Permeabilidad flexible

Frente a los materiales tradicionales, los composites de matriz polimérica han demostrado su adecuación para un gran número de aplicaciones. Esto se debe principalmente a su ligereza, a las excelentes propiedades mecánicas y a la resistencia química. Sin embargo, hoy en día todavía se necesitan mejoras en relación a los procesos de fabricación de los composites para poder reducir su coste y hacerlos más competitivos en relación a otro tipo de materiales, lo que redundará en beneficio de toda la sociedad.
Uno de los métodos más empleados para producir piezas de composite es el Moldeo por Transferencia de Resina (RTM). Aproximadamente 120 000 toneladas de piezas de composites se produjeron durante el 2012 en Europa utilizando este proceso y sus derivados, como el RTM con vacío (VARTM). “El mercado para el RTM ha ido relativamente bien este año aún con un crecimiento cero para el conjunto de los composites. La substitución de procesos abiertos y el creciente uso en la producción automovilística promete un futuro brillante con un fuerte potencial de crecimiento. Además, las mejoras y adaptaciones de los procesos incluidos en esta categoría se centran en un gran número de proyectos de investigación para desarrollar ciclos de producción mejorados y más rápidos, incluyendo una alta producción automovilística”, señala el informe.

Descripción del proceso
En este tipo de procesos, una preforma se coloca dentro de la cavidad del molde. Después éste es cerrado; la resina se inyecta dentro de la cavidad y se polimeriza. Una óptima estrategia de inyección permite una impregnación completa de la preforma y una reducción del tiempo entre que la cavidad se llena y la resina alcanza su tiempo gel. Cuando el proceso es óptimo, se consigue el coste más competitivo para la pieza y las mejores propiedades mecánicas. Un aspecto clave para optimizar el proceso recae en el diseño del molde y en la selección de materias primas. Los puntos de inyección y ventilación tienen una mayor importancia en el diseño del molde. Además, la selección de materias primas teniendo en cuenta sus características con respecto al flujo de la resina podía también mejorar la rentabilidad del proceso.
Una herramienta efectiva para poder entender el comportamiento del flujo de la resina dentro de un molde específico es el prototipo virtual. Una simulación del proceso RTM en la fase del diseño (antes de que el molde sea fabricado) permite la selección de materias primas y de los puntos clave del molde, evitando estrategias de ensayo y error.
Existe software disponible en el mercado para afrontar este problema. Normalmente ofrece al usuario una interfaz fácil de usar y no es necesario contar con excesiva experiencia para realizar correctamente las simulaciones. La principal dificultad no es el software en sí mismo, sino la precisa caracterización de las materias primas, y más específicamente de la permeabilidad.
La caracterización de la permeabilidad, normalmente definida como la facilidad de una preforma para permitir que la resina fluya, ha sido un tema de investigación desde hace mucho tiempo (y lo sigue siendo). Hasta hoy , no hay un enfoque experimental para medir la permeabilidad con resultados consistentes. Cuando la misma preforma se caracteriza, un montaje experimental diferente conduce a resultados diversos. Probablemente esta la razón por la cual los fabricantes de refuerzos no incluyen la permeabilidad en las fichas técnicas de sus productos. Así pues, el resultado de la simulación depende del dispositivo experimental para medir la permeabilidad de diferentes preformas utilizadas para fabricar piezas de composite. La situación es incluso peor cuando se están simulando los procesos de infusión por vacío. En este caso, el flujo de resina a través del espesor de la preforma no es despreciable, por lo que se necesita una caracterización adicional . En este tipo de proceso, no sólo es necesario comprender cómo la resina fluye en plano, sino también a través del espesor de la preforma.
Para finalizar, el desarrollo de un prototipo virtual para optimizar los procesos VARTM requiere un esfuerzo considerable para caracterizar las materias primas. Es necesario disponer de personal cualificado para integrar el sistema completo, que consiste en la determinación de las propiedades relacionadas con el flujo de las materias primas, el diseño de la pieza fabricada, la simulación del flujo de resina y la extracción de las conclusiones adecuadas a partir de los resultados obtenidos. Por ello, en muchas ocasiones, tanto esfuerzo no está justificado frente al intuitivo enfoque del ensayo y error.