Panal de poliaramida: estabilidad, fabricación y aplicaciones

Las estructuras alveolares de poliaramida están formadas por productos de núcleo de alta resistencia, ligeros y densos, que consisten principalmente en fibras de aramida como Nomex. Hoy en día, los panales de abeja son un elemento común en las aplicaciones de compuestos de alta resistencia, desde la utilización en interiores en la industria aeroespacial hasta los paneles antiexplosivos de defensa. Este artículo es un resumen técnico de sus estructuras y usos principales en diversas industrias.

1. Introducción a las estructuras alveolares de poliaramida

Los núcleosalveolares depoliaramida se fabrican expandiendo láminas de fibras de aramida, normalmente papel Nomex®, impregnadas o recubiertas de resina fenólica. De este modo se crea una estructura celular ligera pero con una estructura celular hexagonal o sobreexpandida. La estructura refleja las propiedades de resistencia de los panales naturales y ofrece un mejor rendimiento en los sistemas compuestos tipo sándwich.

También se utilizan como material de núcleo en paneles sándwich, en los que se unen por cada cara finas pieles de material compuesto de alta resistencia unidas por adhesivos (por ejemplo, plásticos reforzados con fibra de carbono o de vidrio). El núcleo de poliaramida proporciona rigidez, absorción de energía y aislamiento sin penalizar el peso, por lo que resulta especialmente valioso para aquellas aplicaciones en las que el peso es esencial.

Fig. 1 Panal de poliaramida

2. Propiedades mecánicas de los núcleos alveolares de poliaramida

El rendimiento mecánico de los núcleos alveolares de poliaramida es uno de sus puntos fuertes típicos.

Sus principales características son

• Elevada relación resistencia/peso: A pesar de su bajo peso, los núcleos tienen la capacidad de soportar grandes cargas, tanto en cizalladura como en compresión.
• Resistencia a la fatiga: Los panales de poliaramida tienen la capacidad de soportar cargas cíclicas, lo que resulta útil en aeronaves y elementos de transporte sometidos a cargas de larga duración.
• Tolerancia a los daños: A diferencia de los materiales de núcleo quebradizos, los panales de poliaramida se deforman plásticamente con los golpes de alto impacto, produciendo una zona de amortiguación contra el fallo de forma catastrófica.

Estas son las propiedades que los hacen idóneos para aplicaciones estructurales y semiestructurales en plataformas civiles y militares.

3. Estabilidad térmica y química de los panales de aramida

Los núcleos alveolares de poliaramida presentan una excelente estabilidad química y térmica. Suelen funcionar bastante bien en entornos de hasta 180°C (356°F) y presentan una estabilidad dimensional en un amplio rango de temperaturas. Además, su resistencia a la degradación térmica los hace adecuados para montajes encolados de curado a alta temperatura.

Desde el punto de vista químico, son resistentes a la humedad, los disolventes, los combustibles y los ácidos suaves. Esta característica es especialmente beneficiosa en aplicaciones marinas y húmedas. En segundo lugar, su comportamiento frente al fuego es incuestionable, cumpliendo requisitos tales como FAR 25.853 para llama, humo y toxicidad para interiores de aeronaves.

4. Comparación con otros materiales alveolares

A la hora de elegir un material de nido de abeja, los ingenieros sopesan el peso, la resistencia, la durabilidad, la resistencia a la corrosión y el coste. Aquí es donde los panales de poliaramida dan la talla:

• En comparación con los panales de aluminio: Mientras que el aluminio es más rígido y fuerte con la temperatura, los panales de poliaramida son más ligeros, resistentes a la corrosión y más propensos a las necesidades FST (Llama, Humo y Toxicidad).
• Vs Termoplásticos: Los panales termoplásticos pueden ser menos propensos a los costes y reciclables, pero normalmente carecen de mayor resistencia mecánica y necesitan menos estabilidad térmica en comparación con los núcleos basados en aramida.
• Vs Panal de Carbono/Kevlar: Los núcleos de carbono y kevlar son más potentes pero mucho más caros, por lo que la poliaramida es un compromiso razonable en términos de coste-rendimiento.

Todas estas comparaciones sitúan al panal de poliaramida como un material de amplia aplicabilidad en todos los sectores. Para más productos de nido de abeja, consulte Stanford Advanced Materials (SAM).

Fig. 2 Panal de aluminio

5. Amortiguación acústica y de vibraciones en los paneles de poliaramida

La segunda ventaja importante es la capacidad de absorción acústica y de vibraciones mecánicas del panal de poliaramida. Como núcleo de los paneles sándwich, el material absorbe la energía vibratoria y actúa como barrera acústica. En las industrias del transporte -cabinas de avión, vagones de tren e interiores de automóviles- la reducción del ruido mejora el confort y la satisfacción del cliente.

6. Aplicaciones de los núcleos alveolares de poliaramida

Estructuras aeroespaciales tipo sándwich

Los núcleos alveolares de poliaramida se utilizan ampliamente en interiores de aviones, como suelos, paredes laterales, techos, maleteros y tabiques. Su resistencia a las llamas, la reducción de la emisión de humos y sus mejores propiedades mecánicas mejoran tanto el rendimiento como la seguridad. El material también facilita el ahorro de peso en los aviones, lo que beneficia directamente a la eficiencia del combustible y la capacidad de carga útil.

Interiores de automóviles

Los panales de aramida se utilizan en automóviles como materiales básicos para paneles de puertas, cubiertas de maleteros y revestimientos de techos. Ayudan a cumplir las normas de ahorro de combustible reduciendo el peso del vehículo, pero sin comprometer los requisitos de inflamabilidad del interior. La capacidad de absorción de energía también garantiza la seguridad de los pasajeros en caso de accidente.

Paneles marinos y ferroviarios

En el uso marino, la resistencia a la corrosión del panal de poliaramida es una ventaja excelente. Se utiliza en el interior de barcos, mamparos y construcción de cubiertas. En aplicaciones ferroviarias, ayuda a los fabricantes a cumplir los objetivos de peso y las estrictas exigencias de protección contra incendios, especialmente en trenes de alta velocidad y metro.

Defensa y absorción de energía

Los panales de poliaramida se emplean en sistemas de blindaje, paneles antiexplosión de vehículos y refugios desplegables en los que la absorción de energía es fundamental. Son ligeros y poseen deformación por impacto, lo que los hace ideales para estructuras destinadas a absorber y disipar la energía de explosión o balística.

Estructuras para UAV y drones

Los vehículos aéreos no tripulados (UAV) y los drones requieren estructuras superligeras y resistentes. Los núcleos de panal de poliaramida se utilizan en alas, fuselajes y superficies de control para garantizar la máxima resistencia y maniobrabilidad en vuelo sin sacrificar la integridad de la estructura.

Conclusión

Tanto en el sector aeroespacial como en el de defensa, los núcleos de nido de abeja de poliaramida cumplen los requisitos técnicos -mecánicos, térmicos y acústicos- y son un material esencial en la ingeniería de materiales compuestos. A medida que surjan nuevas tecnologías de procesamiento y sistemas de resinas, el nido de abeja de poliaramida seguirá siendo un pilar de la próxima generación de estructuras ligeras.