DESARROLLO DE PIEZAS POR INFUSIÓN POR VACÍO Y FOTOPOLIMERIZACIÓN

EXEQUIEL GUTIERREZ; GASTON FRANCUCCI; GUSTAVO ARENAS; EXEQUIEL RODRIGUEZ; SILVANA ASMUSSEN

Mar del Plata

Congreso; SAM CONAMET 2022; 2022

INTEMA

Los materiales compuestos basados en matrices poliméricas reforzadas con fibras pueden competir con los materiales tradicionales como el acero debido a sus excelentes propiedades específicas. Sin embrago, una característica que los pone en desventaja es la velocidad de procesamiento para la obtención de piezas finales, ya que el elevado tiempo de curado suele ser inviable en industrias de gran escala y alta velocidad de producción [1]. Los tiempos de curado típicos para las resinas termorrígidas empleadas en materiales compuestos supera en la mayoría de los casos los 30 minutos, pudiendo ser mayor en algunos casos a las 24 horas para alcanzar un entrecruzamiento total. Estos extensos ciclos de curado constituyen un auténtico cuello de botella en el sistema productivo. Aumentar la cadencia de producción y disminuir los costos operativos para ampliar el mercado pasa, necesariamente, por la implementación de nuevas técnicas de procesamiento fuera de estos sistemas tradicionales. En este sentido, la fotopolimerización es una técnica que resulta muy atractiva dado a que se lleva a cabo a temperatura ambiente y ocurre de forma extremadamente rápida, lo que resulta en una reducción importante en los tiempos de producción dentro de la industria [2]. Pero si se desea fotopolimerizar materiales compuestos, deben desarrollarse métodos de manufactura específicos, que permitan el paso de la luz y a su vez la correcta conformación de las piezas. Un método comúnmente utilizado para el procesamiento de materiales compuestos y con gran potencial para llevarse a cabo incorporando la técnica de fotopolimerización es la técnica de infusión por vacío. A diferencia de las resinas utilizadas en fotopolimerización, las resinas típicas utilizadas en infusión por vacío imponen un límite de tiempo de trabajo durante la etapa de impregnación de la fibra, ya que la reacción de polimerización se inicia en la etapa de mezclado. Como consecuencia y, debido a que los tiempos de infusión suelen ser largos, aparecen complejos desafíos tecnológicos y logísticos al momento de fabricar piezas de grandes dimensiones. Por lo tanto, el uso de resinas foto curables con “pot life” técnicamente infinito simplifica enormemente el proceso de infusión, sobre todo en piezas de gran tamaño. En este trabajo se propone incorporar sistemas fotopolimerizables a la técnica de infusión por vacío, de manera de obtener laminados de materiales compuestos con buenas propiedades finales. Se estudiaron diferentes resinas fotopolimerizables basadas en sistemas metacrilato y epoxi para su uso como matriz del material compuesto. A partir de los estudios de viscosidad en función de la temperatura se seleccionaron aquellos que presentaron un rango de viscosidad apropiado para el desarrollo de la técnica. La reacción de fotopolimerización se llevó a cabo con una lámpara de múltiples LEDs que emite en el espectro visible y un sistema fotoiniciador que absorbe en dicho rango. Los sistemas fotopolimerizables se caracterizaron mediante la conversión de enlaces reactivos a través de la técnica de espectroscopía infrarroja por Transformadas de Fourier (FTIR), la contracción por curado y la temperatura de reacción en función del tiempo de iluminación. Finalmente, se realizó la infusión del material compuesto con matriz fotocurable reforzado con fibra de vidrio (Figura 1), y a la pieza obtenida se le determinó la fracción volumétrica de fibras y sus propiedades mecánicas en flexión en tres puntos. Asimismo, se estudió la posibilidad de sustituir la bolsa de vacío empleado en el proceso de infusión por vacío por una membrana flexible de silicona reutilizable. El desarrollo de este trabajo permitió obtener un material compuesto reforzado con fibra de vidrio mediante la técnica de infusión por vacío, presentando mejoras considerables en lo que respecta al tiempo de curado con respecto a los sistemas tradicionales. La caracterización mecánica de los materiales obtenidos demostró que sus propiedades son comparables con las de los compuestos fabricados por infusión utilizando resinas tradicionales, comprobando su factibilidad en la fabricación de piezas estructurales.