Moldeo manual de materiales compuestos (hand lay-up)

El moldeo o laminación manual es el método más sencillo para preparar una pieza reforzada con fibra. El proceso se lleva a cabo en un molde abierto, debidamente acondicionado (pulido y agentes desmoldantes). La resina utilizada se mezcla con un catalizador o endurecedor, de lo contrario, el curado puede llevar días o incluso semanas. A continuación, el molde se moja con la mezcla mediante vertido o brochas y pinceles (Inicialmente se puede aplicar una capa de gelcoat en el molde, lo que da un mejor acabado a la pieza terminada). Las láminas de fibra de vidrio o carbono se colocan sobre el molde y se asientan en el molde con rodillos de acero.

Colocación del refuerzo

El material debe estar firmemente compactado contra el molde, el aire no debe quedar atrapado en medio de la fibra de vidrio y el molde. Resina adicional se aplica y posiblemente laminas adicionales de fibra de vidrio. La relación de resina y fibra suele ser de 60 a 40 en peso, pero varía según el producto. Las resinas utilizadas son de baja viscosidad, con el fin de mejorar el impregnado de las fibras. Los rodillos se utilizan para asegurarse de que la resina entre en todas las capas, que la fibra se moja en todo el espesor del laminado y que las burbujas de aire sean eliminadas. El trabajo debe ser hecho con la suficiente rapidez para completar el trabajo antes de la resina empieza a curar.

Compactado mediante rodillos

Se puede lograr diferentes tiempos de curado mediante la alteración de la cantidad de catalizador empleado. Es importante la utilización de la proporción correcta de catalizador en la resina para asegurar el tiempo de curado correcto. Un 1% de catalizador es un curado lento, el 2% es la proporción recomendada, y el 3% dará un curado rápido. La adición de más del 4% puede dar lugar a que la resina cure antes de terminar la aplicación. Opcionalmente y para finalizar el proceso, un peso se aplica desde la parte superior para expulsar el exceso de resina y el aire atrapado. Se utilizan topes (como monedas) para mantener el espesor ya que, de otro modo, el peso podría comprimir más allá del límite deseado. Mediante el uso de herramientas de corte se eliminan excesos de material en los bordes (antes del curado). Una vez curado el material, se procede al desmoldado de la pieza. De ser requerido la pieza puede ser ajustada a su forma final mediante un proceso de mecanizado (limado, lijado, taladrado, corte, etc.) a fin de darle la tolerancia y acabado final a la pieza. Las piezas pueden ser pintadas o laqueadas (en general, cuando no se utiliza gelcoat).

Esquema del proceso

Una variante del moldeo manual consiste en aplicar capas de resina y refuerzo a un núcleo preformado, por lo general de espuma de poliuretano. En este proceso no se utiliza molde puesto que el núcleo ya presenta la forma del producto terminado. El laminado exterior de material compuesto le confiere la rigidez a la pieza mientras que el núcleo de poliuretano hace que la misma sea muy liviana. Un ejemplo de este método es el moldeo de las tablas de surf. Una vez terminado de aplicar el refuerzo y la resina, todo el conjunto se envuelve herméticamente en una lámina de PE y se aplica vacío, a fin de compactar el refuerzo contra el núcleo y eliminar burbujas. Posteriormente se retira el PE y obtiene el producto terminado.

Aspectos básicos del proceso
• Proceso de 2 pasos: todas las piezas se crean de adentro hacia afuera en el molde para obtener la pieza terminada. El proceso de molde abierto es el más común.
• Primer paso: gelcoat
- Se aplica gelcoat, un tipo especial de resina de poliéster, al molde. Puede dársele color con pigmentos o se puede pintar después del proceso. Éste es un acabado superficial del producto.
• Segundo paso: laminación
- El gelcoat es un producto estructuralmente débil. Es necesario laminar la pieza con fibra de vidrio y resina poliéster para darle resistencia estructural. La fibra de vidrio se puede colocar apilada en capas o cortada.

Aplicación de gelcoat
• El gelcoat es un poliéster pigmentado que conforma la superficie estética del producto de composite terminado.
• El gelcoat se rocía sobre el molde con un espesor de 0,38 a 0,63 mm.
• El gelcoat se suele catalizar al 2% (por volumen) y el tiempo de gelificación es de 30 a 45 minutos.
• El molde está listo para la siguiente operación en 2 ó 3 horas.
• El gelcoat se aplica sobre el molde en varias pasadas.
• La mayoría de los proveedores del material recomiendan 2 ó 3 pasadas, como mínimo para lograr el espesor deseado.

Ver más sobre gelcoat

Materiales utilizados
Resinas: Cualquier, por ejemplo, epoxi, poliéster, vinil éster, fenólicas.
Fibras: Cualquiera, fibra de vidrio, carbono, aramida (aunque las telas gruesas de aramida pueden ser difíciles de humedecer con resina mediante el moldeo manual). La fibra de vidrio utilizada en el moldeo por laminación manual, en general, se encuentra en forma de mantas de tela no tejida.

Fibra de carbono

Fibra de vidrio

Fibra de aramida

Núcleos: Cualquiera (habituales: espuma de poliuretano, paneles tipo nido de abejas, madera balsa)

Núcleo nido de abeja

Núcleo madera balsa

Núcleo de espuma de poliuretano

Aplicaciones típicas del moldeo manual:
Entre las aplicaciones típicas del moldeo manual de composites se encuentran la fabricación de aspas de turbinas eólicas, producción de botes, molduras arquitectónicas, paneles, carrocerías, moldes, depósitos, etc.

Bote

Contenedor

Autoparte

Ventajas y desventajas del moldeo manual

Ventajas:
Se pueden producir productos grandes y complejos.
Proceso relativamente sencillo
La inversión en equipos es mínima, así como el coste de manufactura.
Se pueden utilizar una amplia gama de materiales.
El tiempo de espera de arranque y el coste no son elevados.
Los cambios de diseño se ejecutan fácilmente.
Los injertos dentro del molde y los refuerzos estructurales son posibles.
Las construcciones tipo sándwich son posibles con este sistema.
Los trabajadores que se requieren son semi-cualificados y la formación es mínima.
Productos con mayor contenido de fibra y fibras más largas que con el método de moldeo por espreado

Desventajas:
La calidad depende en gran medida de las habilidades del moldeador (contenido de fibra, espesor uniforme en toda la extensión de la pieza, etc., lo que determina las propiedades finales de la pieza)
Las piezas tienen una sola cara lisa que reproduce la superficie del molde
La proporción de fibras que se puede incorporar es limitada
Ciclos excesivamente largos
Salud y consideraciones de seguridad: las resinas de peso molecular más bajo utilizadas tienen el potencial de ser más dañinos que los productos de mayor peso molecular y también tienen una mayor tendencia a penetrar la ropa. Concentraciones en el aire de estireno (muy dañino) requiere sistemas de extracción costosos. Las resinas deben ser de baja viscosidad para ser utilizadas en el moldeo manual. En general, compromete las propiedades mecánicas y térmicas.


Fuentes:
www.gestionidi.com
www.fassmer.de
www.fibre-reinforced-plastic.com
www.sacomposites.com
www.vtcomposites.com
www.eplcompositesolutions.co.uk
www.sandia.gov
www.epa.gov
en.wikipedia.org