¿Cómo afectan la temperatura y la humedad a la estabilidad dimensional del laminado de fibra de vidrio epoxi?

Las razones por las cuales la temperatura y la humedad afectan la estabilidad dimensional del laminado de fibra de vidrio epoxi son las siguientes:

Temperatura afecta

• Expansión y contracción térmica: Al igual que la mayoría de los materiales, los laminados de fibra de vidrio con resina epoxi presentan expansión y contracción térmica debido a los cambios de temperatura. Cuando la temperatura aumenta, el incremento del movimiento molecular hace que las moléculas se expandan en todas direcciones, ya que su distancia promedio crece. Por el contrario, cuando la temperatura disminuye, la reducción de la actividad molecular conduce a una compresión molecular y a la contracción del laminado. Este fenómeno generalmente se mide mediante el coeficiente de expansión térmica (CTE). Aunque los laminados de fibra de vidrio con resina epoxi tienen valores relativamente bajos de CTE, los cambios dimensionales significativos que ocurren durante fluctuaciones extremas de temperatura aún pueden afectar aplicaciones mecánicas de alta precisión.

• Variaciones en el rendimiento del material: Tanto las temperaturas excesivamente altas como bajas pueden afectar el rendimiento de los laminados de fibra de vidrio epoxi. Por ejemplo, cuando las temperaturas se acercan o exceden su temperatura de transición vítrea, las propiedades mecánicas de los paneles se degradan, volviéndose más flexibles. Bajo cargas externas o tensiones internas, estas placas son más propensas a deformarse, comprometiendo así la estabilidad dimensional. En entornos de baja temperatura, los laminados pueden volverse frágiles y con una tenacidad reducida, lo que podría provocar microfisuras en las estructuras internas. Estos defectos pueden propagarse gradualmente con un uso prolongado, comprometiendo finalmente la estabilidad dimensional general de los laminados.

El efecto de la humedad

• Expansión higroscópica: Los laminados de fibra de vidrio epoxi presentan propiedades higroscópicas. Cuando se exponen a una alta humedad, las placas absorben la humedad del aire. Cuando las moléculas de agua penetran en la estructura del laminado, provocan la expansión de la matriz de resina y pueden debilitar el enlace interfacial entre las fibras y la resina. Esta expansión de la resina provoca deformaciones dimensionales tanto en el espesor como en las dimensiones planas, lo que resulta en cambios de tamaño medibles. Es importante destacar que la capacidad de absorción de humedad se correlaciona directamente con los niveles de humedad ambiental: una mayor humedad intensifica este proceso, causando variaciones dimensionales más pronunciadas.

• Degradación de las propiedades mecánicas: La humedad excesiva puede deteriorar el desempeño mecánico del laminado de fibra de vidrio epoxi, reduciendo notablemente su resistencia y rigidez. Cuando estas propiedades disminuyen, las placas se vuelven más propensas a la deformación bajo fuerzas externas equivalentes, lo cual afecta negativamente la estabilidad dimensional. Además, las fluctuaciones repetidas de humedad pueden inducir tensiones internas dentro de las placas. La exposición prolongada a tales condiciones podría provocar torsión, deformación y otros problemas estructurales, comprometiendo finalmente la integridad dimensional.

Para garantizar la estabilidad dimensional de las láminas de fibra de vidrio epoxi cuando cambian la temperatura y la humedad ambientales, podemos actuar desde los siguientes aspectos:

• Seleccionar materiales de alta calidad: elegir láminas de fibra de vidrio epoxi de proveedores confiables y con estabilidad. Los materiales de alta calidad presentan avances en fórmula y proceso de producción, además de mejores valores en coeficiente de expansión térmica, higroscopicidad y otros indicadores.
• Tratamiento previo al secado: antes de su uso, las láminas pueden secarse previamente colocándolas en un ambiente de secado o utilizando un horno de secado y otros equipos para eliminar la humedad contenida, con el fin de reducir el cambio dimensional causado por la higroscopicidad.
• Reservar espacio para expansión: en el diseño mecánico, considerar que la lámina puede variar de tamaño debido a cambios de temperatura y humedad, y reservar una cierta cantidad de espacio para su expansión.
• Optimización estructural: mejorar la estabilidad dimensional de la lámina mediante un diseño estructural adecuado. Por ejemplo, incrementar la rigidez de la placa utilizando nervios de refuerzo y estructura de marco, para que pueda resistir mejor la deformación cuando cambian la temperatura y la humedad.

Control de temperatura: mantener la lámina de fibra de vidrio epoxi en un rango de temperatura relativamente estable.

Control de humedad: utilizar deshumidificadores, humidificadores y otros equipos para mantener la humedad ambiental en un rango adecuado. En general, se considera más adecuado mantener la humedad ambiental entre 40% y 60%.

Protección mediante recubrimiento: la superficie de la lámina de fibra de vidrio epoxi está recubierta con una capa protectora, como por ejemplo recubrimiento de resina epoxi, recubrimiento de poliuretano, etc.

Tratamiento químico: la superficie de la lámina se somete a un tratamiento químico para mejorar el rendimiento de unión entre la fibra y la resina, mejorar la resistencia al agua y a la humedad de la lámina, y así reducir los problemas de inestabilidad dimensional causados por cambios en la humedad.

Además, es necesario inspeccionar y mantener regularmente el laminado de fibra de vidrio epoxi, detectar oportunamente problemas de deformación, grietas y otros daños provocados por cambios de temperatura y humedad, y tomar las medidas correspondientes de reparación o reemplazo.

RDS composite ha estado suministrando productos de fibra de vidrio epoxi de alto rendimiento al mercado. Sus productos son cuidadosamente gestionados desde la adquisición de materias primas hasta el proceso completo de producción para asegurar que cumplan con las normas internacionales.