Plàstics i Motlles

Una de les fases més crítica en els processos de conformat de materials polimèrics compostos per injecció de resina (LCM), és la impregnació de la fibra a l'interior del motlle per la resina. Per maximitzar les propietats mecàniques de la peça final és fonamental la total impregnació del teixit de reforç. L'efecte vora és un fenomen que inevitablement es produeix durant l'ompliment de motlle carregats amb fibres i ocorre en els buits que queden entre les capes de teixit i les parets del motlle. Aquests buits creen canals per on la permeabilitat és molt més gran i com a conseqüència el cabal per aquests és molt més gran que per la resta del motlle. La principal conseqüència d'aquest efecte és la pèrdua de control sobre l'ompliment del motlle, el que impossibilita una correcta simulació de l'ompliment i la previsió del camp de pressions sobre el motlle.

Tradicionalment aquest efecte s'ha considerat com un factor de treball indesitjable i inevitable, però en els últims anys s'ha vist que aquest efecte pot utilitzar-se per reduir la pressió d'injecció o disminuir el temps d'injecció. En cas d'injectar per buit l'efecte vora ajuda a guiar al capdavant d'avanç cap al punt de buit, que generalment es troba situat en un punt intermedi de la peça.

Per a una correcta simulació numèrica de la fase d'ompliment, utilitzant un flux Darcy, es fa necessari caracteritzar l'efecte vora mitjançant la definició d'una permeabilitat equivalent en els canals del motlle on no hi ha fibra. La permeabilitat és una variable de difícil mesura, però que resulta fonamental per a una correcta simulació del procés de conformat. Existeixen nombrosos mètodes per mesurar-la, bé mitjançant tècniques experimentals, mitjançant tècniques numèriques o com una combinació d'ambdues.

En el present treball es pretén modelitzar l'efecte vora i caracteritzar una permeabilitat equivalent mitjançant tècniques experimentals, que després s'utilitzarà per simular l'ompliment mitjançant una tècnica d'elements finits desenvolupada pels autors.

Per a la monitorització del front d'avanç de la resina s'utilitzarà un motlle prototip que permet l'enregistrament de la seqüència d'ompliment en vídeo. Aquest motlle està construït en una de les meitats de metacrilat i en l'altra meitat s'ha reproduït un canal preferent per al pas del flux de resina que simula l'efecte vora. Es treballarà amb diferents dimensions de canal i diferents condicions d'ompliment (pressions i cabals).

S'utilitzarà un material tipus sandvitx (rovicore) com preforma i diferents gruixos d'aquest. La injecció amb oli de silicona amb un comportament quasi-newtonià i una viscositat molt similar a les resines polimèriques utilitzades en LCM. El mètode és igualment vàlid per a qualsevol altre material o geometria.

La informació obtinguda d'aquest treball ha de servir com a base per al càlcul dels canals d'ompliment en l'ompliment per buit i per a una correcta estimació de la permeabilitat equivalent.

[1] Bickerton S., SG Advani, Experimental Analysis and Numerical Modeling of Flow Channel Effects in Resin Transfer Molding. Polymer Composites, Vol 21, N º 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, N º 6, (Dec 1999).