a un menor consumo de energía , tiempos de ciclo más rápidos y un control de temperatura de la pieza 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. Este método, sin embargo, 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 generalmente están hechas de 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 en la dirección lineal (dirección de la máquina). La cinta termorretráctil funciona mejor en piezas que tienen una sección transversal cilíndrica o semicircular, ya que esto permite que la cinta ejerza fuerzas de compactación uniformes sobre 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 termorretráctil permite procesar estas piezas sin la necesidad de curarlas con el calor y la presión de un autoclave.