Plásticos y Moldes

Una de las fases más crítica en los procesos de conformado de materiales poliméricos compuestos por inyección de resina (LCM), es la impregnación de la fibra en el interior del molde por la resina. Para maximizar las propiedades mecánicas de la pieza final es fundamental la total impregnación del tejido de refuerzo. El efecto borde es un fenómeno que inevitablemente se produce durante el llenado de molde cargados con fibras y ocurre en los huecos que quedan entre las capas de tejido y las paredes del molde. Estos huecos crean canales por donde la permeabilidad es mucho mayor y como consecuencia el caudal por éstos es mucho mayor que por el resto del molde. La principal consecuencia de este efecto es la pérdida de control sobre el llenado del molde, lo que imposibilita una correcta simulación del llenado y la previsión del campo de presiones sobre el molde.

Tradicionalmente este efecto se ha considerado como un factor de trabajo indeseable e inevitable, sin embargo en los últimos años se ha visto que este efecto puede utilizarse para reducir la presión de inyección o disminuir el tiempo de inyección. En caso de inyectar por vacío el efecto borde ayuda a guiar al frente de avance hacia el punto de vacío, que generalmente se encuentra situado en un punto intermedio de la pieza.

Para una correcta simulación numérica de la fase de llenado, utilizando un flujo Darcy, se hace necesario caracterizar el efecto borde mediante la definición de una permeabilidad equivalente en los canales del molde donde no hay fibra. La permeabilidad es una variable de difícil medición, pero que resulta fundamental para una correcta simulación del proceso de conformado. Existen numerosos métodos para medirla, bien mediante técnicas experimentales, mediante técnicas numéricas o como una combinación de ambas.

En el presente trabajo se pretende modelizar el efecto borde y caracterizar una permeabilidad equivalente mediante técnicas experimentales, que luego se utilizará para simular el llenado mediante una técnica de elementos finitos desarrollada por los autores.

Para la monitorización del frente de avance de la resina se utilizará un molde prototipo que permite la grabación de la secuencia de llenado en vídeo. Este molde está construido en una de sus mitades de metacrilato y en la otra mitad se ha reproducido un canal preferente para el paso del flujo de resina que simula el efecto borde. Se trabajará con diferentes dimensiones de canal y distintas condiciones de llenado (presiones y caudales).

Se utilizará un material tipo sandwich (rovicore) como preforma y diferentes espesores de éste. La inyección con aceite de silicona con un comportamiento quasi-newtoniano y una viscosidad muy similar a las resinas poliméricas utilizadas en LCM. El método es igualmente válido para cualquier otro material o geometría.

La información obtenida del presente trabajo debe servir como base para el cálculo de los canales de llenado en el llenado por vacío y para una correcta estimación de la permeabilidad equivalente.

[1] Bickerton S., S. G. Advani, Experimental Analysis and Numerical Modeling of Flow Channel Effects in Resin Transfer Molding. Polymer Composites, Vol. 21, Nº 1, (2000).

[2] Moon-Kwang Um, Sang-Kwan Lee, A Study on the Determination of In-Plane Permeability of Fiber Preforms. Polymer Composites, Vol. 20, Nº 6,(Dec. 1999).