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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 el rango de procesos y propiedades del compuesto. La resina termoestable es un tipo de resina comúnmente utilizada para compuestos de matriz de resina debido a su buena procesabilidad. Las resinas termoestables 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 su estado final. Antes de que las resinas termoestables se curen, se pueden procesar en varias formas, pero una vez curadas con 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; las resinas fenólicas son las más utilizadas.resinas epoxiresinas bis-caballo, resinas de viniloresinas 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 más destacadas son sus 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 del material compuesto se pueden fabricar mediante procesos de moldeo, bobinado, laminado manual, pulverización y pultrusión. Un gran número de materiales compuestos a base de resina fenólica se utilizan en los materiales de decoración interior de aeronaves civiles.

(2)Resina epoxídicaEs una matriz de resina temprana utilizada en estructuras de aeronaves. Se caracteriza por una amplia variedad de materiales. Diferentes agentes de curado y aceleradores pueden obtener un rango de temperatura de curado desde la temperatura ambiente hasta 180 ℃; tiene propiedades mecánicas superiores; buen tipo de coincidencia de fibra; resistencia al calor y la humedad; excelente tenacidad; excelente procesabilidad (buena cobertura, viscosidad de resina moderada, buena fluidez, ancho de banda presurizado, etc.); adecuada para el moldeo por cocurado general de componentes grandes; económico. El buen proceso de moldeo y la excepcional tenacidad de la resina epoxi hacen que ocupe una posición importante en la matriz de resina de materiales compuestos avanzados.

(3)Resina de viniloSe reconoce como una de las resinas más resistentes a la corrosión. Puede soportar la mayoría de los ácidos, álcalis, soluciones salinas y medios solventes fuertes. Se utiliza ampliamente en la fabricación de papel, la industria química, la electrónica, el petróleo, el almacenamiento y transporte, la protección ambiental, los barcos y la industria de iluminación automotriz. Posee características de poliéster insaturado y resina epoxi, por lo que tiene tanto las excelentes propiedades mecánicas de la resina epoxi como el buen rendimiento de procesamiento del poliéster insaturado. Además de una excelente resistencia a la corrosión, este tipo de resina también tiene buena resistencia al calor. Incluye tipos estándar, de alta temperatura, ignífugos, resistentes al impacto y otras variedades. La aplicación de resina vinílica en plástico reforzado con fibra (PRF) se basa principalmente en el laminado 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 (conocida como resina de bismaleimida) se desarrolla para cumplir con los requisitos de los nuevos aviones de combate para la matriz de resina compuesta. Estos requisitos incluyen: componentes grandes y perfiles complejos a 130 ℃ Fabricación de componentes, etc. En comparación con la resina epoxi, la resina Shuangma se caracteriza principalmente por una resistencia superior a la humedad y al calor y una alta temperatura de funcionamiento; la desventaja es que la fabricabilidad no es tan buena como la resina epoxi, y la temperatura de curado es alta (curado por encima de 185 ℃), y requiere una temperatura de 200 ℃. O durante un tiempo prolongado a una temperatura superior a 200 ℃.
(5)La resina de éster de cianuro (qing diacoustic) 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 de unión, etc., y tiene una tecnología de procesamiento similar a la de la resina epoxi.
En la actualidad, las resinas de cianato se utilizan principalmente en tres ámbitos: placas de circuitos impresos para aplicaciones digitales de alta velocidad y alta frecuencia, materiales estructurales de transmisión de ondas de alto rendimiento y materiales compuestos estructurales de alto rendimiento para la industria aeroespacial.

En pocas palabras, el rendimiento de la resina epoxi no solo está relacionado con las condiciones de síntesis, sino que también depende principalmente de su estructura molecular. El grupo glicidilo en la resina epoxi es un segmento flexible que puede reducir la viscosidad de la resina y mejorar el rendimiento del proceso, pero al mismo tiempo reduce la resistencia térmica de la resina curada. Los principales enfoques 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. Por supuesto, la introducción de una estructura rígida conlleva una disminución de la solubilidad y un aumento de la viscosidad, lo que lleva a una disminución del rendimiento del proceso de la resina epoxi. Cómo mejorar la resistencia a la temperatura del sistema de resina epoxi es un aspecto muy importante. Desde el punto de vista de la resina y el agente de curado, cuantos más grupos funcionales, mayor es la densidad de reticulación. Mayor es la Tg. Operación específica: Usar resina epoxi o agente de curado multifuncional, usar resina epoxi de alta pureza. El método comúnmente utilizado consiste en añadir una proporción determinada de resina epoxi de o-metilacetaldehído al sistema de curado, lo que resulta eficaz y económico. 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 que proporcionen una distribución de peso molecular relativamente uniforme.

Como matriz de resina de alto rendimiento utilizada como 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 de fusión (fluidez) y los cambios de viscosidad, y los cambios de tiempo de gelificación con la temperatura (ventana de proceso). La composición de la formulación de 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 excederá los 800 cPs; Para el proceso de preimpregnación, se requiere una viscosidad relativamente alta, generalmente entre 30000 y 50000 cPs. Por supuesto, estos requisitos de viscosidad están relacionados con las propiedades del proceso, el equipo y los materiales, y no son estáticos. En general, a bajas temperaturas, la viscosidad de la resina disminuye a medida que aumenta la temperatura; sin embargo, a medida que aumenta la temperatura, la reacción de curado de la resina también se acelera. Cinéticamente hablando, la velocidad de reacción se duplica por cada 10 °C de aumento, y esta aproximación sigue siendo útil para estimar cuándo la viscosidad de un sistema de resina reactiva alcanza un punto crítico. Por ejemplo, si un sistema de resina con una viscosidad de 200 cPs a 100 °C tarda 50 minutos en aumentar su viscosidad a 1000 cPs, entonces el tiempo necesario para que el mismo sistema de resina aumente su viscosidad inicial de menos de 200 cPs a 1000 cPs a 110 °C es de aproximadamente 25 minutos. La selección de los parámetros del proceso debe tener plenamente en cuenta la viscosidad y el tiempo de gelificación. Por ejemplo, en el proceso de introducción al vacío, es necesario asegurar que la viscosidad a la temperatura de operación se encuentre dentro del rango requerido por el proceso, y que el tiempo de vida útil de la resina a esta temperatura sea lo suficientemente largo para garantizar su correcta 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 el proceso de transferencia de masa del proceso. La resina cura calor exotérmico, que se genera por la formación de enlaces químicos. Cuantos más enlaces químicos se formen por unidad de volumen por unidad de tiempo, más energía se libera. Los coeficientes de transferencia de calor de las resinas y sus polímeros son generalmente 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 hacen que las reacciones químicas procedan a una velocidad más rápida, lo que resulta en una reacción autoacelerada que eventualmente conducirá a 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 ruta del proceso de curado. El problema del "sobreimpulso de temperatura" 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, todos se deben a cómo controlar el proceso de curado. La uniformidad de la temperatura en la pieza (especialmente en la dirección del espesor) depende de la disposición (o aplicación) de ciertas tecnologías en el sistema de fabricación. En piezas delgadas, debido a la gran cantidad de calor que se disipa en el ambiente, la temperatura aumenta gradualmente y, en ocasiones, la pieza no se cura por completo. En estos casos, es necesario aplicar calor auxiliar para completar la reacción de reticulación, es decir, mediante calentamiento continuo.

La tecnología de conformado de materiales compuestos sin autoclave es relativa a la tecnología de conformado tradicional con 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 ahora, 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, tecnología de conformado de fluidos a presión equilibrada. Entre estas tecnologías, la tecnología de preimpregnados OoA (fuera de autoclave) es más cercana al proceso de conformado tradicional con autoclave y tiene una amplia gama de fundamentos de procesos de colocación manual y automática, por lo que se considera una tecnología de conformado en autoclave de tela no tejida que probablemente se implementará a gran escala. Una razón importante para utilizar 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. Esta es la principal dificultad que debe superar la tecnología de preimpregnados OoA. Un criterio importante para evaluar la calidad del preimpregnado OoA y su proceso de moldeo es si la porosidad de la pieza se puede controlar bajo presión de vacío y si su rendimiento puede alcanzar el de un laminado curado en autoclave.

El desarrollo de la tecnología de preimpregnados OoA se originó a partir del desarrollo de resinas. Existen tres puntos principales en el desarrollo de resinas para preimpregnados OoA: primero, controlar la porosidad de las piezas moldeadas, por ejemplo, utilizando resinas curadas por reacción de adición para reducir los volátiles en la reacción de curado; segundo, mejorar el rendimiento de las resinas curadas para lograr las propiedades de la resina formadas por el proceso de autoclave, incluidas las propiedades térmicas y mecánicas; tercero, asegurar que el preimpregnado tenga una buena fabricabilidad, por ejemplo, asegurar que la resina pueda fluir bajo un gradiente de presión atmosférica, asegurar que tenga una larga vida útil de viscosidad y un tiempo de exposición a temperatura ambiente suficiente, etc. Los fabricantes de materia prima realizan investigación y desarrollo de materiales de acuerdo con los requisitos de diseño y métodos de proceso específicos. Las direcciones principales 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 de manera integral!

Además del desarrollo de resinas, el método de fabricación de preimpregnados también impulsa el desarrollo de aplicaciones de preimpregnados OoA. El estudio reveló la importancia de los canales de vacío en los 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 OoA se semiimpregnan con resina y se utilizan fibras secas como canales para la evacuación de gases. Los gases y volátiles involucrados en el curado de la pieza se pueden evacuar a través de estos canales, de modo que la porosidad de la pieza final sea inferior al 1 %.
El proceso de embolsado 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 presuriza el producto mediante vacío para hacerlo más compacto y con mejores propiedades mecánicas. El principal proceso de fabricación es

Primero, se aplica un agente desmoldante o tela desmoldante al molde de laminado (o lámina de vidrio). El preimpregnado se inspecciona según el estándar del preimpregnado utilizado, que incluye principalmente la densidad superficial, el contenido de resina, la materia volátil y otra información del preimpregnado. Corta el preimpregnado al tamaño. Al cortar, presta atención a la dirección de las fibras. Generalmente, la desviación de la dirección de las fibras debe ser menor a 1°. Numera cada unidad de corte y registra el número de preimpregnado. Al colocar las capas, estas deben colocarse estrictamente de acuerdo con el orden de colocación requerido en la hoja de registro de colocación, y la película de PE o papel desmoldante debe conectarse en la dirección de las fibras, y las burbujas de aire deben eliminarse en la dirección de las fibras. El raspador extiende el preimpregnado y lo raspa lo más posible para eliminar el aire entre las capas. Al colocar, a veces es necesario empalmar preimpregnados, que deben empalmarse en la dirección de las fibras. En el proceso de empalme, se debe lograr una superposición y una superposición mínima, y ​​las costuras de empalme de cada capa deben estar escalonadas. Generalmente, la separación de empalme del preimpregnado unidireccional es la siguiente: 1 mm; el preimpregnado trenzado solo se permite superponer, no empalmar, y el ancho de superposición es de 10 a 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 embolsado al vacío. Sellado y curado de la bolsa: el requisito final es que no pueda haber fugas de aire. Nota: el lugar donde suele haber fugas de aire es la junta de sellado.

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