La regla de oro en lubricación de procesos composite: zonas de no-lubricación
En los procesos de fabricación de materiales compuestos, la selección de lubricante no solo contempla qué tipo usar: también contempla con igual rigor dónde no lubricar. Cada proceso composite tiene zonas de no-lubricación donde cualquier producto lubricante —incluso grasa de silicona o aceite de PTFE— está estrictamente prohibido porque contaminaría la fibra o la resina.
Contaminación con aceite mineral en fibra de carbono: el mecanismo
La fibra de carbono tiene una superficie química específica tratada con un agente de encolado (sizing) diseñado para maximizar la adhesión con la resina epoxi. Este sizing es típicamente una formulación de epoxi-amina de baja viscosidad o poliuretano que crea puentes covalentes entre la fibra y la matriz. Un aceite mineral de tan solo 0,1 μl/cm² sobre la superficie de la fibra desplaza el sizing y crea una barrera hidrofóbica que impide la mojabilidad de la resina. El resultado es una interfaz fibra-resina sin adhesión (delamination void), invisible hasta la inspección por ultrasonidos o tomografía computarizada.
La contaminación no requiere contacto directo del lubricante con la fibra. El aerosol de aceite generado por guías mal lubricadas o por exceso de lubricante puede depositarse sobre tejidos de carbono a distancias de hasta 50 cm del punto de emisión. En salas de laminación donde se trabaja con tejidos secos o prepregs en reposo, la gestión del aerosol es tan importante como la selección del lubricante.
Autoclaves de curado CFRP/GFRP: temperatura 120-200 °C, presión 7-14 bar
Los autoclaves de curado de composites (fabricantes como Aerojet Rocketdyne, Vermont Composites, Lauak, Aernnova) operan en ciclos de alta temperatura y presión. El ciclo estándar para prepreg CFRP aeroespacial es: rampa de temperatura 2-3 °C/min hasta 120-180 °C, presión de consolidación 6-14 bar, tiempo de curado 60-240 min, enfriamiento controlado. La puerta del autoclave —con sellos, bisagras y mecanismo de cierre bajo presión— requiere lubricación específica para esta combinación de temperatura y presión.
Cojinetes de puerta de autoclave
Los cojinetes de bisagra y del mecanismo de cierre de la puerta trabajan en el rango de temperatura 20-200 °C con ciclos de apertura/cierre de hasta 4-6 veces al día. Las grasas convencionales de jabón de litio se oxidan y se ablandan a estas temperaturas en pocos meses de uso intensivo.
Sellos mecánicos y guías de puerta
Los sellos de la puerta del autoclave son de PTFE o Viton, resistentes a temperatura y presión. El lubricante de montaje del sello debe ser compatible con el material del sello y con la presión interna. Se usa habitualmente una pasta PTFE de montaje o un aceite de silicona de muy baja viscosidad aplicado sobre el sello para facilitar el cierre sin dañar el material.
NADCAP y AS9100: el lubricante debe estar documentado y aprobado
Los procesos de autoclave bajo certificación NADCAP (National Aerospace and Defense Contractors Accreditation Program) requieren que todos los materiales que entran en contacto con la carga —o que tienen potencial de contaminarla— estén documentados, aprobados y trazados. El lubricante de la puerta del autoclave forma parte de esta lista de materiales controlados. El fabricante del lubricante debe proporcionar una ficha de datos de producto que permita evaluar el riesgo de contaminación del autoclave, y el lote utilizado debe quedar registrado en el control de proceso de cada carga.
Cortadoras CNC de fibra de carbono: Zünd, Lectra, Gerber
Las mesas de corte CNC de tejidos secos y prepregs de fibra de carbono trabajan en un entorno altamente abrasivo. La fibra de carbono seca tiene una dureza de Mohs 3-4 (comparable al feldespato), y las partículas generadas durante el corte —fibras cortas de 0,1-5 mm— actúan como abrasivo de alta velocidad sobre las guías lineales del carro cortador cuando se depositan en ellas.
Dualidad del lubricante en cortadoras CNC: protección vs. captura de partículas
En mesas de corte de CFRP, el lubricante de las guías lineales tiene un efecto paradójico: protege las guías del desgaste por metal-metal, pero si se aplica en exceso actúa como trampa para las partículas de fibra, creando una pasta abrasiva mucho más dañina que las partículas sueltas. El objetivo es la cantidad mínima de lubricante que forma una película de protección sin exceso visible.
Lubricante correcto
Aceite ISO VG 32-46 de baja niebla, base PAO o mineral parafínica de alta pureza. La baja niebla reduce la deposición sobre el tejido cortado. Las guías THK o INA de estas mesas tienen blocks de recirculación con sistemas de rascador: el aceite en cantidad correcta facilita la evacuación de partículas fuera del block.
Sistema de aspiración integrada
Las cortadoras CNC de CFRP modernas (Zünd G3, Lectra Virtek) tienen mesas de vacío con aspiración. La aspiración mantiene el tejido tenso durante el corte y extrae las fibras cortas del entorno. Sin aspiración funcionando correctamente, la lubricación de las guías queda comprometida independientemente del lubricante elegido.
La lubricación de estas máquinas se realiza habitualmente mediante sistemas automáticos de engrase por línea central (centralubrication) integrados en el fabricante. El lubricante compatible con estos sistemas debe tener buena bombeabilidad a temperatura ambiente y baja tendencia a la oxidación, ya que el lubricante puede estar estacionario en las líneas durante paradas de fin de semana.
Pultrusoras de perfiles de fibra de vidrio: dados de conformado y rodamientos
La pultrusión es el proceso de fabricación continua de perfiles de fibra de vidrio (GFRP) o carbono (CFRP): las fibras se impregnan con resina (epoxi, poliéster, vinilester) y se tiran a través de un dado caliente que conforma y cura el perfil a temperaturas de 120-200 °C. La velocidad de proceso es de 0,3-2 m/min.
Dado de conformado: zona de cero lubricación
El dado de pultrusión (steel tooling die) trabaja con la fibra impregnada de resina a alta temperatura. La lubricación del dado no se hace con lubricante mecánico: se usan agentes de desmoldeo internos (internal mold release, IMR) incorporados en la formulación de resina, o ceras de desmoldeo externas aplicadas sobre el dado antes de la producción. Un aceite lubricante sobre el dado contaminaría la resina y generaría porosidad superficial en el perfil o zonas sin curado.
Rodamientos de tracción (pulling unit)
La unidad de tracción (pulling unit) que tira del perfil conformado tiene rodamientos de carga que soportan las fuerzas de tracción (5-50 kN según el perfil). Estos rodamientos trabajan en el extremo frío de la línea (temperatura 20-50 °C) y se lubrican con grasa de litio NLGI 2 convencional. El riesgo de contaminación de la fibra es nulo en esta zona ya que el perfil está completamente curado cuando llega a la unidad de tracción.
Máquinas de laminación de prepreg: rodillos de compactación y guías
Las máquinas de laminación automática de prepreg (AFP — Automated Fiber Placement, ATL — Automated Tape Laying) colocan cinta de prepreg sobre un molde con rodillos de compactación. Fabricantes como Electroimpact, MTorres y Coriolis trabajan en aeroespacial con estas máquinas. Los rodillos de compactación tienen contacto directo con el prepreg; sus guías lineales están a pocos centímetros del material.
Especificación de lubricante para rodillos de compactación
Rodillos de compactación (silicona o goma)
Grasa de silicona NLGI 1 o grasa PTFE base PAO. NO aceite mineral (ataca el elastómero del rodillo y contamina el prepreg).
Guías lineales del cabezal AFP/ATL
Aceite VG 22-32 de baja niebla, base PAO o éster. La baja niebla es crítica porque el cabezal trabaja sobre el prepreg a distancias de 5-15 mm.
Eje del rodillo de compactación
Grasa PTFE NLGI 1-2. Los rodamientos del eje del rodillo de compactación trabajan en ciclos de carga alta y velocidad baja (0,1-0,5 m/s), con temperatura de 20-60 °C.
Sistema de corte de cinta (ultrasónico o cuchilla)
Sin lubricación directa. Las cuchillas de corte de prepreg no se lubrican con aceite; se limpian con solvente compatibe (MEK, acetona) para eliminar el resíduo de resina.
Enrolladoras de filamento (filament winding): husillo, carros y bóbinas
El filament winding es el proceso de fabricación de tubos, vasijas de presión y depósitos cilíndricos de fibra de vidrio o carbono: la fibra impregnada de resina se enrolla sobre un mandril rotatorio según un patrón helicoidal calculado. Fabricantes de máquinas como ENTEC Composite Machines, McClean Anderson y Mikrosam son los principales proveedores.
Husillo principal (mandril)
Aceite de husillo ISO VG 15-32. El husillo puede girar a 5-200 rpm según el proceso. Rodamientos de precisión de alta rigidez. El aceite de husillo debe tener alta pureza y baja formación de espuma.
Carros de desplazamiento axial
Aceite ISO VG 32-46 para guías de carro. Los carros recorren la longitud del mandril (hasta 10 m en vasijas grandes) a velocidades de 0,1-0,5 m/s. La precisión de posicionamiento del carro determina el ángulo de enrollado.
Rodamientos de bóbina de fibra
Grasa Li NLGI 2, cantidad mínima. Las bóbinas de fibra cruda giran de 50 a 500 rpm. El lubricante no debe migrar a la guía de fibra; incluso trazas de grasa sobre la fibra alteran la impregnación de resina en el baño de resina.
La guía de fibra y el baño de resina: zonas libres de lubricante
La guía de fibra (fiber guide, eye guide) es el elemento que dirige la fibra desde la bóbina hasta el mandril. Trabaja en contacto continuo con la fibra impregnada de resina. El baño de resina (resin bath) es la cubeta de resina líquida donde la fibra se impregna antes de llegar al mandril. Ambas zonas son de cero tolerancia para cualquier lubricante. Los rodamientos o deslizadores de la guía de fibra se fabrican habitualmente de cerámica de óxido de aluminio o PTFE sólido para evitar la necesidad de lubricación en contacto con la fibra.
Centrifugadoras de tubo (centrifugal casting): velocidad y temperatura de molde
El centrifugal casting de tubos de GFRP consiste en distribuir fibra de vidrio cortada y resina sobre la pared interior de un molde cilíndrico rotatorio. La fuerza centrífuga compacta el material. El molde gira a 500-2 000 rpm, con temperatura de curado en el molde de 80-150 °C. Los rodamientos del eje del molde trabajan en estas condiciones durante ciclos de curado de 15-60 min.
Rodamientos de eje de molde
A 2 000 rpm y 150 °C de temperatura de molde, los rodamientos del eje alcanzan fácilmente 120-140 °C de temperatura de carcasa. La grasa correcta es una grasa de alta temperatura NLGI 2-3 de jabón de litio complejo o poliurea, con temperatura de funcionamiento continuo de hasta 160-180 °C. La grasa de poliurea tiene la ventaja de mayor estabilidad oxidativa a alta temperatura y menor tendencia al sangrado.
Velocidad de rotación y fuerza centrífuga sobre la grasa
A 2 000 rpm en un rodamiento de 60 mm de diámetro de eje, el factor de velocidad ndm = 2 000 × 60 = 120 000 mm·rpm. A este valor, las grasas de jabón de litio simple tienen tendencia a expulsarse del rodamiento por la fuerza centrífuga. Las grasas de jabón de litio complejo o poliurea tienen mejor retención en el rodamiento a altas velocidades, siendo la elección más adecuada para estas centrífugas.
Prensas RTM (Resin Transfer Molding): hidráulico de cierre y sellos de molde
El proceso RTM consiste en inyectar resina líquida (epoxi, poliéster, vinilester, bismaleimida) a presión en un molde cerrado que contiene el tejido de fibra seco. Las prensas RTM tienen dos sistemas de lubricación completamente distintos con requerimientos opuestos: el sistema hidráulico de cierre del molde y los sellos del molde.
Hidráulico de cierre: aceite HLP VG 46-68
Las prensas RTM de alta tonelada (100-2 000 toneladas de fuerza de cierre) usan sistemas hidráulicos con cilindros de alto caudal. El aceite hidráulico debe cumplir ISO 46 o ISO 68 clase HLP (aceite hidráulico con inhibidores de corrosión, antidesgaste y antioxidante). La norma ISO 11158 HLP define los parámetros de calidad mínimos. En prensas RTM de temperatura elevada (150 °C de molde), la temperatura del aceite hidráulico puede subir a 60-80 °C, lo que requiere un aceite con buen índice de viscosidad.
Sellos del molde RTM: cero aceite mineral
Los sellos del molde RTM (habitualmente de silicona o FKM, con forma de cordón o perfil) cierran la cavidad de inyección y soportan la presión de inyección de resina (0,3-10 bar según el proceso). La regla absoluta es: no lubricar los sellos del molde RTM con aceite mineral. Las resinas epoxi, poliéster y vinilester son incompatibles con los aceites minerales: el aceite disuelve los aditivos de la resina, altera la estequiometría del sistema resina/catalizador y genera zonas de curado incompleto en la superficie del sello donde hay migración de aceite.
Lubricante de montaje para sellos de molde RTM
Si los sellos del molde RTM requieren lubricación de montaje (para facilitar el posicionamiento en la ranura del molde), el único lubricante compatible es una pasta de montaje PTFE en base agua o, para sellos de silicona, una pequeña cantidad de jabón líquido neutro (sin tensioactivos que reaccionen con la resina). En muchos procesos RTM, los sellos se montan en seco o con un aerosol de alcohol isopropílico como lubricante temporal que se evapora antes del cierre del molde.
Tabla de referencia: proceso composite, temperatura, lubricante y zonas de no-lubricación
| Proceso composite | Temperatura | Tipo de fibra | Lubricante | Zona de no-lubricación | Norma |
|---|---|---|---|---|---|
| Autoclave CFRP/GFRP (Aerojet, Vermont Composites) | 120-200 °C, 7-14 bar | Carbono / vidrio | Grasa PTFE NLGI 1-2 o PFPE | Interior autoclave, superficie del molde | AS9100, NADCAP |
| Cortadora CNC fibra carbono (Zünd, Lectra, Gerber) | Temperatura ambiente | CFRP / Carbono seco | Aceite VG 32-46 baja niebla (guías) | Área de corte, vacío de mesa | ISO 9001 |
| Pultrusora de perfiles fibra vidrio | 120-200 °C (dado) | GFRP / Vidrio | Grasa Li NLGI 2 (rodamientos tracción) | Dado de conformado (cera desmoldeo) | ISO 9001, EN 13706 |
| Máquina laminación prepreg | Ambiente a 60 °C | CFRP prepreg / GFRP prepreg | Grasa PTFE o silicona NLGI 1 (rodillos) | Superficie de contacto con prepreg | AS9100, ISO 9001 |
| Enrolladora de filamento (filament winding) | Ambiente | Carbono / vidrio / aramida | Aceite husillo VG 15-32; grasa Li NLGI 2 | Guía de fibra y baño de resina | ISO 9001, ASTM D2290 |
| Centrifugadora de tubo (centrifugal casting) | 80-150 °C (molde) | GFRP / vidrio | Grasa alta temperatura Li o poliurea NLGI 2-3 | Interior del molde (desmoldeo) | ISO 9001, ASTM D2996 |
| Prensa RTM (Resin Transfer Molding) | Ambiente a 120 °C | CFRP / GFRP | Aceite HLP VG 46-68 (hidráulico cierre) | Sellos de molde, cavidad de inyección | ISO 9001, AS9100 (aeroespacial) |
Normas y certificaciones: AS9100, ISO 9001, NADCAP
La industria de composites aeroespacial opera bajo un marco normativo más estricto que cualquier otro sector industrial. La certificación NADCAP para procesos composite (AC7102) es el estándar de referencia para proveedores aeroespaciales tier 1 y tier 2. AS9100 rev D es el sistema de gestión de calidad de base. Ambas normativas tienen implicaciones directas sobre los lubricantes utilizados.
AS9100 Rev D
Los lubricantes utilizados en equipos de proceso que pueden contaminar el producto final deben estar identificados en el sistema de gestión de materiales. Los cambios de lubricante requieren evaluación de impacto en el proceso y potencial revalidación.
NADCAP AC7102 (Composites)
Requiere aprobación explícita de todos los materiales de proceso incluyendo agentes de desmoldeo, lubricantes de molde y cualquier material que pueda estar en contacto con la carga del autoclave o con el lay-up. El auditor NADCAP verificará la lista de materiales aprobados.
ISO 9001:2015
Aplicable en composite industrial (eólica, naval, construcción). Requiere trazabilidad de materiales de proceso y control de cambios. Menos restrictivo que NADCAP pero igualmente requiere justificación documentada para cualquier cambio de lubricante.
El envasador del lubricante tiene un papel en este marco normativo: debe poder proporcionar documentación técnica que permita al fabricante de composites evaluar el riesgo de contaminación. Esto incluye ficha de datos de seguridad (FDS), ficha técnica con composición detallada (base y aditivos por clase química), certificado de análisis por lote (CoA) y, en algunos casos, ensayos de compatibilidad con las resinas y fibras específicas del proceso del cliente.
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