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Materiales Compuestos de Matriz Termoplástica: Tecnologías y Procesos de Unión

17 agosto 2009

Llegados a este punto, pasamos a ver las tecnologías de fabricación con materiales compuestos de matriz termoplástica; así como su curiosa forma de ser integrada a otras partes de las aeronaves (soldadura).

Ya hemos hablado sobre estos materiales y de sus propiedades de manera muy teórica. Se ha dejado claro la más relevante: la posibilidad de volver a “fundir” la matriz termoplástica para modificar su morfología una y otra vez. En este sentido podemos vislumbrar hacia donde se dirigen las tecnologías para tratar estos materiales compuestos.

Tecnologías de Fabricación y Moldeado

Gracias a la colaboración de Don Luis Rubio (Airbus Military, El Puerto de Santa María), os dejamos aquí varias tecnologías desarrolladas para la industria aeronáutica.

Para comenzar, diremos que las tecnologías empleadas recuerdan más al trabajo própio de chapistería que al tradicional laminado de materiales compuestos. Con esto queremos decir, que para piezas de espesor constante en todo su dominio y geometría no muy compleja, el proceso comienza realizando un laminado con semipregs (tejido preimpregnado por una sola cara). Los patrones empleados tendrán la geometría de la pieza desarrollada con o sin creces de mecanizado (igual que una preforma de chapistería). Acto seguido, este conjunto de láminas se instroducirán en prensas con aplicación de calor. Los útiles de conformado proporcionarán al laminado la geometría requerida, el calor hará fluir la matriz y la presión asegurará la reproducción del hueco del útil. También se usan prensas de gomas, dobladores y plegadoras, etc. siempre y cuando puedan proporcinar el calor necesario para fluidizar la matriz. Estas temperaturas rondan los 300ºC y 400ºC dependiendo del termoplástico empleado como matriz. Esto repercute en un mayor coste de materiales auxiliares yaque deberán resistir mayores temperaturas, aunque por menos tiempo.

Preforma y Forma

Al igual que en el conformado de chapa, los pliegues, estages, reigidizadores, etc. se podrán hacer en una o más etapas, dependiendo de la complejidad y de que, una vez terminada y enfriada, la pieza deberá ser extraída del útil sin que sufra por ello.

De esta manera, las tecnologías empleadas estan relacionadas con estampación con calor, eliminando así los ciclos largos de autoclave y gran parte de muchos mecanizados de creces y de excesos de resina.


En cuanto a piezas que por su forma de trabajar, requieran tener espesores variables (refuerzos en zonas de agarre, etc.), la forma de laminar será igual que con prepregs de epoxy con la salvedad de que los semipreg no poseen esa pegajosidad que ayuda a ser fijado. Para esto, se emplean equipos manuales para aplicar calor a la matriz y hacerla fluir hasta que se adhiera a la capa inferior del laminado. Una vez concluida la secuencia completa de capas, el consolidado último se realizará de la forma antes descrita.

Prensa y costilla


Tecnologías de Unión: Soldadura

La posibilidad de recalentar la matriz termoplástica para volverla a conformar, hace que estos materiales sean idóneos para ser soldados en un proceso que se basa en los mismos principios que las soldaduras en los materiales metálicos. Con esto queremos decir que en los procesos de unión a otras piezas elementales de material compuestos termoplástico, siempre se verá involucrada la aplicación de calor para fusionar ambas matrices, aplicando también presión. De hecho, hemos comentado más arriba que en el caso de tener patrones a laminar de tamaño reducido porque queramos recrecer una zona en concreto, debemos realizar una pequeña soldadura para fijar esa lámina a la capa predecesora y asegurar así su posición exacta.

Las técnicas de soldaduras pueden ser muy sencillas y a la vez muy complejas según el grado de automatización que deseemos. Desde equipos manuales de soldadura por puntos, a roldanas con aplicación de calor y presión en zonas de gran longitud, pasando por útiles de posicionado con aplicación de calor y presión en las zonas a unir. Esto equivaldría a los procesos de curado secundario en materiales compuestos termoestables. Evidentemente, la geometría, la calidad de la unión, el coste y la automatización serán los parámetros decisivos a la hora de emplear una u otra tecnología.

Tecnologías futuras

En desarrollo existen multitud de variantes:

– Soldadura por inducción cuando el refuerzo sea de carbono

Fibre Placement

Thermoplastic Towpreg

– RTM, …

En conclusión, las técnicas de chapistería adaptadas a la aplicación de calor son un valor seguro en el trabajo con estos materiales. La ventaja de poder soldar piezas elementales para realizar conjuntos, permite realizar montajes con relativa velocidad y abaratar costes de ensamblaje. Los procesos automatizados de termoconformado tienen un papel importante en el futuro de estos materiales reciclables.

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