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¡Plástico fantástico!

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Se considera que los termoplásticos son el futuro de los compuestos, aunque las tasas de adopción en el mercado aeroespacial siguen siendo relativamente bajas. Andy Whitham de Cygnet Texkimp explica lo que esta área tiene para ofrecer a los fabricantes aeroespaciales y lo que la compañía está haciendo para desarrollar la capacidad termoplástica del mercado.

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Cygnet Texkimp es un constructor de máquinas personalizadas especializado en tecnologías de procesamiento de fibras para los mercados de compuestos, incluyendo preimpregnado, recubrimiento, laminación, corte y bobinado de filamentos. Nuestra empresa es muy conocida por sus máquinas de procesamiento de fibra de carbono basadas en los principios de los termoestables; de hecho, somos uno de los mayores proveedores de tecnologías de preimpregnado de termoestables para la industria aeroespacial mundial.

Hace seis años, comenzamos a desarrollar una alternativa a esta tecnología usando termoplásticos. Nuestra línea de fabricación de termoplásticos puede procesar una gama de polímeros que incluyen el nylon, el carbono y el vidrio, hasta el PEEK. La tecnología ha sido desarrollada para fabricar láminas de preimpresión termoplástica que pueden ser cortadas en cintas y utilizadas para formar estructuras por medio de bobinado de filamentos u otros procesos de colocación de cintas. Esta lámina termoplástica complementa otras máquinas de nuestra cartera, incluyendo el bobinado de filamentos, el bobinado en 3D, el corte y la automatización (carga y descarga).

Permitir que más fabricantes aeroespaciales exploren los termoplásticos es un área apasionante de nuestro trabajo, pero hay importantes desafíos que deben ser superados a lo largo del camino.

La mayoría de los compuestos utilizados en el espacio aéreo hoy en día se basan en la tecnología de los termoestables, y es importante señalar que ésta sigue siendo una tecnología de vanguardia con un desarrollo continuo para mejorar aún más tanto los materiales como los procesos. Sin embargo, las aeronaves más avanzadas del mundo utilizan estructuras compuestas basadas en tecnologías termoestables desarrolladas por primera vez hace décadas.

Un termoestable es una resina o pegamento que se fija durante un proceso químico para cambiar permanentemente su estructura. Los compuestos termoestables se crean combinando el termoestable con una fibra o mezcla de fibras como el carbono o el vidrio. A menudo la fibra y la resina se combinan en una lámina preimpregnada para que el contenido de resina pueda ser controlado con precisión en toda la estructura final.

Es un remolino material

Por el contrario, los plásticos que vemos en la vida cotidiana son, casi sin excepción, termoplásticos - plásticos que pueden ser fundidos y refundidos repetidamente. Son relativamente fáciles de manejar, tienen una serie de propiedades útiles, son rápidos de procesar y fáciles de reciclar. Entonces, ¿por qué la industria de los compuestos en general, incluida la aeroespacial, sigue optando por un sistema que el resto del mundo dejó atrás en la década de 1970?

En primer lugar, las resinas epoxídicas utilizadas en la fabricación de compuestos termoestables son bien conocidas, y en el sector aeroespacial esto realmente importa. Después de 50 años de desarrollo, la seguridad, consistencia y fiabilidad de las tecnologías de termoestables ha sido ampliamente probada. Una vez combinados con la fibra y curados, los termoestables crean laminados extremadamente sólidos. Es importante que se pueda hacer un sistema de resina epoxídica para humedecer la fibra de manera muy eficaz, lo que significa que todas las fibras se recubren y se mantienen unidas con una cantidad mínima de resina para hacer una pieza compuesta realmente fuerte y rígida. Esta rigidez no siempre es deseable, pero al menos se entiende.

Sin embargo, los sistemas de resina epoxídica utilizados en la producción de compuestos termoendurecibles tienen algunas desventajas innegables que son cada vez más importantes, en particular la velocidad de fabricación, la inestabilidad y el impacto ambiental.

No es práctico hacer un gran número de piezas compuestas termoestables usando las técnicas existentes. De hecho, la fabricación con la tecnología convencional de termoestables es un proceso laborioso y complicado en comparación con las técnicas de producción más utilizadas. Esto se debe a los procesos típicamente largos que se necesitan para fabricar piezas de termoestables, que implican fases de curado y posiblemente de post curado que duran varias horas.

La estabilidad del sistema de resina es también una preocupación para los fabricantes. Tan pronto como se mezcla, la resina se vuelve químicamente activa y comienza la cuenta atrás para su "vida útil" (el tiempo en que la resina activa sigue siendo útil). La gestión de la resina significa que es esencial una inversión significativa en equipos de procesamiento adicionales, incluyendo salas de mezcla, congeladores, autoclaves y hornos para controlar la velocidad de esta reacción química.

Por último, el impacto ambiental de las tecnologías de termoestables es una consideración creciente. Además de la toxicidad de los productos químicos utilizados en la producción de termoestables, la parte compuesta químicamente fijada todavía no puede ser fácilmente reciclada.

En todos los sectores del transporte se está impulsando cada vez más la reducción del peso y, por lo tanto, la mejora de la eficiencia energética. Cientos de proyectos en todo el mundo están tratando de aprovechar los beneficios de la construcción con materiales compuestos para reducir el peso de los componentes a un costo razonable y a un ritmo viable de producción.

Una solución propuesta para estos desafíos -que haría los compuestos mucho más atractivos en una gama mucho más amplia de aplicaciones- es utilizar termoplásticos como matriz en lugar de una resina epoxídica. Esta no es en absoluto una nueva metodología - las fibras cortas cortadas se han utilizado para modificar las propiedades de los polímeros durante muchos años en los moldes de inyección - pero ofrece algunas ventajas importantes para el sector aeroespacial y otros mercados.

Por ejemplo, se pueden lograr más fácilmente mejoras significativas en la resistencia al impacto o al calor si se elige un polímero adecuado desde el principio para equilibrar las necesidades de rendimiento frente al costo.

Los termoplásticos ofrecen una ruta significativamente más rápida y más rentable para la fabricación de compuestos que los termoestables porque no hay ninguna reacción química que manejar. Efectivamente, el polímero simplemente se funde y se fija para crear material de preimpresión, por ejemplo, que luego puede volver a fundirse y fijarse para formar piezas de múltiples maneras.

También se puede ahorrar en costos y espacio porque una línea de procesamiento de termoplásticos a gran escala tiene una huella considerablemente más pequeña que una máquina termoestable convencional. No se necesita equipo de mezcla de resinas, maquinaria de revestimiento o rebobinadores de papel, por ejemplo, en la fabricación de compuestos termoplásticos. No requieren hornos o autoclaves para procesarlos, ni equipos especiales de manipulación para manipularlos dentro y fuera de la línea de fabricación, ni congeladores para almacenarlos y transportarlos.

Otro punto interesante desde la perspectiva de la construcción de maquinaria es que las líneas de procesamiento de termoplásticos se calientan eléctricamente, lo que constituye una alternativa más limpia a las líneas termoestables convencionales que utilizan calentadores de aceite y enfriadores de agua.

Cuando la velocidad se encuentra con la demanda

Todo esto significa que el proceso de fabricación de preimpregnados termoplásticos es significativamente más rápido que el de los termoestables y, por lo tanto, potencialmente atractivo en muchos sectores diferentes. Pero aquí reside un desafío: la tasa actual de producción de fibra de carbono en todo el mundo no es lo suficientemente grande como para sostener la adopción generalizada de las técnicas de procesamiento de termoplásticos, lo que significa que los fabricantes se quedarían rápidamente sin carbono. Es difícil especificar un material que no pueda ser obtenido de manera confiable, y esto a su vez sofoca el crecimiento. Con una planta de producción de fibra de carbono que tarda de dos a tres años en ponerse en marcha, este es un desafío que requerirá una inversión considerable para abordarlo.

Como he descrito anteriormente, la certificación de los termoplásticos también es un reto, y una razón importante por la que los termoestables siguen dominando en el sector aeroespacial. La introducción de nueva tecnología en este mercado - en particular para la fabricación de piezas estructurales - es un desafío que no puede ser pasado por alto. Sin embargo, se espera que el mercado de los termoplásticos en piezas no estructurales, como los asientos y sus accesorios, se acelere una vez que se hayan perfeccionado las técnicas de producción.

En términos de su sostenibilidad, los termoplásticos ofrecen interesantes beneficios a prueba de futuro. Por ejemplo, se pueden soldar, lo que es enormemente significativo porque significa que se pueden unir de forma rápida y fácil. Aunque puede ser necesaria una cierta unión mecánica de los componentes para satisfacer los requisitos reglamentarios, éstos pueden moldearse en el componente.

También son más reciclables, lo que les da una ventaja creciente sobre los termoestables cuando los compuestos empiezan a entrar en la corriente principal. Mientras que el reciclaje de los compuestos está también en su infancia, el aumento del volumen de materiales impulsará la innovación y la inversión en esa área.

Mientras tanto, nuestro objetivo es trabajar en colaboración con más fabricantes aeroespaciales para desarrollar la tecnología termoplástica de manera que apoye sus metas y aspiraciones específicas.

https://cygnet-texkimp.com

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