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Los materiales compuestos se combinan con fibras de refuerzo y un material plástico. El papel de la resina en los materiales compuestos es crucial. La elección de la resina determina una serie de parámetros característicos del proceso, algunas propiedades mecánicas y funcionalidad (propiedades térmicas, inflamabilidad, resistencia ambiental, etc.), las propiedades de la resina también son un factor clave para comprender las propiedades mecánicas de los materiales compuestos. Cuando se selecciona la resina, se determina automáticamente la ventana que determina el rango de procesos y propiedades del compuesto. La resina termoendurecible es un tipo de resina comúnmente usado para compuestos de matriz de resina debido a su buena capacidad de fabricación. Las resinas termoendurecibles son casi exclusivamente líquidas o semisólidas a temperatura ambiente, y conceptualmente se parecen más a los monómeros que componen la resina termoplástica que a la resina termoplástica en el estado final. Antes de que las resinas termoendurecibles se curen, se pueden procesar en varias formas, pero una vez curadas usando agentes de curado, iniciadores o calor, no se pueden volver a moldear porque se forman enlaces químicos durante el curado, lo que hace que las moléculas pequeñas se transformen en polímeros rígidos reticulados tridimensionales con pesos moleculares más altos.

Existen muchos tipos de resinas termoendurecibles, siendo las más utilizadas las resinas fenólicas,resinas epoxi, resinas de bis-caballo, resinas de vinilo, resinas fenólicas, etc.

(1) La resina fenólica es una resina termoendurecible temprana con buena adhesión, buena resistencia al calor y propiedades dieléctricas después del curado. Sus características destacadas son excelentes propiedades ignífugas, baja tasa de liberación de calor, baja densidad de humo y combustión. El gas liberado es menos tóxico. Su procesabilidad es buena y los componentes de material compuesto pueden fabricarse mediante procesos de moldeo, bobinado, laminado manual, pulverización y pultrusión. Un gran número de materiales compuestos a base de resina fenólica se utilizan en la decoración de interiores de aeronaves civiles.

(2)Resina epoxídicaEs una matriz de resina temprana utilizada en estructuras aeronáuticas. Se caracteriza por su amplia variedad de materiales. Diferentes agentes de curado y aceleradores permiten alcanzar temperaturas de curado que van desde temperatura ambiente hasta 180 °C; posee propiedades mecánicas superiores; buena compatibilidad de fibras; resistencia al calor y a la humedad; excelente tenacidad; excelente fabricabilidad (buena cobertura, viscosidad moderada de la resina, buena fluidez, ancho de banda presurizado, etc.); adecuada para el moldeo por cocurado de componentes grandes; y económica. Su excelente proceso de moldeo y su excepcional tenacidad la convierten en una matriz de resina clave para materiales compuestos avanzados.

(3)resina de viniloes reconocida como una de las excelentes resinas resistentes a la corrosión. Puede soportar la mayoría de los ácidos, álcalis, soluciones salinas y medios solventes fuertes. Es ampliamente utilizada en la fabricación de papel, industria química, electrónica, petróleo, almacenamiento y transporte, protección ambiental, barcos, industria de iluminación automotriz. Tiene las características del poliéster insaturado y la resina epoxi, por lo que tiene tanto las excelentes propiedades mecánicas de la resina epoxi como el buen rendimiento del proceso del poliéster insaturado. Además de una excelente resistencia a la corrosión, este tipo de resina también tiene buena resistencia al calor. Incluye tipo estándar, tipo de alta temperatura, tipo retardante de llama, tipo de resistencia al impacto y otras variedades. La aplicación de resina de vinilo en plástico reforzado con fibra (FRP) se basa principalmente en la laminación manual, especialmente en aplicaciones anticorrosivas. Con el desarrollo de SMC, su aplicación en este sentido también es bastante notable.

(4) La resina de bismaleimida modificada (denominada resina de bismaleimida) se desarrolló para satisfacer los requisitos de matriz de resina compuesta de los nuevos aviones de combate. Estos requisitos incluyen la fabricación de componentes de gran tamaño y perfiles complejos a 130 °C. En comparación con la resina epoxi, la resina Shuangma se caracteriza principalmente por su superior resistencia a la humedad y al calor, y su alta temperatura de funcionamiento. La desventaja es que su fabricación no es tan buena como la de la resina epoxi, y su temperatura de curado es alta (superior a 185 °C), lo que requiere una temperatura de 200 °C. O bien, durante largos periodos a una temperatura superior a 200 °C.
(5)La resina de éster de cianuro (qing diaacústico) tiene una constante dieléctrica baja (2,8 ~ 3,2) y una tangente de pérdida dieléctrica extremadamente pequeña (0,002 ~ 0,008), una temperatura de transición vítrea alta (240 ~ 290 ℃), baja contracción, baja absorción de humedad, excelentes propiedades mecánicas y propiedades de unión, etc., y tiene una tecnología de procesamiento similar a la resina epoxi.
En la actualidad, las resinas de cianato se utilizan principalmente en tres aspectos: placas de circuitos impresos para materiales estructurales de transmisión de ondas de alto rendimiento, de alta velocidad y de alta frecuencia digitales y materiales compuestos estructurales de alto rendimiento para la industria aeroespacial.

En resumen, el rendimiento de la resina epoxi no solo depende de las condiciones de síntesis, sino también de su estructura molecular. El grupo glicidilo es un segmento flexible que reduce la viscosidad y mejora el rendimiento del proceso, a la vez que reduce la resistencia térmica de la resina curada. Las principales estrategias para mejorar las propiedades térmicas y mecánicas de las resinas epoxi curadas son el bajo peso molecular y la multifuncionalización para aumentar la densidad de reticulación e introducir estructuras rígidas. Sin embargo, la introducción de una estructura rígida conlleva una disminución de la solubilidad y un aumento de la viscosidad, lo que a su vez reduce el rendimiento del proceso de la resina epoxi. Mejorar la resistencia térmica del sistema de resina epoxi es fundamental. Desde el punto de vista de la resina y el agente de curado, cuantos más grupos funcionales haya, mayor será la densidad de reticulación y mayor la Tg. Operación específica: utilizar resina epoxi multifuncional o agente de curado, y utilizar resina epoxi de alta pureza. El método comúnmente utilizado consiste en añadir una cierta proporción de resina epoxi de o-metil acetaldehído al sistema de curado, lo cual ofrece buenos resultados y un bajo costo. Cuanto mayor sea el peso molecular promedio, más estrecha será la distribución del peso molecular y mayor será la Tg. Operación específica: Utilizar una resina epoxi multifuncional, un agente de curado u otros métodos con una distribución del peso molecular relativamente uniforme.

Como una matriz de resina de alto rendimiento utilizada como una matriz compuesta, sus diversas propiedades, tales como procesabilidad, propiedades termofísicas y propiedades mecánicas, deben satisfacer las necesidades de las aplicaciones prácticas. La fabricabilidad de la matriz de resina incluye la solubilidad en solventes, la viscosidad del fundido (fluidez) y los cambios de viscosidad, y los cambios del tiempo de gel con la temperatura (ventana de proceso). La composición de la formulación de la resina y la elección de la temperatura de reacción determinan la cinética de la reacción química (velocidad de curado), las propiedades reológicas químicas (viscosidad-temperatura versus tiempo) y la termodinámica de la reacción química (exotérmica). Diferentes procesos tienen diferentes requisitos para la viscosidad de la resina. En términos generales, para el proceso de bobinado, la viscosidad de la resina es generalmente alrededor de 500 cPs; para el proceso de pultrusión, la viscosidad de la resina es alrededor de 800~1200 cPs; para el proceso de introducción al vacío, la viscosidad de la resina es generalmente alrededor de 300 cPs, y el proceso RTM puede ser más alto, pero generalmente, no superará los 800 cPs; Para el proceso de preimpregnación, se requiere una viscosidad relativamente alta, generalmente entre 30 000 y 50 000 cPs. Por supuesto, estos requisitos de viscosidad dependen de las propiedades del proceso, el equipo y los materiales, y no son estáticos. En general, a medida que aumenta la temperatura, la viscosidad de la resina disminuye en el rango de temperatura inferior; sin embargo, a medida que aumenta la temperatura, también se produce la reacción de curado de la resina; cinéticamente hablando, la temperatura. La velocidad de reacción se duplica por cada aumento de 10 ℃, y esta aproximación sigue siendo útil para estimar cuándo la viscosidad de un sistema de resina reactiva alcanza un punto crítico. Por ejemplo, un sistema de resina con una viscosidad de 200 cPs a 100 ℃ tarda 50 minutos en aumentar su viscosidad a 1000 cPs; el tiempo necesario para que el mismo sistema de resina aumente su viscosidad inicial de menos de 200 cPs a 1000 cPs a 110 ℃ es de unos 25 minutos. La selección de los parámetros del proceso debe considerar plenamente la viscosidad y el tiempo de gelificación. Por ejemplo, en el proceso de introducción al vacío, es necesario garantizar que la viscosidad a la temperatura de operación se encuentre dentro del rango requerido por el proceso, y la vida útil de la resina a esta temperatura debe ser lo suficientemente larga como para garantizar su importación. En resumen, la selección del tipo de resina en el proceso de inyección debe considerar el punto de gelificación, el tiempo de llenado y la temperatura del material. Otros procesos presentan una situación similar.

En el proceso de moldeo, el tamaño y la forma de la pieza (molde), el tipo de refuerzo y los parámetros del proceso determinan la tasa de transferencia de calor y la transferencia de masa. La resina cura mediante calor exotérmico, generado por la formación de enlaces químicos. Cuantos más enlaces químicos se formen por unidad de volumen y por unidad de tiempo, más energía se liberará. Los coeficientes de transferencia de calor de las resinas y sus polímeros suelen ser bastante bajos. La tasa de eliminación de calor durante la polimerización no puede igualar la tasa de generación de calor. Estas cantidades incrementales de calor aceleran las reacciones químicas, lo que resulta en una mayor... Esta reacción autoacelerada eventualmente provocará fallas por tensión o degradación de la pieza. Esto es más prominente en la fabricación de piezas compuestas de gran espesor, y es particularmente importante optimizar la trayectoria del proceso de curado. El problema del sobreimpulso local causado por la alta tasa exotérmica del curado del preimpregnado y la diferencia de estado (como la diferencia de temperatura) entre la ventana de proceso global y la ventana de proceso local se deben al control del proceso de curado. La uniformidad de temperatura en la pieza (especialmente en la dirección del espesor) depende de la disposición (o aplicación) de ciertas tecnologías unitarias en el sistema de fabricación. En piezas delgadas, dado que se disipa una gran cantidad de calor al ambiente, la temperatura aumenta gradualmente y, en ocasiones, la pieza no se cura completamente. En este momento, es necesario aplicar calor auxiliar para completar la reacción de reticulación, es decir, calentamiento continuo.

La tecnología de conformado sin autoclave de materiales compuestos es relativa a la tecnología tradicional de conformado en autoclave. En términos generales, cualquier método de conformado de materiales compuestos que no utilice equipos de autoclave puede denominarse tecnología de conformado sin autoclave. Hasta la fecha, la aplicación de la tecnología de moldeo sin autoclave en el campo aeroespacial incluye principalmente las siguientes direcciones: tecnología de preimpregnados sin autoclave, tecnología de moldeo líquido, tecnología de moldeo por compresión de preimpregnados, tecnología de curado por microondas, tecnología de curado por haz de electrones y tecnología de conformado de fluidos a presión equilibrada. Entre estas tecnologías, la tecnología de preimpregnados OoA (Fuera de Autoclave) se acerca más al proceso tradicional de conformado en autoclave y cuenta con una amplia gama de fundamentos de procesos de colocación manual y automática, por lo que se considera una tela no tejida con probabilidades de implementarse a gran escala. Tecnología de conformado en autoclave. Una razón importante para usar un autoclave en piezas compuestas de alto rendimiento es proporcionar al preimpregnado una presión suficiente, superior a la presión de vapor de cualquier gas durante el curado, para inhibir la formación de poros. Este es el principal obstáculo que la tecnología debe superar. La posibilidad de controlar la porosidad de la pieza bajo presión de vacío y de alcanzar el rendimiento del laminado curado en autoclave es un criterio importante para evaluar la calidad del preimpregnado de OoA y su proceso de moldeo.

El desarrollo de la tecnología de preimpregnados de OoA surgió a partir del desarrollo de resinas. Existen tres puntos principales en el desarrollo de resinas para preimpregnados de OoA: uno es controlar la porosidad de las piezas moldeadas, como el uso de resinas curadas por reacción de adición para reducir los volátiles en la reacción de curado; el segundo es mejorar el rendimiento de las resinas curadas para lograr las propiedades de la resina formada mediante el proceso de autoclave, incluyendo propiedades térmicas y mecánicas; y el tercero es asegurar que el preimpregnado tenga una buena fabricabilidad, como asegurar que la resina pueda fluir bajo un gradiente de presión atmosférica, asegurar una larga vida útil de la viscosidad y un tiempo de exposición a temperatura ambiente suficiente, etc. Los fabricantes de materias primas realizan investigación y desarrollo de materiales según los requisitos de diseño y los métodos de proceso específicos. Las principales directrices deben incluir: mejorar las propiedades mecánicas, aumentar el tiempo de exposición, reducir la temperatura de curado y mejorar la resistencia a la humedad y al calor. Algunas de estas mejoras de rendimiento son contradictorias, como la alta tenacidad y el curado a baja temperatura. Es necesario encontrar un punto de equilibrio y considerarlo exhaustivamente.

Además del desarrollo de resinas, el método de fabricación de preimpregnados también promueve el desarrollo de aplicaciones de preimpregnados de OoA. El estudio reveló la importancia de los canales de vacío de preimpregnados para la fabricación de laminados de porosidad cero. Estudios posteriores han demostrado que los preimpregnados semiimpregnados pueden mejorar eficazmente la permeabilidad a los gases. Los preimpregnados de OoA están semiimpregnados con resina, y las fibras secas se utilizan como canales para los gases de escape. Los gases y volátiles involucrados en el curado de la pieza pueden evacuarse a través de canales de manera que la porosidad de la pieza final sea <1%.
El proceso de envasado al vacío pertenece al proceso de conformado sin autoclave (OoA). En resumen, es un proceso de moldeo que sella el producto entre el molde y la bolsa de vacío, y lo presuriza mediante vacío para lograr una mayor compactación y mejores propiedades mecánicas. El principal proceso de fabricación es

Primero, se aplica un agente desmoldante o una tela desmoldante al molde de laminado (o lámina de vidrio). El preimpregnado se inspecciona según su estándar, incluyendo principalmente la densidad superficial, el contenido de resina, la materia volátil y otros datos. Se corta el preimpregnado a la medida. Al cortar, se debe prestar atención a la dirección de las fibras. Generalmente, la desviación de la dirección de las fibras debe ser inferior a 1°. Numere cada unidad de corte y registre el número de preimpregnado. Al colocar las capas, estas deben colocarse siguiendo estrictamente el orden de colocación indicado en la hoja de registro de colocación, y la película de PE o el papel desmoldante debe conectarse a lo largo de la dirección de las fibras, y las burbujas de aire deben eliminarse a lo largo de la dirección de las fibras. El raspador extiende el preimpregnado y lo raspa al máximo para eliminar el aire entre las capas. Durante el laminado, a veces es necesario empalmar los preimpregnados, que deben empalmarse a lo largo de la dirección de las fibras. En el proceso de empalme, se debe lograr una superposición y una menor superposición, y las costuras de empalme de cada capa deben estar escalonadas. Generalmente, la brecha de empalme del preimpregnado unidireccional es la siguiente. 1 mm; el preimpregnado trenzado solo se permite superposición, no empalme, y el ancho de superposición es de 10~15 mm. A continuación, preste atención a la precompactación al vacío, y el espesor del prebombeo varía según los diferentes requisitos. El propósito es descargar el aire atrapado en el laminado y los volátiles en el preimpregnado para garantizar la calidad interna del componente. Luego está la colocación de materiales auxiliares y el envasado al vacío. Sellado y curado de la bolsa: El requisito final es que no pueda fugar aire. Nota: El lugar donde a menudo hay fugas de aire es la junta del sellador.

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