Uno de los procesos que más se utilizan para crear materiales compuestos es el filament winding, por medio del cual se obtienen estructuras cilíndricas que poseen una buena relación entre la resistencia mecánica y la densidad para que puedan utilizarse en distintas industrias.
¿Qué es el proceso filament winding?
De acuerdo con la Universidad Internacional del Ecuador (UIDE), el enrollado de filamentos es una técnica para fabricar estructuras de materiales compuestos, consideradas como piezas de revolución que no tienen curvaturas entrantes.
Antes de continuar es necesario señalar que los materiales compuestos son combinaciones de dos o más materiales, algunos se encuentran en la naturaleza, como la madera; sin embargo, existen otros que se fabrican por el hombre, como el plástico reforzado con fibra de vidrio.
Todos estos materiales tienen dos componentes: la matriz y el refuerzo. “La matriz es la fase continua en la que el refuerzo queda embebido, sus funciones son brindar cohesión, transmitir las cargas al refuerzo, así como definir las propiedades físicas y químicas”, explica la guía didáctica “Materiales y Materias primas” del Ministerio de Educación de Argentina.
En el caso del refuerzo, “es la fase discontinua que se agrega a la matriz para conferir al compuesto alguna propiedad que la matriz no posee. Se utiliza para incrementar la resistencia y rigidez mecánicas, para mejorar el comportamiento a altas temperaturas y dar resistencia a la abrasión”, añade la guía.
Estos materiales compuestos pasan por diferentes procesos de fabricación para obtener piezas específicas, una de las técnicas que más se utilizan es el filament winding, que comienza cuando se enrollan filamentos de un material de refuerzo en un molde cilíndrico montado sobre un mandril industrial, recubriéndolos con una matriz orgánica.
Durante el enrollado se puede utilizar una cinta de preimpregnado (filament winding seco) o una de fibras impregnadas en resina en el momento (filament winding húmedo).
Según la guía citada en párrafos anteriores, durante todo el proceso el mandril se mantiene girando mientras un cabezal de aplicación lo recorre transversalmente, cubriéndolo con las fibras.
“El componente principal en el proceso es definir las velocidades del mandril y del cabezal de aplicación, estos dos movimientos definen el ángulo de laminación, es decir, definen las propiedades del producto”, añade el documento del Ministerio de Educación.
Además, existen tres tipos de enrollamientos:
- Circunferencial o radial. Los materiales se enrollan de manera perpendicular al eje del mandril, lo que da resistencia al producto en la dirección circunferencial.
- Helicoidal o axial. Se distingue porque las fibras avanzan con un ángulo específico en la dirección axial del mandril.
- Polar. Consiste en un paso de las fibras de manera tangente a un polo del mandril y luego tangente al polo opuesto, para formar un plano de simetría en el producto.
Durante el proceso también es necesario considerar cuál es la dirección de las fibras y el contenido de las mismas, para obtener buenas propiedades físicas en los materiales compuestos.
¿Para qué sirve el filament winding o embobinado de filamento?
El enrollado de filamentos se utiliza principalmente para obtener tanques de almacenamiento, los cuales tienen una amplia presencia en diferentes industrias porque sirven para conservar sustancias químicas, agua y ciertos alimentos.
Los tanques de almacenamiento se utilizan en fábricas, en plataformas petroleras y en grandes industrias que deben disponer en todo momento de sus materias primas, con la ventaja de que se comercializan en varios tamaños, para que se ajusten a lo que cada compañía busca.
Gracias al filament winding se fabrican tanques resistentes, tanto a la corrosión y los golpes, como a ciertos factores climáticos, entre ellos la lluvia, el viento y los rayos del sol, sin alterar la calidad de las sustancias que almacenan.
Con esta técnica también es posible crear otros productos de gran utilidad en el sector industrial, entre ellos las tuberías para la transportación de sustancias químicas y los cilindros de gas.
Ventajas de este proceso
De acuerdo con la guía didáctica “Materiales y Materias primas”, el filament winding es un proceso “muy rápido, automatizado y económico; se puede controlar muy acertadamente la concentración de resina, alcanzándose valores muy altos de fracciones en peso de fibras”.
Además de esas ventajas, esta técnica minimiza los costos porque se pueden utilizar diferentes resinas: epoxi, poliester, vinilester y fenólica. Por otra parte, se obtienen altas propiedades estructurales de los laminados, debido a que las fibras se pueden colocar en ángulos bien definidos.
Otras ventajas que presentan los productos hechos con esta técnica es una buena relación de resistencia y peso, tienen uniformidad en la distribución del refuerzo, una buena superficie exterior y las paredes, al ser uniformes, están libres de huecos.
Las industrias que trabajan con este proceso tienen volúmenes de producción automatizados y altos, ya que se requiere de poco esfuerzo en la mano de obra y los costos del mandril son bajos.
