Enrollado de Filamento

filament winding3El embobinado o enrollado de filamento es un proceso por el cual se enrollan refuerzos continuos en forma de mechas o trenzados (hilos de fibras reunidos) sobre un mandril giratorio. El mandril puede ser cilíndrico, redondo o de otra forma, siempre y cuando no tenga curvatura reentrante. Las máquinas especiales atraviesan una longitud de mandril a una velocidad sincronizada con la rotación del mandril. La máquina también controla el ángulo de bobinado del refuerzo y la velocidad de fijación de la fibra.

El refuerzo puede ir envuelto en bandas adyacentes o en bandas repetidas que van escalonadas a lo ancho de la banda, la cual, eventualmente cubre la superficie del mandril. Pueden añadirse refuerzos locales a la estructura durante el devanado circunferencial, bandas helicoidales locales o mediante el uso de tela tejida o unidireccional. El ángulo de envoltura puede variar de ángulo helicoidal bajo a ángulo circunferencial o de aro alto, lo que permite el enrollado de 4° a 90° con respecto al eje del mandril. Las máquinas de nueva generación permiten colocar la fibra a 0°.

Existen ventajas y desventajas para el enrollado de filamentos en comparación con otros métodos. Las ventajas más obvias son el ahorro de costos, tanto el capital como el trabajo recurrente, y la capacidad de construir una estructura que es más grande que la capacidad de la autoclave. Las desventajas del devanado de filamentos implican generalmente la separación del mandril.

Los fabricantes de motores de cohetes grandes han utilizado mandriles de yeso que pueden ser separados.

La curvatura inversa puede volverse curvatura positiva mediante la adición de fibras o capas orientadas. Si la curvatura es necesaria para el diseño, tal como una lámina de aire, puede lograrse retirando la estructura no curada del mandril y utilizando medios alternativos de compactación para formar el material compuesto.

Las máquinas bobinadoras de filamento modernas tienen la capacidad de cambiar el ángulo de bobinado en cualquier punto sobre la superficie de la pieza. Esto proporciona la opción de enrollar realmente la fibra en una curvatura invertida seleccionando el ángulo de bobinado que seguirá una trayectoria hiperboloidal en un rebaje liso sin puentear o resbalar.

La pobre superficie externa se puede suavizar un poco mediante la selección apropiada de resina y fibra, el uso de una esterilla en la superficie, el uso de compuestos suavizantes rellenos con alguna penalización por peso, o por compactación y curado en un dado hembra utilizando una bolsa de vacío o autoclave a presión.

El proceso de bobinado de filamentos, al igual que la pultrusión, p
uede emplear sistemas de resina húmeda para dar lugar a estructuras compuestas potencialmente de menor costo. Las directrices para un sistema de resina húmeda que son únicas para el devanado de filamentos húmedos son que la viscosidad debe ser baja, la vida útil de la mezcla debe ser lo más larga posible y la toxicidad debe ser baja.

filament winding
Foto cortesía de Mikrosam

Las resinas termofijas se han utilizado generalmente como aglutinantes para los refuerzos en productos de hilo filamentoso.

Estas resinas se pueden aplicar a la mecha seca en el momento del bobinado (bobinado en húmedo) o pueden aplicarse previamente y gelificarse a una etapa B como pre-impregnado. La fibra se puede impregnar y volver a enrollar sin pasar por la etapa B y se utiliza rápidamente o refrigerado.

Los materiales pre-impregnados son útiles debido a la oportunidad que dan para realizar verificaciones de control de calidad desde el principio del proceso.

Con este proceso se elaboran piezas grandes y huecas como tuberías de gran díametro y contenedores.

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