I. Herramientas manuales
Tanto las fibras preimpregnadas como las secas se pueden cortar con herramientas manuales como tijeras, cortadores de pizza y cuchillos. Los materiales fabricados con kevlar son más difíciles de cortar que las fibras de vidrio o carbono y las herramientas se desgastan más rápidamente. Se utilizan un raspador de goma y un cepillo para impregnar la fibra seca con la capa húmeda de resina. Se utilizaron marcadores, reglas y una plantilla circular para crear el diseño de la restauración. Esto se muestra en la Figura 31.
Figura 31: Herramientas de laminación manual para laminados
II. Herramientas accionadas por aire
Para los materiales compuestos se utilizan herramientas eléctricas impulsadas por aire, como taladros, fresadoras y amoladoras. No se recomiendan los motores eléctricos, ya que la fibra de carbono es un material conductor y puede provocar cortocircuitos. Si se utilizan herramientas eléctricas, deben ser del tipo completamente cerrado, como se muestra en la Figura 32.
Figura 32: Herramientas neumáticas para reparaciones de materiales compuestos
III. Placa de película para neumáticos
Normalmente se utiliza una placa de revestimiento de aluminio para sujetar la pieza durante el proceso de curado. Se aplica un agente desmoldante, o película separadora, al encofrado para que la pieza no se adhiera a él. También se utilizan paneles finos recubiertos en la parte superior de la reparación cuando se utiliza un aglutinante térmico. La lámina recubierta proporciona un área calentada de manera más uniforme, que termina con un laminado compuesto más liso.
IV. Herramientas y moldes de apoyo
Algunas reparaciones requieren herramientas para sujetar la pieza o para mantener el perfil de la superficie durante el curado. Se puede utilizar una variedad de materiales para fabricar estas herramientas. El tipo de material depende del tipo de reparación, la temperatura de curado y si se trata de una herramienta temporal o permanente. El curado en horno y tanque de prensa caliente requiere herramientas de soporte debido a las altas temperaturas de curado. Si no se utilizan herramientas de soporte, la pieza se deformará. Hay muchos tipos de materiales para herramientas disponibles. Algunos se moldean para un perfil de pieza específico y otros se utilizan como soportes rígidos para sujetar el perfil durante el curado. El yeso es un material económico y conveniente para contornear. Se puede rellenar con fibra de vidrio, cáñamo u otros materiales. El yeso no es muy duradero, pero se puede utilizar como herramienta temporal. Por lo general, se aplica una capa de resina epoxi reforzada con fibra de vidrio a la superficie lateral de la herramienta para mejorar la calidad del acabado.
Las resinas de moldeo se utilizan para impregnar fibra de vidrio, fibra de carbono u otros materiales de refuerzo para fabricar herramientas permanentes. Las piezas complejas se fabrican a partir de placas de molde de metal o de alta temperatura y se mecanizan en equipos CNC de 5- ejes para fabricar herramientas básicas que se pueden utilizar para fabricar piezas de aeronaves. Esto se muestra en la figura 33/34.
Figura 33: Equipo para fabricación de moldes y herramientas CNC de 5- ejes
Figura 34: Molde de la unidad de admisión de aire
V. Materiales para envasado al vacío
La reparación de componentes de aeronaves compuestos se realiza generalmente mediante la técnica de presurización con bolsa de vacío. Se sella una bolsa de plástico alrededor del área a reparar. A continuación, se bombea aire fuera de la bolsa para que las capas de reparación se junten y no quede aire entre ellas. La presión atmosférica crea una unión fuerte y segura durante el proceso de reparación.
Existen varios materiales de proceso disponibles para envasar al vacío las piezas que se van a utilizar. Estos materiales no forman parte de la reparación y se desechan al final del proceso de reparación.
VI. Agentes desmoldantes
Un agente desmoldante, también conocido como agente desmoldante de herramientas de película, permite que la pieza curada se retire fácilmente del molde o de la placa del neumático.
VII. Placa de separación
La capa separadora crea un camino para que el aire y los componentes volátiles escapen de la reparación. El exceso de resina se recoge en un separador. El material del separador puede consistir en una capa de fibra de vidrio, poliéster no tejido o también puede ser un material perforado recubierto de teflón (Teflon)®. El Manual de reparación estructural (SRM) describe qué tipo y cuántas capas de separación se requieren. Por lo general, cuanto más grueso sea el laminado, más capas se requieren.
VIII. Laminados de superficie
Los laminados superficiales se utilizan normalmente para crear una superficie limpia para fines de unión. Se cura una capa fina de fibra de vidrio con la pieza reparada. Justo antes de que la pieza se adhiera a otra estructura, se retira la capa de revestimiento. La capa de revestimiento se retira fácilmente y deja una superficie limpia para la unión. Las capas de revestimiento están fabricadas con poliéster, nailon, etileno propileno fluorado (FEP) o fibra de vidrio recubierta. Si se sobrecalientan, pueden ser difíciles de quitar. Algunas capas recubiertas pueden dejar contaminación no deseada en la superficie. El material de decapado preferido es el poliéster, que se puede curar con calor para eliminar la contracción.
IX. Cinta adhesiva
La cinta para sellar bolsas de vacío, también conocida como cinta adhesiva, se utiliza para sellar bolsas de vacío a piezas o herramientas. Verifique siempre la clasificación de temperatura de la cinta adhesiva antes de aplicarla para asegurarse de que está utilizando la cinta adhesiva con la clasificación de temperatura adecuada.
X. Película de liberación porosa
Se utiliza una película desprendible porosa para permitir la entrada de aire y volatilidad en la reparación, lo que evita que la capa desprendible se adhiera a la pieza o reparación. Hay diferentes tamaños de orificios y espaciado entre orificios disponibles según el volumen de descarga requerido.
XI. Membrana de separación de sólidos
El uso de una película separadora sólida evita que el preimpregnado o la capa húmeda se adhieran a la superficie de trabajo o a la placa de revestimiento. Si se utiliza una película separadora sólida, también se evita que la resina se filtre y dañe la manta térmica o la placa de revestimiento.
XII. Materiales permeables al aire
El material transpirable descrito se utiliza para proporcionar una vía para que el aire salga de la bolsa de vacío. El material transpirable debe estar en contacto con el separador. Normalmente, la fibra de poliéster se utiliza en pesos de 4 oz o 10 oz. 4 oz se utiliza para aplicaciones por debajo de 50 libras por pulgada cuadrada (psi) y 10 oz se utiliza para 50 - 100 psi.
XIII. Bolsas de vacío
Los materiales de las bolsas de vacío proporcionan una capa resistente entre la reparación y el aire.
Los materiales de las bolsas de vacío están disponibles en una variedad de clasificaciones de temperatura, así que asegúrese de que el material utilizado para la reparación pueda soportar las temperaturas de curado. La mayoría de los materiales de las bolsas de vacío son de un solo uso, pero los que están hechos de caucho de silicona flexible son reutilizables. Se realizan dos pequeños cortes en el material de la bolsa para permitir la instalación de la válvula de la sonda de vacío. Las bolsas de vacío no son muy flexibles y, si desea adaptarse a formas complejas, debe hacer capas en la bolsa. A veces, se utilizan bolsas tipo sobre, pero la desventaja de este método es que la presión del vacío puede aplastar las piezas. Las bolsas reutilizables hechas de caucho de silicona son más flexibles. Algunas tienen mantas térmicas incorporadas que simplifican la tarea de embolsado. Esto se muestra en las figuras 35/36/37.
Figura 35: Materiales de embalaje
Figura 36: Bolsas para piezas complejas
Figura 37: Bolsas de vacío autosellantes para elementos calefactores
XIV. Equipos de vacío
Las bombas de vacío se utilizan para extraer aire y sustancias volátiles de la bolsa de vacío para fabricar laminados fijos a presión atmosférica. En los talleres de reparación se utilizan bombas de vacío especializadas. Para las reparaciones de aeronaves, se pueden utilizar bombas de vacío móviles. La mayoría de los adhesivos de unión en caliente tienen una bomba de vacío incorporada. Se utilizan mangueras de aire especiales como líneas de vacío porque las mangueras de aire comunes se pueden aplanar durante el vacío. Las líneas de vacío que se utilizan en hornos o autoclaves deben poder soportar las altas temperaturas de la unidad de calentamiento. A veces se utilizan reguladores de presión de vacío para reducir la presión de vacío durante el envasado.
XV. Mesa de compactación al vacío
Una mesa de compactación al vacío es una herramienta muy útil para descomponer laminados compuestos de varias capas. La mesa de compactación es básicamente una bolsa de vacío reutilizable que consta de una superficie metálica con una tapa con bisagras. La tapa incluye un marco resistente, una membrana flexible y un sello de vacío. La capa de reparación se coloca sobre la superficie de la mesa y se sella debajo de la tapa con un vacío para eliminar el aire atrapado. Algunas de las mesas compactadas se sometieron a calor, pero la mayoría no.
XVI. Horno
Los materiales compuestos se pueden curar en un horno utilizando una variedad de métodos de aplicación de presión. Normalmente, se utiliza una camisa de vacío para eliminar los componentes volátiles y el aire atrapado y se curan utilizando presión atmosférica, como se muestra en la Figura 38. Otro método de aplicación de presión para el curado en horno es el uso de film retráctil o cinta retráctil. El horno cura el sistema de material utilizando aire caliente que circula a altas velocidades. Las temperaturas típicas de curado en horno son 250 grados F (121 grados ) y 350 grados F (176,67 grados ). El horno tiene un sensor de temperatura que envía datos de temperatura al controlador del horno. La temperatura del horno puede diferir de la temperatura real de la pieza según la ubicación del sensor del horno y la posición de la pieza en el horno.
Figura 37: Horno de curado de doble puerta
La masa térmica de la pieza dentro del horno suele ser mayor que la masa térmica del horno circundante, y la temperatura de la pieza se retrasará considerablemente con respecto a la temperatura del horno durante el proceso de calentamiento. Para manejar estas diferencias, se deben colocar al menos dos termopares (químicos) en la pieza y conectarlos a un dispositivo de detección de temperatura (registrador gráfico independiente, aglutinante térmico, etc.) ubicado fuera del horno. Algunos controladores de hornos se pueden controlar mediante un termopar (químico) colocado en la pieza a reparar.
XVII. Tanques de prensado en caliente
Los sistemas de tanques de prensado en caliente permiten que se produzcan reacciones químicas complejas dentro de un recipiente a presión para tratar una amplia variedad de materiales en función de distribuciones de tiempo, temperatura y presión específicas. Como se muestra en la Figura 39, las variaciones en los materiales y procesos aumentan las condiciones de funcionamiento de los tanques de prensado en caliente de alta temperatura de 120 grados (250 grados F) y 275 kPa (40 psi) a más de 760 grados (1400 grados F) y 69,000 kPa (10,000 psi). Los tanques de prensado en caliente de alta temperatura que funcionan a temperaturas y presiones más bajas pueden presurizarse con aire, pero si se requieren temperaturas y presiones más altas para el ciclo de curado, se debe utilizar una mezcla de aire y nitrógeno en una proporción de 50/50 o 100% de nitrógeno para reducir la incidencia de incendios en los tanques de prensado en caliente de alta temperatura.
Figura 39: Tanque de prensado en caliente de alta temperatura
Los componentes principales de un sistema de autoclave son: un recipiente para mantener la presión, una fuente para calentar la corriente de gas y hacerla circular uniformemente dentro del recipiente, un subsistema para aplicar vacío a las piezas cubiertas por la bolsa de vacío, un subsistema para controlar los parámetros de funcionamiento y un subsistema para cargar los moldes en el autoclave. Los autoclaves modernos están controlados por ordenadores que permiten al operador programar y supervisar todo tipo de ciclos de curado. La forma más precisa de controlar el ciclo de curado es controlar el controlador del tanque de prensado en caliente con termopares colocados en la pieza real.
La mayoría de las piezas procesadas en el tanque de prensado en caliente se cubren con una bolsa de vacío que se utiliza principalmente para compactar el laminado y proporcionar una vía para la eliminación de sustancias volátiles. La bolsa de vacío permite que la pieza exista con una presión diferencial fuera de la prensa en caliente sin exposición directa al entorno de la prensa en caliente. Las bolsas de vacío también se utilizan para aplicar distintos grados de vacío a las piezas.
XVIII. Aglutinantes térmicos y lámparas de calor
Los métodos de calentamiento típicos a bordo incluyen mantas térmicas de resistencia, lámparas de calor infrarrojas y dispositivos de aire caliente. Todos los dispositivos de calentamiento deben controlarse de alguna manera para que se pueda aplicar la cantidad correcta de calor. Esto es particularmente importante para las reparaciones que utilizan preimpregnados y adhesivos, donde a menudo se especifican velocidades de calentamiento y enfriamiento controladas.
XIX. Conectores térmicos
Un conector térmico es un dispositivo portátil que controla automáticamente el calentamiento en función de la retroalimentación de temperatura del área de reparación. La ligadora térmica también tiene una bomba de vacío para suministrar y monitorear el equipo de vacío en la bolsa de vacío. La ligadora térmica controla el ciclo de curado con termopares colocados cerca de la reparación. Algunas reparaciones requieren hasta 10 termopares. Las ligadoras térmicas modernas pueden ejecutar muchos tipos diferentes de programas de curado y los datos del ciclo de curado se pueden imprimir o cargar a una computadora. Esto se muestra en la Figura 40.
Figura 40: Equipo de enlace en caliente
XX. Mantas térmicas
Una manta térmica es un calentador flexible. Está hecha de dos capas de caucho de silicona con un calentador de resistencia de metal entre las dos capas. Las mantas térmicas son un método común para proporcionar calor para el mantenimiento de aeronaves. Las mantas térmicas se pueden controlar manualmente; sin embargo, generalmente se utilizan con un aglutinante térmico. El calor se transfiere desde la manta por conducción. Por lo tanto, la manta térmica debe adaptarse y estar en contacto al 100% con la pieza, lo que generalmente se logra mediante la presión de una bolsa de vacío. Como se muestra en la Figura 41.
Figura 41: Manta térmica
XXI. Lámparas de calor
Las lámparas de calor infrarrojas se pueden utilizar para curar materiales compuestos a altas temperaturas si no se utilizan bolsas de vacío. Sin embargo, suelen ser ineficaces cuando las temperaturas de curado superan los 150 grados Fahrenheit o cuando el área supera los 2 pies cuadrados. También es difícil controlar el calor con una lámpara, y las lámparas tienden a producir altas temperaturas superficiales muy rápidamente. Las lámparas de calor se pueden utilizar para aplicar calor de curado a superficies grandes o irregulares si se controlan con un termostato. Se pueden utilizar aglutinantes térmicos para controlar la lámpara de calor.
XII. Sistemas de aire caliente
Los sistemas de aire caliente se pueden utilizar para curar reparaciones compuestas y se limitan principalmente a reparaciones pequeñas y áreas de reparación en seco. Una vez finalizado el envasado al vacío, un generador de calor proporciona aire caliente directamente a un recinto aislado colocado alrededor del área de reparación. El aire caliente rodea la reparación con un aumento de temperatura uniforme.
Continuará
Fuente Sitio web público "Composites Frontier"