1. Materiales compuestos de
matriz termoplástica
Fenómenos físicos del material y procesos de fabricación
1

2. Contenido
1. Introducción .......................................................................................................................... 3
2. Impregnación ........................................................................................................................ 3
3. Fibras para composites termoplásticos. ............................................................................... 5
1.1 Refuerzos de fibra seca ................................................................................................. 5
1.2 Refuerzos de fibra con filamentos poliméricos ............................................................. 6
1.3 Fibra impregnada en” polvo” polimérico ...................................................................... 7
4. Adhesión por fusión .............................................................................................................. 8
1.4 Adhesión por fusión no-isoterma................................................................................ 12
5. Cristalización ....................................................................................................................... 13
6. Efecto de la presión y temperatura en el material polimérico ........................................... 14
1.5 Viscosidad.................................................................................................................... 14
1.6 Orientación de las cadenas poliméricas ...................................................................... 14
1.7 Contracción ................................................................................................................. 15
7. Sistema de refrigeración ..................................................................................................... 15
8. Integración de materiales y procesos ................................................................................. 16
9. Fabricación de composites termoplásticos. ........................................................................ 17
10. Técnicas de fabricación para composites termoplásticos............................................... 18
1.8 Refuerzos preimpregnados en termoplástico ............................................................. 18
1.9 Colocación del preimpregnado en el molde ............................................................... 21
1.10 Autoclave..................................................................................................................... 22
1.11 Press clave ................................................................................................................... 22
1.12 Moldeo por vacío ........................................................................................................ 22
1.13 Conformado por presión ............................................................................................. 23
1.14 Moldeo por diafragma ................................................................................................ 23
1.15 Hydroforming .............................................................................................................. 24
1.16 Deep drawing .............................................................................................................. 24
1.17 Conformado incremental ............................................................................................ 25
1.18 Filament winding ......................................................................................................... 26
1.19 Tape-laying .................................................................................................................. 26
1.20 Moldeo por inyección ................................................................................................. 26
1.21 Pultrusión .................................................................................................................... 27
11. Conclusiones.................................................................................................................... 27
12. Referencias ...................................................................................................................... 27
2

3. 1. Introducción
La fabricación de composites de matriz termoplástica lleva asociados determinados
inconvenientes técnicos que limitan su uso en aplicaciones comerciales. La fabricación
de elementos compuestos con polímeros termoplásticos a nivel industrial dependerá del
desarrollo de métodos más eficientes de impregnación de la fibra con termoplásticos de
alta viscosidad.
El desarrollo de nuevas técnicas de fabricación implica conocer mejor y controlar de
manera más eficiente fenómenos como el calentamiento, la impregnación, la adhesión y
la solidificación. La mayoría de las nuevas técnicas se centran en el manejo y el control
de fenómenos transitorios y procesos no isotérmicos con el fin de conseguir una
transformación de los materiales más rápida.
2. Impregnación
Aunque los composites termoplásticos ofrecen muchas ventajas sobre los composites
termoestables, el uso de matrices termoplásticas requiere del uso de valores de
temperatura y presión mayores para poder impregnar las fibras durante la etapa de
consolidación (Ilustración 2: Ciclos de proceso para materiales termoestables y
termoplásticos). Estas limitaciones en el procesado son consecuencia de la alta
viscosidad de las resinas termoplásticas.
La influencia de la viscosidad de la resina en la impregnación de la fibra puede ser
analizada por la ley de Darcy la cual es válida para fluidos laminares a través de un
medio homogéneamente poroso. Para un flujo unidimensional, la ley de Darcy podría
ser escrita de la siguiente manera:
Ecuación 1
Donde ν es la velocidad superficial del fluido, ϕ la porosidad media, L la distancia de
flujo en la dirección z, t el tiempo, K la permeabilidad media, η la viscosidad del fluido
Newtoniano y P la presión.
De la ecuación (1) el tiempo de impregnación puede evaluarse de la siguiente manera:
Ecuación 2
Donde Pa y Pc son las presiones aplicadas y la presión de capilaridad mientras que para
los materiales compuestos Pf es la presión soportada por las fibras. La ecuación (2)
3

4. muestra que para obtener un tiempo de impregnación corto, a pesar de la alta viscosidad
de la resina termoplástica, es necesario reducir la distancia de flujo, L. Por este motivo
se están empleando en el proceso formas intermedias también llamadas preformas
en las que el refuerzo está ya impregnado o mezclado con la matriz. (Ilustración 1)
Ilustración 1:Preformas de composites termoplásticos (a) fibra pre-impregnada, (b) “film
staking”, (c) mechones impregnados con “polvo”, (d) funda de revestimiento y mechones
impregnados con “polvo” (FIT), (e) fibra no-mezclada y (f) fibra mezclada.
4

5. Ilustración 2: Ciclos de proceso para materiales termoestables y termoplásticos
3. Fibras para composites termoplásticos.
1.1 Refuerzos de fibra seca
La elección de un refuerzo de fibra para una matriz termoplástica particular está muy
limitada (ver la tabla 1) pero se espera la llegada de nuevas fibras como la IM7 e IMS
que reemplazarán a APC2/IM6.
Los refuerzos empleados principalmente en la fabricación de composites son: fibra de
carbono, fibra de vidrio, aramida, PBO y fibras metálicas como acero, aluminio o
titanio.
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6. Tabla 1. Matrices termoplásticas y refuerzos de fibra
La combinación de PEEK con fibras P75 y P100 pretende conseguir alta rigidez y baja
expansión térmica.
1.2 Refuerzos de fibra con filamentos poliméricos
Para facilitar el lay-up, la fibras pueden estar compuestas de un refuerzo (generalmente
carbono) y filamentos poliméricos. Estos son posteriormente utilizados para tejidos,
formas unidireccionales y 3D.
Ilustración 3. Tipos de fibras con filamentos poliméricos
6

7. Normalmente la combinación de fibras contiene un 60% de carbono y un 40% de
polímero (PEEK).
1.3 Fibra impregnada en” polvo” polimérico
Al igual que sucede con los filamentos poliméricos, las fibras pueden impregnarse con
partículas de polímeros para mejorar la impregnación.
Connor et al. ha desarrollado un modelo en el que se considera que cada gota de resina
fundida constituye un puente entre las fibras adyacentes. El modelo también considera
que estos puentes tienen geometría similar y que cada puente está en contacto con tres
fibras adyacentes como se muestra en la Ilustración 4.
Ilustración 4: Geometría modelada del puente fibra/matriz usada para describir la impregnación de la fibra
Durante el proceso de impregnación, la presión externa aplicada y las fuerzas de
capilaridad conducen cada puente de polímero a esparcirse a lo largo de las fibras hasta
que todos los puentes adyacentes entran en contacto. El flujo transversal hacia las fibras
es presumiblemente insignificante comparado con el flujo axial. Con esta asunción, la
velocidad del frente de flujo de resina durante la impregnación es calculado de la
siguiente manera:
Ecuación 3
Donde las distancias l y L están definidas en la Ilustración 4, Rf es el radio de la fibra,
V0 el volumen inicial de cada puente de resina, vml y vfl la fracción final del volumen de
la matriz y de las fibras respectivamente, Pc es la presión de capilaridad positiva cuando
facilita el flujo y Pf es la presión soportada por el mallado de la fibra. Cuando Pc y Pf
pueden desconsiderarse en comparación con la presión Pa y V0 es expresada con el radio
7

8. Rm de las partículas de polvo poliméricas, la integración de la ecuación 3 da lugar a la
siguiente expresión para el tiempo de impregnación:
Ecuación 4
El modelo establece que, para una viscosidad dada y una presión aplicada, el tiempo de
impregnación es principalmente controlado por el ratio entre la partícula y la fracción de
volumen de fibra. El vacío Xv del pre-impregnado durante la consolidación se calcula a
partir de los parámetros geométricos del puente:
Ecuación 5
Este modelo fue aplicado en composites hechos con ovillos de FIT y varios polímeros
termoplásticos y consolidados mediante moldeo por compresión.
4. Adhesión por fusión
La adhesión por fusión es principalmente conocida por su aplicación en el ensamblaje y
reparación de materiales termoplásticos. Sin embargo, la fabricación de composites
termoplásticos requiere procesos de adhesión por fusión que se producen en la
estructura del material a diferentes escalas. El contacto y la difusión molecular se
producen entre las fibras y las capas de un laminado o entre elementos ensamblados
para formar la parte final. (Ilustración 5)
Ilustración 5: Adhesión por fusión en el material compuesto
Los fenómenos que se producen en el ciclo térmico del material se representan en la
Ilustración 6. Es de vital importancia para el control y la optimización de los procesos
de adhesión por fusión investigar los diferentes parámetros que influyen en el contacto
interfacial, en la interdifusión y la solidificación.
Un adecuado contacto entre dos superficies que van a ser unidas se realizará mediante
un buen “mojado” y flujo de resina. Debido a la aspereza de la mayoría de los
8

9. adherentes, las superficies de contacto deben estar preparadas antes de que tenga lugar
cualquier interacción física o química.
Ilustración 6: Fenómenos del material en el ciclo térmico
Considerando la rugosidad ideal de la superficie de la Ilustración 7, la evolución del
contacto puede ser expresada de la siguiente manera:
Ecuación 6
Donde f0 y ω0 son parámetros geométricos definidos en la Ilustración 7 y fic es la
superficie de contacto en el tiempo t. tp representa el tiempo durante el cual la presión
P(t) es aplicada, η(T(t)) es la viscosidad del material
Ilustración 7: El contacto es modelado mediante la deformación de la aspereza idealizada de la superficie
El tiempo para alcanzar el máximo contacto que es Dic=1 puede expresarse de la
siguiente manera:
Ecuación 7
9

10. Este modelo refleja la importancia de la temperatura en la viscosidad y de los
mecanismos de contacto (Ilustración 8). El tiempo puede reducirse usando polímeros
con pesos moleculares más bajos. Cuando el contacto entre dos superficies adherentes
compatibles está establecido y las temperaturas están por encima de la temperatura de
transición vítrea, la fuerza de enlace queda determinada principalmente por la
interdifusión de las cadenas poliméricas a través de la interfase. Tales mecanismos de
soldadura han sido extensamente estudiados para polímeros amorfos. Por el contrario,
los polímeros semicristalinos deben ser mantenidos a temperaturas por encima de su
punto de fusión con el fin de promover la formación de lazos eficientes. Las estructuras
cristalinas presumiblemente influyen en el fenómeno de interdifusión y los mecanismos
de cristalización determinan la microestructura final de la interfase. Los mecanismos de
adhesión de polímeros semicristalinos son complejos y no están todavía bien
entendidos.
Ilustración 8: Evolución del contacto entre dos placas de poliamida 12 en función de la temperatura. a0=0.69 µm,
f0= ω0=14 µm, P= 2MPa
Como se indica en la Ilustración 7 el grado de autoadhesión, que está al alcance de la
cadena de interdifusión entre dos adherentes del mismo polímero, puede ser descrito
mediante:
Ecuación 8
Diferentes trabajos han mostrado que la fuerza de unión generada por los mecanismos
de curación pueden referirse a los tiempos de adhesión y “reptacion” mediante la
siguiente ecuación:
Ecuación 9
10

11. Donde τr es el tiempo característico para obtener la máxima fuerza de adhesión y es con
frecuencia al tiempo de “reptacion” del polímero. Tiempos teóricos τr requeridos para
un total curado vienen de la teoría de “reptación” de cadenas poliméricas y puede ser
expresado por ejemplo mediante:
Ecuación 10
Donde τc es de hecho el tiempo para que una cadena pierda por completo su
configuración inicial y τv es el tiempo de relajación viscoelástica el cual puede ser
determinado experimentalmente por viscosimetría. M es el peso molecular y M e el peso
molecular medio entre dos cadenas implicadas.
Tan pronto como las dos superficies previamente calentadas entran en contacto, los
mecanismos de interdifusión comienzan a desarrollarse en paralelo con el contacto
(Ilustración 7). El grado de adhesión es a veces usado para indicar que el contacto y la
autoadhesión están asociados.
Ecuación 11
El proceso de adhesión puede ser descrito por la evolución de los grados de contacto y
autoadhesión (Ilustración 9). El γ corresponde a la región donde el contacto no está
todavía activado. El área β muestra dónde el contacto está asegurado pero la
autoadhesión no está completada; está asociado con la zona (fic-fau) (Ilustración 7). En el
área α, el cual corresponde a la región fau de la Ilustración 7 el contacto y la
autoadhesión suceden simultáneamente.
Ilustración 9: Grado de progresión para el contacto, autoadhesión y por lo tanto adhesión para la poliamida 12 a
180ºC bajo 2MPa de presión de contacto.
La variación de un parámetro de adhesión influye en varios mecanismos. Por ejemplo la
temperatura de adhesión modifica la viscosidad del polímero y la cinética de
11

12. interdifusión de la cadena y en consecuencia la cinética de contacto y los mecanismos
de autoadhesión respectivamente.
El material y el proceso determina la importancia relativa de un fenómeno en
comparación con otros. Por ejemplo, cuando la rugosidad superficial es pronunciada o
la viscosidad muy alta, el tiempo de autoadhesión se vuelve insignificante comparado
con el tiempo requerido para establecer el contacto. Por el contrario, cuando altas
presiones son aplicadas, el contacto es rápido y el tiempo de autoadhesión podría
empezar a ser insignificante especialmente si la temperatura no es los suficientemente
alta. Es más, otros fenómenos, como la superficie de degradación y la difusión de
aditivos podría modificar la cinética de los procesos de adhesión descritos
1.4 Adhesión por fusión no-isoterma
La adhesión por fusión de termoplásticos semicristalinos se ha estudiado en procesos
no-isotérmicos de polímeros y composites en los que dos adherentes (polímero puro o
composite) son calentados a dos temperaturas diferentes antes de ser ensamblados. Estas
condiciones son puestas en procesos tales como “tape placement”, “overinjection”,
“integrated processing”, etc. Para los casos no-isotérmicos, el “Beam” más bajo es
fundido mientras que el “beam” superior es calentado pero mantenido en la fase sólida.
En una primera aproximación, la temperatura entre caras es tomada como un valor
medio entre los valores de temperatura mayores y menores.
La adhesión es más rápida y eficiente cuando se usan condiciones no-isotérmicas en vez
de cuando ambos componentes son mantenidos a la misma temperatura (Ilustración 10 e
Ilustración 11)
Ilustración 10: Fuerzas de adhesión para enlaces isotérmicos y no-isotérmicos del polipropileno como una función
la temperatura de interactuación. Los tiempos de adhesión fueron 40 y 600s para respectivamente, condiciones
iso y no-isotérmicas.
12

13. Ilustración 11: Influencia del tiempo de adhesión y la resistencia de las uniones realizadas isotérmica y no-
isotérmicamente para adherentes de poliamida 12. La temperatura de interactuación fue de 180ºC y la presión
de 2 MPa.
5. Cristalización
En cuanto a los termoplásticos se refiere, la cristalización del polímero ocurre durante la
fase de solidificación (Ilustración 2). La cinética de cristalización ha sido estudiada en
muchos modelos. La mayoría de ellos están basados en la clásica aproximación de
Avrami. Por ejemplo, el grado de conversión de la cristalización no-isotérmica está dada
por:
Ecuación 12
Donde N0 es el número del núcleo por unidad de volumen, τd tiempo de incubación
dinámica, G el ratio de crecimiento radial y α es el ratio de nuclearización de esferulitas.
La Ilustración 12 muestra el diagrama no-isotérmico tiempo-temperatura para la
poliamida 12. Las curvas de conversión fueron calculadas con la Ecuación 12 y refleja
la temperatura de comienzo y el tiempo para los diferentes ratios de enfriamiento. Esta
información se usa para definir las condiciones óptimas de enfriamiento considerando la
estructura del material deseada y las propiedades en contra de la estrategia de
enfriamiento a “menor coste”.
13

14. Ilustración 12: Diagrama no-isotérmico tiempo-temperatura-transformación para la
poliamida 12. Muestra el grado absoluto de cristalinidad en % para diferentes ratios de
-1
enfriamiento indicado en K min
6. Efecto de la presión y temperatura en el material polimérico
1.5 Viscosidad
Al aumentar la temperatura del polímero, la viscosidad disminuye. Ello se debe a
que un aumento de la temperatura permite a las largas moléculas desenredarse más
fácilmente.
Una reducción de la presión tiene el mismo efecto que el aumento de la
temperatura, permitiendo a las largas moléculas desenredarse más fácilmente, dando
como resultado una disminución de la viscosidad.
La mayoría de los polímeros se procesan a temperaturas y presiones más o menos elevadas,
siendo importante usar los datos de flujo en esas condiciones. La presión alta que se
necesita para inyectar se debe a la alta viscosidad de los polímeros fundidos.
1.6 Orientación de las cadenas poliméricas
Cuanto mayor es la temperatura del molde y del material menor es la orientación de las
cadenas poliméricas ya que, a mayores temperaturas, mayor es la oportunidad para que
ocurra la relajación de las cadenas orientadas.
La presión aumenta la orientación. Altas presiones dan lugar a altos esfuerzos y
velocidades de corte, lo cual provoca una mayor orientación.
14

15. Ilustración 13. Anisotropía provocada por la orientación de cadenas durante el flujo de polímeros
1.7 Contracción
En general, al aumentar la temperatura del material, se incrementa la movilidad de las
cadenas y el volumen libre que existe entre ellas. Un polímero cristalino experimenta un
aumento considerable en volumen específico cuando funde su estructura cristalina, ya
que los cristales ocupan menor volumen. Este cambio en volumen no es experimentado
por los polímeros amorfos, por lo tanto, se contraen menos cuando pasan del estado
fundido al sólido. En este caso, cuanto más alta es la temperatura del fundido y del
molde, más grande será la contracción térmica que sufrirá el material al enfriarse, ya
que el enfriamiento es más lento y permite más movimiento molecular
Es decir, en materiales cristalinos la contracción aumenta cuando se incrementa la
cristalinidad, ya que la cristalización del fundido propicia una reducción del volumen de
la pieza debido a un incremento de la densidad.
Efecto de la presión: Durante la inyección del polímero, la presión dentro del molde
aumenta rápidamente, comprimiendo el material. Durante el enfriamiento de la pieza, su
volumen disminuye. Cuanto más gruesa sea la capa de material solidificado, menor será
la contracción. A mayor presión, menor contracción. Se puede decir que la variable más
importante que afecta a las dimensiones de una pieza moldeada es la presión en el
molde. Cuanto más largo sea el tiempo en que actúa la pospresión, más material puede
ser empaquetado en la cavidad y, por lo tanto, la pieza se contraerá menos.
Efecto de la temperatura: A mayor temperatura del fundido, mayor será la contracción
que ocurrirá en la pieza moldeada al enfriarse. Sin embargo, también el aumento de la
temperatura da lugar a una disminución de la viscosidad, lo cual permite que la
transmisión de presión a la cavidad sea mayor, permitiendo un mayor empaquetamiento
de material; entonces, la presión más alta sobrepasa el efecto del aumento de
temperatura, disminuyendo la contracción.
7. Sistema de refrigeración
15

16. El balance de energía en el proceso de moldeo debe ser igual a 0,
Para conseguir este balance es necesario evacuar el calor suministrado para fundir el
material mediante un sistema de refrigeración.
Los requerimientos del sistema de refrigeración son:
 Lograr una distribución de la temperatura lo más uniforme que sea posible para
llegar a la uniformidad en el producto moldeado.
 Eliminar el calor de la cavidad del molde de modo uniforme, con el fin de evitar
alabeos.
 Eliminar el calor rápidamente de modo que se puedan conseguir ciclos de menor
duración.
Ilustración 14. Balance de energía en un molde de aluminio
8. Integración de materiales y procesos
La integración de materiales y procesos (Ilustración 16) permite la libertad del diseño,
mejora la eficiencia de los refuerzos y añade funciones a los composites. Durante la
integración de procesos, los polímeros vírgenes y los composites son combinados en
una operación simple para reducir los costes de fabricación por la supresión de procesos
intermedios y etapas de ensamblaje.
16

17. Ilustración 15: Diseño y rigidez intrínseca de compuestos poliméricos para diferentes técnicas de procesado.
Cada secuencia de procesado combina diferentes pasos en los que se transforma el
material (impregnación, colocación, consolidación, sobreinyección del polímero, etc.)
Ilustración 16: (a) Materiales, (b) procesos y (d) pasos de transformación del material integrados, (c)
evolución de las secciones desde el inicio hasta la parte final integrada.
9. Fabricación de composites termoplásticos.
Cualquier técnica que funda el termoplástico y lo consolide de forma instantánea dando
lugar a una forma consolidada tiene un campo de explotación de interés. La rapidez de
estos procesos es la gran diferencia entre los composites termoplásticos y los
termoestables.
Los materiales empleados en la fabricación de composites termoplásticos son
principalmente PEEK y PEI ya que estos productos están más avanzados y disponibles.
17

18. La siguiente tabla presenta las tecnologías empleadas en la fabricación de composites
termoplásticos.
Tabla 2. Tecnologías asociadas con la fabricación de los materiales compuestos termoplásticos
10. Técnicas de fabricación para composites termoplásticos.
1.8 Refuerzos preimpregnados en termoplástico
Los refuerzos preimpregandos en termoplástico pueden presentarse en textiles de fibra
unidireccional o entretejidos bidireccionales. Estos prepregs tienen diferentes
características físicas de los prepregs termoestables como pueden ser su baja
flexibilidad y su baja adherencia superficial.
Desde un punto de vista productivo, los refuerzos preimpregnados en termoplástico se
caracterizan porque:
 Son suministrados en una forma lista para usar.
 Son fáciles de almacenar y no necesitan almacenamiento en frio.
18

19.  El lay-up del prepreg necesita una temperatura, controlada mediante una fuente
de calor, para ablandar el polímero y fijarlo a la superficie del molde. La rigidez
inherente de los prepregs puede provocar dificultades con el lay-up en
geometrías complejas.
 El procesado es significantemente más rápido que el curado de los composites
termoestables (epoxy).
El rango de técnicas ofrecidas para el procesamiento de composites termoplásticos es
amplio. La elección de la técnica de fabricación más apropiada depende principalmente
de varios factores:
 El material:
-Fibra de refuerzo
-Material termoplástico
 Estructura o diseño del componente
 Espesor del laminado
 Tamaño y forma
 Disponibilidad de equipos
La siguiente ilustración muestra un proceso de impregnación de un textil de fibra.
Ilustración 17. Proceso de fabricación de un textil preimpregnado en termoplástico
Los parámetros principales que se deben considerar en la fabricación de un prepreg
termoplastico son los siguientes:
 Espesor de la lámina y dimensiones
 Contenido de resina
 Contenido de fibra
 Característica del tejido:
-tipo de tejido
19

20. -peso de área
-deformación de las fibras entretejidas
 Características del polímero:
-HPLC
-DSC
-DMA
 Adhesión entre la fibra y la matriz
 Cohesión y fricción de las fibras
 Espacios y huecos
 Contenido de volátiles
 Inflamabilidad, toxicidad y seguridad.
 Vida útil
El fabricante Vector Systems incorpora prepregs de termoplástico reforzados con fibra
continua para ser usado en aplicaciones estructurales ligeras. Estos productos destacan
por su dureza, resistencia medioambiental, absorción de vibraciones, baja
inflamabilidad y alta vida útil.
En la siguiente tabla se muestran las matrices poliméricas empleadas por este fabricante
que pueden ser combinadas en múltiples configuraciones con fibra de carbono, fibra de
vidrio, aramida y fibras metálicas como aluminio, acero o titanio.
Nominal Processing Temp *Continuous Use Temp.
Matrix Polymer Tg ⁰C/⁰F Polymer Structure
⁰C/⁰F ⁰C/⁰F
Polyetheretherketone (PEEK) 385/725 143/290 Semi-crystalline 250/480
Polyetherimide (PEI) 320/610 215/420 Amorphous 200/390
Polyphenylene Sulfide (PPS) 330/625 90/195 Semi-crystalline 220/430
Polypropylene (PP) 190/375 -10/-14 Semi-crystalline 90/194
Polyethylene (PE) 175/350 -125/-195 Semi-crystalline 70/160
Polycarbonate (PC) 295/565 150/302 Amorphous 130/265
Polyethylene terephthalate (PET) 290/555 75/165 Semi-crystalline 130/265
Polyether Sulfone (PES) 290/555 225/435 Amorphous 180/355
Polybutylene terphthalate (PBT) 265/510 56/135 Semi-crystalline 110/230
Polyamides (Nylon) (PA 12, PA 11, PA 6.10, PA
190-220/375-430 40-60/105-140 Semi-crystalline 120/250
6, PA 4.1)
Polyetherketoneketone (PEKK) 355/670 156/315 Semi-crystalline 230/445
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21. Los prepregs termoplásticos pueden presentar deficiencias y defectos que pueden
afectar a la calidad del producto acabado y dificultar el proceso de fabricación. Éstas
son algunas de ellas:
 Discontinuidades en la fibra
 Adhesiones entre superficies
 Particulas endurecidas y apelotonamientos
 Areas con falta de fibra o resina
 Areas con exceso de resina
 Vacios
 Impurezas
 Fibras retorcidas
1.9 Colocación del preimpregnado en el molde
La fabricación de composites con preimpregnados termoplásticos implica preparar el
laminado e introducirlo en el molde para ser procesado. En la tabla siguiente se explican
los pasos a seguir en las diferentes etapas del proceso que son: 1 preparación de las
capas, 2 preparación del molde, 3 transferencia del lay-up al molde y 4 preparación para
el conformado.
21

22. Tabla 3. Pasos a seguir en el proceso de laminación con prepregs termoplásticos
1.10 Autoclave
Este método, empleado en materiales compuestos con matriz termoestable presenta
inconvenientes para la fabricación de compuestos termoplásticos. La falta de adherencia
del prepreg a la superficie del molde y el espesor de la lámina, hace que el laminado sea
dificultoso y costoso. Cuando el lay-up se hace en el interior del molde, el espesor
natural del laminado varía de su posición original ya que el material tiende a estirarse en
las superficies curvas. Estas dificultades pueden suprimirse utilizando materiales
secundarios que hagan del proceso viable, como por ejemplo usar films adherentes o
materiales de sellado para altas temperaturas.
1.11 Press clave
La técnica “press claving”, es una variante del autoclave en la que se emplean sistemas
de calentamiento.
Ilustración 18. Press clave para un prepreg termoplástico
Uno de los inconvenientes del press clave es que sólo puede producir compuestos con
espesores reducidos ya que las dimensiones de los amarres de los platos calientes están
limitadas. En este proceso es necesario asegurar una presión de seguridad y cámaras de
temperatura, las cuales tienden a ser voluminosas con el fin de retener los gases
generados.
Los componentes producidos con éste método tienden a ser de geometías planas pero de
una excelente calidad debido a las altas presiones de consolidación empleadas;
normalmente de 0,7 MPa a 1,4 MPa.
1.12 Moldeo por vacío
22

23. En este método, el laminado es amarrado con unas pinzas sobre el molde, se calienta
hasta que se reblandece, se pone en contacto con la superficie del molde haciendo un
vacio y se enfría. Las matrices termoplásticas empleadas en este método incluyen ABS,
PVC, PPO, SAN, PETG y HDEP.
Ilustración 19. Moldeo por vacio
1.13 Conformado por presión
En este método el material se procesa usando una técnica de molde-contramolde. El
conformado puede realizarse en frio o con platos atemperados.
Ilustración 20. Conformado por presión de un prelaminado termoplástico
El laminado se puede realizar directamente en el molde o se puede prelaminar antes y
colocar a continuación en el molde
1.14 Moldeo por diafragma
23

24. En esta técnica de moldeo se emplea un diafragma que sirve de barrera entre una
cámara de aire y el compuesto termoplástico.
Después de calentar el laminado a la temperatura apropiada, ésta se ablanda. La presión
ejercida sobre el diafragma fuerza al material a pegarse a las superficies del molde.
Con esta técnica se pueden fabricar compuestos de formas complejas utilizando tejidos
unidireccionales.
Ilustración 21. Moldeo por diafragma de un prepreg termoplástico.
1.15 Hydroforming
Este proceso es similar al moldeo por diafragma con la diferencia de que en este caso se
emplea aceite como fluido para ejercer presión sobre la membrana.
Ilustración 2213. Hydroforming de un prelaminado termoplástico
1.16 Deep drawing
Esta técnica es una variación del conformado por presión y se usa para laminados finos
y componentes pequeños.
24

25. Ilustración 23. Deep drawing de un laminado termoplástico.
1.17 Conformado incremental
El sistema es similar al utilizado en el conformado de chapa mediante deformación
incremental.
Ilustración 24. Conformado incremental
Los principales elementos de este sistema son:
 Calentador
 Sistema de transferencia
 Prensador
25

26.  Moldes para la sección a moldear
1.18 Filament winding
Esta técnica se emplea para fabricar estructuras cilíndricas.
Ilustración 25. Filament winding
1.19 Tape-laying
En este proceso el tejido se adhiere directamente a la forma del molde. Tiene la
desventaja de que no se pueden fabricar elementos con geometrías complejas.
Ilustración 26. Filament winding/tape-laying de compuestos termoplásticos
1.20 Moldeo por inyección
El inconveniente del moldeo por inyección es que emplea fibras dispersas en el material
termoplástico para fortalecerlo pero esto da lugar a un polímero de bajo módulo de
resistencia comparado con los laminados unidireccionales y entrecruzados.
Ilustración 27. Moldeo por inyección termoplástico
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27. 1.21 Pultrusión
Esta técnica produce formas a través de una sección caliente de forma que produce
longitudes continuas y de sección constante.
Ilustración 28. Proceso de pultrusión
11. Conclusiones
Las propiedades del material tales como la viscosidad, el contenido de fibra, peso
molecular, etc. están condicionadas por el tiempo de procesado, la temperatura y la
presión. Esto determina los principales factores que controlan la impregnación, la
adhesión de fusión y la cristalización de los compuestos termoplásticos.
La temperatura es un factor de suma importancia para la transformación del material
termoplástico ya que influye directamente en la viscosidad del material.
La presión y la temperatura son parámetros que van relacionados, de tal manera que la
modificación de uno de ellos influye en el otro. La definición y el control de estos
parámetros será clave en el resultado final del proceso y del producto.
La integración de materiales y procesos y la combinación de diferentes técnicas permite
mayor libertad en el diseño, mejora la eficiencia de los refuerzos y añade funciones a los
composites.
12. Referencias
Joa o Silva, Joa o Nunes, C. A. Bernardo and Anto nio Marques (2011).
Thermoplastic Matrix Composites from Towpregs, Advances in Composite Materials -
Analysis of Natural and Man-Made Materials, Dr. Pavla Tesinova (Ed.), ISBN: 978-
953-307-449-8, InTech, Available from: http://www.intechopen.com/books/advances-
in-composite-materials-analysis-of-natural-and-man-madematerials/
P.-E. Bourban, N. Bernet, J.-E. Zanetto, Jan-Anders E. Manson. Material phenomena
controlling rapid processing of thermoplastic composites. Switzerland: Laboratoire de
Technologie des Composites et Polymères (LTC), Département des Matériaux, Ecole
Polytechnique Fédérale de Lausanne. 2000
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28. ECSS-E-HB-32-20 Part 1A “Overview and material properties and applications” (2011)
ECSS-E-HB-32-20 Part 1A “Integrity control, verification guidelines and
manufacturing” (2011)
ASKELAND, DONALD R. (1998). Ciencia e ingeniería de los materiales. México:
International Thompson Editores.
http://www.vectorams.com
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