Cómo diseñar refuerzos para flujo de resina óptima en procesos de borde

Estrategias de diseño para las fuerzas de seguridad

Más allá de los principios básicos, varias estrategias avanzadas permiten a los ingenieros adaptar la arquitectura del refuerzo para un flujo óptimo en piezas exigentes.

Integración de los medios de flujo

Los medios de comunicación son capas de alta capacidad, como la malla de polipropileno, las películas perforadas o las telas no tejidas altamente porosas, que se colocan dentro o sobre la pila de refuerzo. Proporcionan caminos de baja resistencia para la resina para extenderse rápidamente a través de la parte, reduciendo los tiempos de inyección y mejorando el flujo de las láminas gruesas, se pueden utilizar múltiples capas de los medios de flujo para distribuir la resina desde múltiples puntos de inyección.

Reforzamiento Arquitectura y Diseño de Canales

Para las geometrías complejas, los tejidos planos estándar no pueden bastar. Preformas diseñadas con canales de flujo integrados, creados por capas de tejido extra apiladas selectivamente, utilizando hilos de espaciadora sacrificial, o incorporando canales termoplásticos, pueden ser resina directa a zonas difíciles de alcanzar. Estos canales deben diseñarse para evitar la creación de puntos secos: deben accionar o terminar en los conductos para permitir la evacuación de aire[LT]

Utilizando Insertos y Materiales básicos

Los insertos y los núcleos de espuma son necesarios para piezas funcionales como soportes o paneles. Estos elementos crean discontinuidades locales en permeabilidad y pueden atrapar el aire si no se aborda. Las soluciones incluyen los insertos de envoltura con una capa de tejido de encaje, los surcos de mecanizado en núcleos de espuma para actuar como canales de flujo, o el uso de núcleos perforados que permiten el flujo de enclavamiento.

Inyección de múltiples puertos y puertas secuenciales

Para piezas grandes o complejas, una sola puerta de inyección puede no proporcionar un flujo adecuado. Múltiples puertas de inyección, controladas por válvulas secuenciales, pueden programarse para abrir y cerrar basado en presión o posición delantera de flujo. El diseño de refuerzo debe incorporar guías de flujo, como capas de alta capacidad localizadas, que steer resina lejos de una puerta hacia la siguiente zona activa. Esto requiere una simulación cuidadosa para asegurar que ninguna región esté protagonizada.

Selección de materiales para los refuerzos RTM

La elección de la fibra y la forma de tejido afecta profundamente el flujo de resina. Mientras que las propiedades estructurales son primordiales, las limitaciones de fabricación también deben guiar la selección de materiales.

Tejidos de fibra continuos tejidos

Los tejidos tejidos ofrecen una permeabilidad predecible y repetible y son ampliamente utilizados en RTM. Los estilos húmedos como la simple y twill proporcionan arquitecturas estables y de bajo impacto que minimizan la distorsión de fibra durante la compactación. Para un flujo óptimo, evita los remolques pesados que crean grandes brechas entre hilos, ya que pueden causar vías de flujo preferencial y posteriores manchas secas.

Tejidos no de camarón (NCF)

Los NCF consisten en múltiples capas unidireccionales cosidas juntas. Ofrecen una alta alineación de fibra y una alta permeabilidad en el plano, pero la permeabilidad por el espesor es menor a menos que el cosido crea canales de flujo. Al utilizar NCFs, el patrón de costura (trigo, cadena o punto de urdimbre) debe ser seleccionado para equilibrar la permeabilidad y la integridad mecánica.

Tapes y prepregs unidireccionales en RTM

Las cintas unidireccionales se utilizan a veces en procesos híbridos RTM donde se produce una pre-imregnación. Ofrecen la fracción de volumen de fibra más alta pero permeabilidad extremadamente baja perpendicular a las fibras. Al diseñar con cintas UD, la pila de refuerzo debe incluir capas de flujo transversal, como una estera fina no tejido, cada una de las capas para permitir que la resina se disemine a través de la parte.

Tejidos y híbridos de especialidades

Los recientes desarrollos incluyen telas con características de aumento de flujo incorporado, como estructuras de tejido 3D con canales integrados o regiones porosos. Los tejidos híbridos de vidrio de carbono pueden combinar conductividad para el monitoreo de la salud estructural con una permeabilidad optimizada. Estos materiales siguen emergendo pero ofrecen soluciones prometedoras para partes altamente complejas donde el diseño de refuerzo tradicional se reduce. Composites World] ofrece estudios de casos sobre tales innovaciones.

Simulación y modelado para el diseño de reforzamiento

El prototipado físico es costoso y consumido. La dinámica de fluidos computacionales (CFD) y las herramientas de simulación de procesos permiten ahora a los ingenieros probar diseños de refuerzo virtualmente antes de cortar tela.

Permeability Caracterización y Datos de Entrada

La simulación precisa depende de valores de permeabilidad confiables para el refuerzo elegido. Tanto la permeabilidad en el plano como la permeabilidad por el espesor deben medirse utilizando métodos de prueba estandarizados (por ejemplo, ASTM D6571 para el flujo saturado). Estos valores son entonces entrada en software como PAM-RTM, Moldex3D o LIMS (Liquid Injection Molding Simulation).

Predicción y optimización del frente de flujo

La simulación puede predecir la evolución del frente de flujo de resina, destacando posibles zonas de secado y de captación de aire. El ingeniero puede ajustar el diseño de refuerzo, los medios de flujo de la ropa, la secuencia de la capa cambiante o la reposición de los ventosas, y re-correr la simulación. Este proceso iterativo reduce la necesidad de múltiples ensayos de molde.

Estudio de caso: Optimización de flujo para una costilla de ala

Considere una compleja costilla de ala de fibra de carbono con pasajes de encordado y espesor variable. El diseño inicial utilizó un tejido estándar con una sola puerta de inyección en la raíz. Simulación reveló que la resina alcanzó la punta sólo después de 90 segundos, con un punto seco cerca del corte de enganche de enganche. Al añadir una tira de 50 mm de ancho de los medios de flujo de alta permeabilidad en la superficie superior y una segunda puerta de inyección en el equipo de cuatro tiempos de en el apilado completo

Técnicas de prueba y validación

No importa cuán exhaustiva sea la simulación, la validación física sigue siendo esencial. Un plan de prueba estructurado ayuda a perfeccionar el diseño de refuerzo y calificar el proceso de fabricación.

Pruebas de visualización de flujo

El método más simple es inyectar una resina clara o teñida (o un fluido surrogado con viscosidad similar) en un molde transparente equipado con el refuerzo del candidato. Observar el flujo delantero a través de una placa superior translúcida o a través de una cámara a través de un molde de vidrio revela la correa, manchas secas y flujo desigual. La inyección de tinte permite el seguimiento de múltiples flujos de lotes; los mismos colores de presión de aceite.

Inspección de la inyección posterior

Después de la inyección y la cura, la parte puede ser seccionada y examinada microscópicamente para micro-voids. Alternativamente, ]ultrasonic C-scan o radiografía computada tomografía (CT) proporciona una detección no destructiva de porosidad y paquetes de fibra seca. Comparación de contenido de vacío en diferentes contenidos de refuerzo cuantificación cuantifica qué diseños generalmente ejecutan el 1% de vacío

Pruebas de permeabilidad de la banca

Antes de los ensayos de moldes completos, la permeabilidad de la pila de refuerzo (o capas individuales) se puede medir utilizando un simple sistema de flujo radial. Una presión constante impulsa fluido a través de un espécimen circular, y los datos de caudal se utilizan para calcular la permeabilidad. Este test de banco identifica rápidamente si una nueva secuencia de tejido o apilado cae dentro del rango esperado.