En los últimos años, tanto a nivel nacional como internacional, han surgido nuevas tecnologías de moldeo para productos compuestos termoplásticos reforzados con fibra de carbono. Estas tecnologías incluyen la colocación automática de fibras, el moldeo de consolidación rápida por ultrasonidos, el moldeo de consolidación láser, el curado por haz de electrones, el moldeo asistido por vacío y la impresión 3D. A pesar de la alta eficiencia, el bajo costo, el bajo consumo de energía y el alto grado de automatización que ofrecen estas nuevas tecnologías de moldeo, los métodos tradicionales todavía desempeñan un papel importante debido a las limitaciones tecnológicas actuales en las aplicaciones de fibra de carbono.

Las resinas termoplásticas como PEEK, PI y PPS exhiben una fuerte resistencia a la corrosión, tolerancia al daño, resistencia al impacto y tenacidad a la fractura. También se ablandan y se derriten al calentarlos, lo que permite su uso repetido. Cuando se combinan con fibra de carbono de alta resistencia, estos compuestos termoplásticos reforzados con fibra de carbono se han vuelto rápidamente populares en aplicaciones aeroespaciales, militares y civiles de alto nivel. Con el tiempo, se han desarrollado varios procesos de moldeo para aplicaciones de fibra de carbono. saxobrano Nuevo materialCo., Ltd, se especializa en la producción de productos compuestos de fibra de carbono y ha comparado las ventajas y desventajas de varios métodos de moldeo maduros y ampliamente utilizados.

Proceso de moldeo en autoclave

El moldeo en autoclave utiliza gas comprimido a alta temperatura en el autoclave para calentar y presurizar los preimpregnados predispuestos, curándolos y dándoles forma. Este método se utiliza ampliamente para el moldeado integral de materiales compuestos a base de resina y tiene una importancia significativa en la producción industrial. Por ejemplo, el 80% de las piezas estructurales compuestas termoplásticas reforzadas con fibra de carbono utilizadas en el fuselaje, el timón, los elevadores, los revestimientos de las alas y las aletas de cola de los aviones se fabrican mediante moldeo en autoclave.

Durante el proceso de moldeo en autoclave, el preimpregnado se sella en una bolsa de vacío dentro del molde, lo que garantiza una presión uniforme del aire comprimido en todas las direcciones. El flujo de aire comprimido de alta velocidad dentro del autoclave garantiza un calentamiento uniforme durante las etapas de calentamiento y enfriamiento. Además, la presión y temperatura estables dentro del autoclave dan como resultado una baja porosidad y una distribución uniforme de las fibras en los productos compuestos. Por lo tanto, los productos termoplásticos reforzados con fibra de carbono moldeados en autoclave exhiben una distribución uniforme de presión/calor y una calidad estable, lo que hace que este método sea adecuado para producir piezas estructurales grandes y complejas. Sin embargo, los inconvenientes incluyen equipos voluminosos y complejos, alto consumo de energía, costos sustanciales de inversión y producción y baja eficiencia.

Proceso de moldeo por compresión

El moldeo por compresión implica diferentes etapas, como la plastificación del material, el flujo para llenar la cavidad del molde y el curado de la resina. Durante el flujo del material de moldeo compuesto termoplástico reforzado con fibra de carbono hacia la cavidad del molde, tanto la resina termoplástica como la fibra de carbono de refuerzo de alta resistencia deben fluir, lo que resulta en una mayor presión de moldeo en comparación con otros métodos. Este proceso requiere una prensa hidráulica capaz de controlar la presión y moldes metálicos de alta resistencia, alta precisión y resistentes a altas temperaturas. Wuxi Zhishang New Material generalmente emplea métodos de moldeo por compresión y autoclave para fabricar productos compuestos termoplásticos reforzados con fibra de carbono.

Los productos termoplásticos reforzados con fibra de carbono moldeados por compresión exhiben baja tensión interna, mínima deformación, superficies lisas, alta precisión dimensional, propiedades mecánicas estables, baja contracción y buena repetibilidad. Este método es adecuado para moldear productos planos grandes con alta eficiencia de producción y la capacidad de moldear estructuras complejas de una sola vez, lo que facilita la producción en masa, la especialización y la automatización. Sin embargo, la complejidad y el alto costo de la fabricación de moldes, los largos ciclos de moldeo y los desafíos para lograr el llenado completo del molde son desventajas notables en las aplicaciones de fibra de carbono.

Proceso de bobinado de filamentos

El bobinado de filamentos implica precalentar fibras de carbono continuas de alta resistencia impregnadas de resina y enrollarlas en un mandril. El calentamiento continuo y la aplicación de presión consolidan el preimpregnado en una estructura unificada, formando el componente deseado capa por capa. Factores como la temperatura de calentamiento, el método de bobinado, el espacio de extrusión, la temperatura de la resina y la tensión del bobinado de la fibra impactan directamente en la calidad del producto.

En comparación con el proceso de autoclave, el bobinado de filamentos es más propicio para la producción mecanizada y permite ajustes en el rendimiento de resistencia de la fibra de carbono mediante la alteración de los patrones de bobinado. Sin embargo, debido a la incapacidad de las fibras de carbono para adherirse firmemente a la superficie del mandril durante el bobinado, este método no es adecuado para fabricar piezas con superficies cóncavas o convexas.

Proceso de pultrusión

La pultrusión implica impregnar fibras de carbono de alta resistencia en resina y pasarlas a través de una matriz donde se les da forma y se curan bajo presión, formando longitudes continuas de productos compuestos. Este proceso es adecuado para fabricar componentes continuos y de sección transversal constante, lo que significa que sólo puede producir perfiles lineales y no piezas estructurales de formas complejas. Además, debido a las propiedades anisotrópicas de los productos, su resistencia transversal es limitada, lo que presenta limitaciones de aplicación en productos reforzados con fibra de carbono.

Para la producción a gran escala de productos termoplásticos lineales reforzados con fibra de carbono, este proceso ofrece alta automatización, bajo consumo de energía, alto contenido de fibra de carbono, calidad estable del producto y bajo consumo de materia prima. Es un método preferido para producir tipos de productos específicos.

Tecnologías emergentes

En los últimos años, han surgido a nivel mundial numerosas tecnologías nuevas de moldeo para productos compuestos termoplásticos reforzados con fibra de carbono. Estos incluyen la colocación automática de fibras, la consolidación rápida por ultrasonidos, la consolidación por láser, el curado por haz de electrones, el moldeo asistido por vacío y la impresión 3D. Estas nuevas tecnologías ofrecen alta eficiencia, bajo costo, bajo consumo de energía y un alto grado de automatización. Sin embargo, considerando el nivel tecnológico actual de China, sigue existiendo una brecha significativa en investigación y aplicación práctica en comparación con los países desarrollados. Durante un período considerable, los métodos de moldeo tradicionales seguirán siendo esenciales para producir piezas estructurales compuestas termoplásticas reforzadas con fibra de carbono y otros productos en aplicaciones de fibra de carbono.