¿Cuál es la forma adecuada de almacenar a largo plazo materiales de fibra de carbono?

La temperatura y la humedad relativa deben mantenerse constantes (20–25 °C, 30–50 % HR)

Para garantizar que los materiales de fibra de carbono no sufran una descomposición molecular, es fundamental mantener los factores ambientales constantes dentro de los límites especificados. Estos factores deben contribuir a preservar la estructura química de la resina, al tiempo que controlan la absorción de esta dentro de las fibras de carbono. La temperatura debe mantenerse entre 20 y 25 grados Celsius (68 y 77 grados Fahrenheit), y la humedad relativa debe permanecer entre el 30 % y el 50 %. Cuando se producen cambios considerables y frecuentes de temperatura superiores a 2 grados Celsius, las fibras y la resina experimentan una expansión y contracción quimiorreológica, lo que incrementa la formación de microgrietas. Asimismo, los niveles de humedad determinan la composición química de los materiales. Las cámaras ambientales Canadian Springs constituyen un ejemplo en el que los niveles de humedad se cician dentro de un rango operativo del 40 % al 70 % HR, observándose una disminución de casi el 18 % en la resistencia a la tracción de los materiales. En el extremo opuesto del rango de humedad, los materiales sometidos a una HR inferior al 30 % tienden a secarse químicamente y volverse frágiles. Muchos de los agentes de recubrimiento presentes en los sistemas de resina son polímeros termoestables, los cuales también pueden agotarse químicamente al exponerse a un entorno caliente y seco.

Para mantener las condiciones óptimas de almacenamiento durante todo el año, se requiere un sistema bien diseñado de control climático para almacenes, con un sistema completamente integrado de calefacción, ventilación y aire acondicionado, registradores de datos totalmente calibrados y completamente automatizados, y revisiones periódicas del sistema de control climático.

Por qué la congelación o la refrigeración dañan los sistemas de resina y comprometen su vida útil

Existe un concepto erróneo según el cual almacenar materiales de fibra de carbono en un congelador o una nevera preserva su calidad. En la mayoría de los casos, un material de fibra de carbono almacenado en un congelador o una nevera resulta dañado, incluidos los componentes químicos del material. Cuando los materiales se almacenan en un congelador o una nevera, pueden surgir básicamente tres problemas. El primero es el choque térmico al extraer el material del congelador o la nevera. El segundo es la condensación de humedad al retirar el material del almacenamiento en frío. Por último, cuando la temperatura de los materiales desciende por debajo de 10 °C, los sistemas epoxi endurecidos comienzan a separarse en fases. Cuando las resinas se congelan en un congelador ajustado a -18 °C, cristalizan, lo que, según ensayos de laboratorio, reduce la resistencia al impacto de los materiales entre un 40 y un 60 %. Refrigerar los materiales a aproximadamente 4 °C tampoco es mucho mejor, ya que acelera un proceso denominado «eflorescencia de amina». En este proceso, los agentes de curado migran hacia la superficie y generan zonas débiles en los materiales compuestos. En total, los materiales almacenados en un congelador o una nevera pierden entre un 50 % y un 75 % de su vida útil en comparación con los materiales almacenados a temperatura ambiente.

La mejor manera de mantener viables los materiales de fibra de carbono es almacenarlos a temperatura ambiente, en lugar de intentar desafiar la naturaleza mediante métodos de refrigeración.

Métodos correctos de embalaje para mantener la integridad de los materiales de fibra de carbono

Embalaje con barreras al vacío y agentes desecantes para tejidos no curados y prepregs

La mayoría de los fabricantes utilizan una combinación de embalaje al vacío y un agente desecante para mantener lo mejor posible los tejidos secos y las prepreg. Es fundamental mantener la humedad interna del embalaje por debajo del 30-50 % de humedad relativa. La humedad es un agente altamente destructivo para las resinas y provocará una pérdida de la resistencia potencial del producto final. Tanto la humedad como la oxidación pueden deteriorar los sistemas de resina antes de su uso. Las películas de aluminio de tres capas ofrecen una buena barrera contra la humedad y favorecen sellados herméticos frente a esta. Las películas de aluminio constituyen una buena barrera contra la humedad. Es una práctica habitual que los fabricantes de prepreg incorporen absorbentes de oxígeno para ralentizar el envejecimiento de los sistemas de resina debido a la oxidación. Las empresas que reducen costes en el embalaje terminan con prepreg en mal estado debido a la humedad que penetra desde la atmósfera. La vida útil de las prepreg puede reducirse hasta en un 70 % debido a un embalaje inadecuado en menos de 30 días. El control de calidad es un factor importante para garantizar que este proceso se realice correctamente.

Protección UV con propiedades disipadoras de estática y barreras secundarias integradas

Las resinas epoxi experimentan un proceso de descomposición conocido como fotodegradación cuando se exponen a radiación UV. Esta descomposición se manifiesta como ruptura de cadenas, amarilleamiento, agrietamiento y descamación de las capas. Las pruebas basadas en el método ASTM D4329 para envejecimiento acelerado muestran que la fotodegradación puede provocar una pérdida superior al 40 % de la resistencia del material tras 500 horas de exposición a lámparas UV. La resistencia del material se traduce directamente en el número de meses de exposición frente a una ventana o en la presencia de una fuente de intensidad UV en un entorno de oficina normal. Este es, por supuesto, un problema grave que los fabricantes procuran resolver incorporando elementos bloqueadores de UV en las capas superiores del material exterior. Asimismo, crean un recubrimiento que ayuda a controlar la superficie disipativa estática. Para proteger el producto frente a la exposición a la luz, los fabricantes también pueden colocarlo en un recipiente secundario opaco, como un contenedor de polímero plástico rígido. Estos recipientes secundarios herméticos también ayudarán a filtrar el polvo y favorecerán una reticulación estable de la red epoxi al limitar la disponibilidad de oxígeno. Esto prolongará la vida útil del producto antes de que se produzca su degradación.

Almacenamiento de fibra de carbono y riesgos ambientales consecuentes

El impacto de la intemperie y la radiación UV sobre la resina y la norma ASTM D4329

Para los fabricantes de fibra de carbono, la radiación UV constituye uno de los mayores riesgos. Nuestras pruebas de embalaje según la norma ASTM D4329 demostraron que los daños causados por la radiación UV son acumulativos y permanentes. En tan solo unos pocos meses, observamos daños por UV como amarilleamiento, grietas superficiales y deslaminación. Dado que no existe forma de revertir los daños provocados por la radiación UV, las consecuencias son totales y permanentes. Esta es una de las razones por las que los fabricantes adoptan medidas extremas para garantizar un embalaje con protección UV adecuada y recipientes opacos a la luz para todos sus productos de fibra de carbono.

Minimización de la tensión mecánica: el objetivo es evitar la compresión, la flexión y la exposición a vibraciones

Los materiales de fibra de carbono enfrentan riesgos graves cuando se someten a esfuerzos mecánicos. Pequeñas grietas pueden comenzar a formarse en las capas de prepreg cuando las cargas estáticas superan aproximadamente 10 psi. Además, durante la fase de vibración, la resina y las fibras pueden desligarse al moverse. Para el almacenamiento, se recomienda colocar los rollos en posición vertical sobre un bastidor blando y sin fricción. Los laminados curados deben almacenarse acostados, planos, con los espaciadores especiales mencionados anteriormente entre ellos. Nunca apile ningún componente. Una flexión en un componente puede incrementar el riesgo de grietas en las estructuras de resina, lo que reduce su resistencia a la fatiga en un lapso de dos tercios. Los protectores de bordes posicionados y la colocación vertical ayudan a reducir la exposición y la tensión sobre las superficies de los artículos durante la manipulación rutinaria, lo cual constituye un factor principal de daño durante el manejo.

Instrucciones de almacenamiento según el tipo de material de fibra de carbono: tejido, prepreg y laminados curados

Antes de confundir las funciones de almacenamiento, comprenda que difieren en una base fundamental.

Para evitar comprometer la calidad de la infusión de resina y del laminado sobre tejido de fibra de carbono seco, debe almacenarse en un embalaje hermético al agua y al vacío, con desecantes. Esto es necesario para impedir que el tejido adquiera propiedades higroscópicas.

Los prepregs deben almacenarse en condiciones frías [temperaturas de congelación (-18 °C a -23 °C)] para evitar que la resina cure prematuramente. Esto puede parecer inusual, ya que anteriormente hemos indicado que el almacenamiento en frío no es necesario, pero se trata de una excepción. La razón radica en su química: el tejido en sí no ha reaccionado, mientras que la resina del prepreg ha experimentado una reacción parcial. Esto significa que la vida útil de la resina del prepreg depende de las bajas temperaturas. Esta afirmación es cierta y está especificada en los datos técnicos del fabricante original (OEM) y en los estudios de estabilidad compatibles con la norma ISO 10993 proporcionados.

Los laminados curados no necesitan almacenarse en frío para ser químicamente estables. Sin embargo, sí requieren protección física durante el almacenamiento. Esto significa que deben almacenarse verticalmente sobre estantes acolchados con protectores de bordes, sin apilarse y con intercalación para evitar dañar las superficies.

Los protocolos indicados abordan la forma principal de degradación de cada material: los prepregs secos sufren degradación química, los tejidos secos absorben humedad y los laminados terminados se degradan mecánicamente.

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son las mejores temperaturas y niveles de humedad para almacenar materiales de fibra de carbono?

Las mejores condiciones de almacenamiento son de 20-25 °C y una humedad relativa del 30-50 %. Estas condiciones son óptimas para prevenir la degradación de la estructura del material.

¿Por qué no se deben almacenar los materiales de fibra de carbono en un congelador?

Ocurrirán choques térmicos, condensación de humedad y separación de fases en sistemas epoxi reforzados. Estos fenómenos suponen un riesgo para la resistencia al impacto y dificultan las reparaciones estructurales. ¿Cuál es la mejor forma de empaquetar los materiales de fibra de carbono para garantizar su integridad?

Para garantizar la integridad, el embalaje en vacío con barrera aumentada mediante desecante es la opción más adecuada para tejidos secos y preimpregnados, ya que mantiene bajos niveles de humedad y evita la absorción de humedad, lo cual, de lo contrario, degradaría las resinas.

¿Cuál es el efecto de la radiación UV sobre los materiales de fibra de carbono?

La radiación UV provoca la degradación térmica de las resinas epoxi, lo que da lugar a ruptura de cadenas, decoloración y debilitamiento de la estructura.

¿Cuáles son las instrucciones de almacenamiento para los distintos tipos de materiales de fibra de carbono?

Los tejidos secos deben almacenarse en envases sellados al vacío con barrera contra la humedad. Los prepregs deben almacenarse en refrigerador o congelador para garantizar que la resina se mantenga en su estado previamente procesado y fluido. Los laminados curados deben guardarse en un recipiente físicamente protector y no es necesario mantenerlos en un clima controlado.