Infusión de resina: un proceso con vacío que permite fabricar desde palos de golf hasta alas de avión

Seguro que muchos nos habremos preguntado alguna vez cómo los aviones pueden ser tan ligeros como para poder volar transportando centenares de pasajeros y a la vez ser tan resistentes. Una de las respuestas a esto las tenemos en la utilización de una técnica llamada infusión de resina, que permite crear fusiones de fibras como el carbono o el vidrio con resinas especiales, y así formar piezas estructurales ligeras pero muy fuertes, que cumplen los exigentes requisitos de la aviación moderna.

Sin embargo, la infusión de resina no sólo se usa en aplicaciones de aviación. Los barcos y yates también incorporan piezas en sus cascos resultantes de esta técnica, así como los satélites y vehículos espaciales en sus componentes. Sectores tan estratégicos como las energías renovables también aprovechan las ventajas de esta técnica para la fabricación de aspas de turbinas eólicas, combinando fibra de vidrio con resina epoxi. Hasta el material deportivo como palos de golf, tablas de surf o bicicletas de alto rendimiento pueden estar fabricados con materiales resultantes de la infusión de resina por vacío.

¿En qué consiste la infusión de resina?

La infusión de resina es un proceso para fabricar materiales compuestos, que son combinaciones de dos o más componentes para obtener propiedades mejores de las que tienen individualmente. En estos componentes hay uno que hace de «matriz», es decir, de material de soporte que dará la forma final (en este caso la resina), y uno que actúa como «refuerzo», que son las fibras (vidrio, carbono). La matriz (la resina) es la que mantiene unidas las fibras o el refuerzo y distribuye las cargas entre ellas, y el refuerzo (el tejido) añade al compuesto una resistencia y una rigidez que la matriz no tiene.

Para hacer correctamente de soporte, la resina necesita un molde, de lo contrario el resultado no tendría la forma y las dimensiones requeridas para cada pieza y mantener las fibras juntas, por ejemplo. Además, también se requiere el vacío para procurar la uniformidad de la superficie, la ausencia de burbujas en el interior de la resina, la distribución de ésta en superficies grandes, etc. Lo explicamos más adelante en las ventajas de este proceso.

El proceso de infusión de resina al vacío, en 6 pasos

El proceso de infusión de resina no dista en lo esencial de otros procesos que implican un molde y la aplicación de vacío que hemos explicado en este blog, como el moldeo de plásticos. Como ocurre siempre, no hay un proceso universal, depende de cada aplicación y material concreto aplicado: por ejemplo, puede existir un paso previo de corte del tejido, sistemas de colocación automatizada en caso de piezas complejas o grandes, etc. Algunos pasos comunes para este proceso son:

1. Preparación del laminado en el molde

En un molde con la forma del componente a fabricar e impregnado de un agente desmoldante para facilitar la posterior retirada de la pieza del molde, se coloca el tejido de refuerzo (la fibra de vidrio o de carbono, generalmente), dispuesto de la forma más adecuada según el caso.

2. Instalación de la bolsa de vacío

Para comprimir el laminado seco y asegurar que no quedan burbujas de aire atrapadas con la inyección de resina posterior, se lleva a cabo lo que se llama instalación de la bolsa de vacío. Se trata de una bolsa de plástico que se sella al perímetro del molde de forma que no haya fugas de aire y a través de un puerto (agujero conectado a un tubo) en la bolsa conectado a una bomba de vacío se extrae todo el aire del laminado.

3. Evacuación del aire del laminado

Como acabamos de explicar, a través de un puesto en la bolsa de vacío, una bomba de vacío succiona el aire del laminado, y por la diferencia de presión con el de fuera de la bolsa herméticamente sellada, se comprime la bolsa hacia el laminado, presionándolo firmemente. Así se compactan las fibras y con la ausencia de aire se minimizan las burbujas posteriores.

4. Inyección de resina

Una vez creado el vacío dentro de la bolsa, se inyecta la resina a través del puerto. El entorno de vacío dentro de la bolsa hace que la resina fluya fácilmente y se distribuya uniformemente por todo el laminado, ya que no hay aire que ofrezca resistencia, impregnando cada fibra y rellenando todos los espacios y huecos.

5. Curado de la resina

La resina tarda un tiempo en endurecerse por completo. Esta parte del proceso se llama curado, que implica pasar de un estado líquido a uno sólido mediante una serie de enlaces químicos, y se puede llevar a cabo a temperatura ambiente o acelerándolo con aplicación de calor u otros métodos.

6. Desmoldado de la pieza

Una vez que la resina se ha endurecido completamente, se retira la pieza del molde. Se quita la bolsa de vacío y cualquier otro material auxiliar usado en el proceso y se procede a cualquier otro proceso adicional (corte de bordes de la pieza, lijado superficial, etc.

Ventajas de la inyección de resina frente a otros procesos

La inyección de resina proporciona a la conformación de compuestos ventajas que otras técnicas como el laminado a mano, el moldeo por transferencia de resina o el moldeo por compresión, entre otros, no tienen, pero la elección de cada uno depende de los materiales, la aplicación y la calidad que deseemos. Algunas de estas ventajas generales que implica la inyección de resina son:

• Calidad y consistencia del compuesto final: lomo es habitual en las aplicaciones de vacío, una de sus ventajas principales es la uniformidad del material inyectado, con una mejor relación fibra-resina, sin huecos vacíos.
• Menor presencia de burbujas y huecos: la presencia de burbujas y huecos vacíos en piezas puede generar problemas en la resistencia mecánica y en la durabilidad, ya que estos defectos actúan como puntos de concentración de tensión que pueden reducir la integridad estructural del material y facilitar la propagación de grietas. Por eso el vacío supone una ventaja frente a otras técnicas, al eliminar el aire atrapado.
• Eficiencia en la fabricación de piezas de grandes dimensiones: otros métodos para la fabricación de compuestos presentan dificultades para impregnar de forma suficiente, con una correcta relación resina-fibra, y de manera uniforme toda la pieza, mientras que la infusión de resina sí lo permite.
• Impacto ambiental menor y seguridad laboral mayor con menos compuestos volátiles: al trabajar en un entorno cerrado, menos expuesto al aire, con un proceso controlado, un uso de la resina más eficiente y sin manipulación manual, etc., se emiten menos compuestos volátiles que pueden tener impacto medioambiental y en la salud de los operarios.
• Control mayor del proceso: al poder ser monitorizado, se puede controlar mejor el peso y el grosor del compuesto, algo imprescindible en industrias que demandan piezas con especificaciones muy precisas.
• Menor desperdicio de material: el mayor control sobre cada pieza hace posible un uso racional de los materiales, sin desperdiciarlos, algo que también repercute en el menor impacto medioambiental, al generar menos residuos.

Bombas de vacío para inyección de resina

Una bomba de vacío para procesos de inyección de resina puede ser de paletas rotativas, de diafragma, de tornillo, entre otras. En general deben ser resistentes a los químicos y ofrecer un nivel de vacío suficiente como para asegurar la impregnación de resina en el tejido fibroso a pesar de posibles fugas que pueda haber, pero la idoneidad de una u otra depende de la aplicación específica y de las preferencias del usuario. El nivel de ruido, el mantenimiento, la portabilidad, el nivel de vacío y la potencia, entre otros, pueden determinar cuál puede ser la más adecuada, por eso Marpa Vacuum asesora a los usuarios teniendo en cuenta estos factores.