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LAMINADO EN COMPOSITE

LAMINADO EN COMPOSITE

Yate nº 497

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La construcción de yates de recreo ha pasado de la fibra a los denominados composites, calificativos con los que se distingue hoy la tradicional construcción en plástico reforzado con fibra de vidrio -GRP, Glass Reinforced Plastics- de otra más moderna que emplea materiales y técnicas de aplicación más complejas. En este artículo y siguientes, repasaremos las técnicas que más se utilizan en la actualidad.

El material y las técnicas de construcción de yates de recreo han cambiado, por lo que su denominación se ha hecho muy amplia. ¿Qué son los composites? Como su nombre indica, en los PMC (Polymer Matrix Composites) encontramos una matriz de resina formulada con polímeros plásticos que contiene una serie de paños o capas de fibras de refuerzo de diversa naturaleza. Podemos por tanto definirlos simplemente como materiales mixtos compuestos por dos elementos diferenciados: matriz y refuerzo. En este sentido, y para ser exactos, toda la construcción en derivados del petróleo es en realidad “composite”. Otra cosa es que hoy usemos este término solo para referirnos a las técnicas de construcción que emplean materiales más complejos -como las aramidas, kévlar o el carbono y resinas de tipo viniléster o epoxy- que los primitivamente usados en los años 70 –la comúnmente denominada fibra de vidrio de diferentes tipos y resinas de poliéster-, así como técnicas de infusión o inyección en sustitución del laminado monolítico manual con rodillo. Eso no significa necesariamente que unas puedan ser universalmente consideradas mejores que las otras, ya que su utilización depende de criterios de programa de uso de un barco determinado, económicos o de producción, más que de otros factores. Por ejemplo, un barco íntegramente de carbono no tiene porque ser necesariamente la mejor opción para un velero de crucero de 10 metros, o barcos de construcción en gran serie, ya que aún con mejores propiedades físicas o mecánicas, su coste lo hace inviable desde el punto de vista del mercado e innecesario desde el punto de vista del programa de uso. Esta mayor complejidad de materiales y técnicas no es el resultado de un determinado descubrimiento con aplicación inmediata sino más bien una evolución a lo largo del tiempo. El estratificado en sándwich, unas resinas y gelcoats más resistentes y menos peligrosas, y por fin el vacío y el curado con temperatura nos han llevado hasta el apogeo de los tejidos direccionales y de los núcleos termoformables. Mejores propiedades mecánicas traducidas en estructuras más ligeras, menos horas de trabajo humano y menor exposición a sustancias nocivas han sido las tres claves de esta pequeña revolución. ¿En qué se parecen un Bavaria 50, un North Wind K2, un Shipman 50 o un TP52? Se trata de cuatro barcos modernos cuya respectiva construcción presenta sin embargo notables diferencias. Tal vez la mayor ventaja del estado actual de la técnica sea ésta: que permite a los constructores de barcos adoptar el sistema más indicado para cada programa.

MOLDEO
Los cascos y cubiertas de los yates de composite, así como la mayoría de piezas y perfiles que los componen, se realizan con la ayuda de moldes. Sin embargo, las piezas planas como los mamparos y puertas se laminan en mesas planas. Esto ya era así en tiempos de la fibra, solo que los moldes y mesas de entonces no necesitaban aguantar altas temperaturas sin deformarse ni llevar aparejadas las conducciones de un sistema de infusión o de vacío. Un molde es también una inversión de la que podrá obtenerse una o varias piezas idénticas cuyo coste absoluto incorpore una porción del coste del utillaje de moldeo. Como toda inversión, los moldes han de ser rentables y económicos, de ahí que se experimente continuamente sobre ellos. La forma clásica de realizarlos es a partir de un modelo. Se empieza por construir una réplica desechable de la pieza sobre la que se corrigen todas las imperfecciones. Se disponen a continuación sucesivas capas de tejido impregnadas con resina líquida hasta completar una forma invertida que se reviste de una estructura ligera para hacerla autoportante. Se distingue entre moldes de un solo uso y moldes permanentes, y se denomina molde macho (male plug) al que se adapta por el interior de la pieza y molde hembra (female mold) al destinado a contenerla. Con el corte y fresado por ordenador aumenta la precisión y se reducen las tolerancias en los modelos; de este modo pueden acortarse los tiempos y obtenerse mejores resultados. El corte por control numérico también posibilita el moldeo prototípico, que consiste en construir directamente la pieza sobre su estampación inversa.

MATERIALES
Generalmente se habla de familias de productos: telas, resinas. preimpregnados (telas que incorporan resinas gelificadas) y núcleos. A estos cuatro grupos habría que añadir el de los consumibles: bolsas de vacío, capas pelables, films perforados, mantas de sangrado, cintas adhesivas y desmoldeantes constituyen los útiles imprescindibles para aprovechar la fuerza del vacío. Más adelante, en sucesivos artículos, trataremos las peculiaridades de éstos y del resto de materiales en relación con los procesos en que son utilizados. Por ahora nos conformaremos con una breve descripción de los mismos:
• Telas. Las telas de refuerzo más utilizadas son las de vidrio, aramida o carbono. Las de fibras dispuestas aleatoriamente ya solo se utilizan en contadas aplicaciones de capa gruesa. Las mejores prestaciones se obtienen usando fibras multiaxiales y unidireccionales en lugar de otros tejidos cuyas fibras están simplemente balanceadas.
• Resinas. Se utilizan nuevos sistemas de resinas de poliéster y viniléster con el complemento de gelcoats y topcoats compatibles, de reducidas emisiones de compuestos organicos volátiles (VOC) y mínima degradación con la humedad. Los sistemas de resina epoxi curada a temperatura son habituales en los productos de gama alta. A diferencia de los primeros su polimerización no es activada por catalizadores que resultan en tiempos cortos de proceso, sino por endurecedores cuyo efecto es más o menos rápido a voluntad. Esto permite una manipulación prolongada muy conveniente para la disposición de paños en las orientaciones deseadas.
• Preimpregnados. Los más usados son los de carbono/epoxi, y aramida/epoxi con proceso de curado por debajo de 90ºC. Su almacenamiento y conservación debe hacerse en cámaras frigoríficas. Si bien los fabricantes se cuentan casi con los dedos de la mano, existe amplia variedad que permite múltiples configuraciones: contenido en fibras en g/m2, disposición unidireccional, axial, biaxial, triaxial, a 0º, 90º y ±45º, con fibra de módulo estándar, intermedio, alto o muy alto, también con distinta proporción de resina, y finalmente aptos para distintas temperaturas de curado, normalmente entre 85 y 120ºC.
• Núcleos. Con matrices de poliéster o viniléster es habitual el uso de espumas de PVC. Tienen el inconveniente de emitir gases al ser sometidos a alta temperatura, aunque entre éstas ya existen algunos tipos compatibles con los sistemas epoxídicos y los tratamientos térmicos. Quienes recurren a los preimpregnados suelen preferir por sus mejores propiedades mecánicas los núcleos de nido de abeja de aramida (Nomex) o las espumas acrílicas (SAN). Estas últimas son también apropiadas para procesos de infusión, en los que normalmente se usa madera de balsa. Al margen de su agotabilidad como recurso natural, la densidad razonablemente baja y el excelente comportamiento a compresión de esta madera sirven idóneamente a las condiciones requeridas en catamaranes y monocascos de crucero de series medianas.

TÉCNICAS
El empleo de los materiales modernos permite solucionar los problemas clásicos de la construcción tradicional: baja compactación, alto contenido en aire, incorrecta proporción de fibra o mala extracción de compuestos volátiles. En general la disposición de las distintas capas en las direcciones indicadas se revela como un trabajo esencial para el que se emplea mano de obra bien cualificada. El sangrado del aire o excedentes líquidos y la compactación de las capas son asistidos por vacío aprovechando la fluidez de las resinas. El curado de las piezas se realiza por aporte de temperatura durante periodos de tiempo extendidos durante los cuales se produce una reorganización a nivel molecular. La laminación tradicional o por contacto consolidada mediante vacío es el recurso más utilizado para la fabricación de barcos de serie. Así el grueso de la construcción que se realiza en el lugar se resuelve con cuatro técnicas conocidas como: laminación a contacto con vacío (hand/wet layup); infusión de resina líquida (Vartm -vacuum assisted resin transfer moulding-, Scrimp, Rift,…); preimpregnado (Prepreg) e impregnación parcial (Sprint), mientras que la perfilería y tubos que pueden adquirirse en el mercado son fabricados por maquinaria de pultrusión (estirado sobre perfil) o de filado (hebras enrolladas o entretejidas).

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