Defectos de fabricación 

Los defectos de fabricación incluyen:

• Delaminación 
• Zonas sin resina 
• Zonas ricas en resina 
• Ampollas, burbujas de aire 
• Arrugas 
• Vacíos 
• Descomposición térmica

Los daños de fabricación incluyen anomalías como la porosidad, las microfisuras y las delaminaciones resultantes de las discrepancias de procesamiento. También incluye elementos como cortes involuntarios en los bordes, gubias y arañazos en la superficie, orificios de fijación dañados y daños por impacto. 

Algunos ejemplos de defectos que se producen en la fabricación son una superficie contaminada de la línea de unión o inclusiones, como el papel de soporte del preimpregnado o la película de separación, que se dejan inadvertidamente entre las capas durante la colocación. Los daños involuntarios (no relacionados con el proceso) pueden producirse en piezas o componentes de detalle durante el montaje o el transporte o durante el funcionamiento.

Una pieza es rica en resina si se utiliza demasiada resina; para aplicaciones no estructurales esto no es necesariamente malo, pero añade peso. Una pieza se denomina falta de resina si se desprende demasiada resina durante el proceso de curado o si no se aplica suficiente resina durante el proceso de colocación en húmedo. Las zonas con falta de resina se indican con fibras que aparecen en la superficie. La proporción de 60:40 de fibra a resina se considera óptima. Las fuentes de defectos de fabricación incluyen

• Curado o procesamiento inadecuado 
• Mecanizado incorrecto 
• Manipulación incorrecta 
• Perforación incorrecta 
• Caída de la herramienta 
• Contaminación 
• Lijado incorrecto 
• Material de baja calidad 
• Herramientas inadecuadas 
• Mala colocación de agujeros o detalles

Los daños pueden producirse a varias escalas dentro del material compuesto y la configuración estructural. Estos daños van desde la matriz y la fibra hasta los elementos rotos y el fallo de las uniones atornilladas. El alcance de los daños controla la duración de la carga repetida y la resistencia residual y es fundamental para la tolerancia a los daños.

Rotura de fibras 

La rotura de fibras puede ser crítica porque las estructuras suelen estar diseñadas para que dominen las fibras (es decir, las fibras soportan la mayor parte de las cargas). Afortunadamente, el fallo de las fibras suele limitarse a una zona cercana al punto de impacto y está restringido por el tamaño y la energía del objeto de impacto. Sólo algunos de los sucesos relacionados con el servicio enumerados en la sección anterior podrían provocar grandes áreas de daños en las fibras.

Imperfecciones de la matriz 

Las imperfecciones de la matriz suelen producirse en la interfaz matriz-fibra o en la matriz paralela a las fibras. Estas imperfecciones pueden reducir ligeramente algunas de las propiedades del material, pero rara vez son críticas para la estructura, a menos que la degradación de la matriz sea generalizada. La acumulación de grietas en la matriz puede causar la degradación de las propiedades dominadas por la matriz. 

En el caso de los laminados diseñados para transmitir las cargas con sus fibras (dominante de la fibra), sólo se observa una ligera reducción de las propiedades cuando la matriz está gravemente dañada. Las grietas en la matriz, o microfisuras, pueden reducir significativamente las propiedades que dependen de la resina o de la interfaz fibra-resina, como el cizallamiento interlaminar y la resistencia a la compresión. Las microfisuras pueden tener un efecto muy negativo en las propiedades de las resinas de alta temperatura. Las imperfecciones de la matriz pueden convertirse en delaminaciones, que son un tipo de daño más crítico.

Delaminación y desprendimiento 

Las delaminaciones se forman en la interfaz entre las capas del laminado. Las delaminaciones pueden formarse a partir de grietas en la matriz que crecen en la capa interlaminar o a partir de un impacto de baja energía. Las delaminaciones también pueden formarse a partir de la no adhesión de la producción a lo largo de la línea de unión entre dos elementos e iniciar la delaminación en las capas adyacentes del laminado. 

En determinadas condiciones, las delaminaciones o los desprendimientos pueden crecer cuando se someten a cargas repetidas y pueden provocar un fallo catastrófico cuando el laminado se carga en compresión. La criticidad de las delaminaciones o desprendimientos depende de:

• Las dimensiones. 
• Número de delaminaciones en un lugar determinado. 
• Ubicación: en el espesor del laminado, en la estructura, proximidad a bordes libres, región de concentración de tensiones, discontinuidades geométricas, etc. 
• Cargas: el comportamiento de las delaminaciones y desprendimientos depende del tipo de carga. Tienen poco efecto en la respuesta de los laminados cargados en tensión. Sin embargo, bajo cargas de compresión o cizallamiento, los sublaminados adyacentes a las delaminaciones o elementos desprendidos pueden pandearse y provocar un mecanismo de redistribución de la carga que conduzca al fallo estructural.

Combinaciones de daños 

En general, los impactos provocan combinaciones de daños. Los impactos de alta energía por parte de objetos grandes (por ejemplo, las palas de las turbinas) pueden provocar la rotura de elementos y el fallo de las fijaciones. Los daños resultantes pueden incluir fallos significativos en las fibras, grietas en la matriz, delaminación, rotura de fijaciones y elementos despegados. Los daños causados por el impacto de baja energía son más contenidos, pero también pueden incluir una combinación de fibras rotas, grietas en la matriz y múltiples deslaminaciones.

Agujeros de fijación defectuosos 

En la fabricación pueden producirse taladros inadecuados, una mala instalación de los elementos de fijación y la falta de éstos. El alargamiento de los agujeros puede producirse debido a los ciclos de carga repetidos en servicio.

Defectos en servicio 

Los defectos en servicio incluyen: 

• Degradación ambiental 
• Daños por impacto 
• Fatiga 
• Grietas por sobrecarga local 
• Desprendimiento 
• Delaminación 
• Fractura de la fibra 
• Erosión

Muchas estructuras de nido de abeja, como los alerones de las alas, los carenados, los controles de vuelo y las puertas del tren de aterrizaje, tienen láminas frontales delgadas que han experimentado problemas de durabilidad que podrían agruparse en tres categorías: baja resistencia al impacto, a la entrada de líquidos y a la erosión. Estas estructuras tienen una rigidez y una fuerza adecuadas, pero una baja resistencia a un entorno de servicio en el que se arrastran las piezas, se dejan caer las herramientas y el personal de servicio a menudo no es consciente de la fragilidad de las piezas de sándwich de piel fina. Los daños en estos componentes, como el aplastamiento del núcleo, los daños por impacto y los desprendimientos, suelen ser fáciles de detectar con una inspección visual debido a sus finas láminas frontales. 

Sin embargo, a veces se pasan por alto o son dañados por el personal de servicio que no quiere retrasar la salida de la aeronave o llamar la atención sobre sus accidentes, lo que podría reflejar mal su historial de rendimiento. Por lo tanto, a veces se permite que los daños no se controlen, lo que a menudo resulta en el crecimiento del daño debido a la entrada de líquido en el núcleo. Los detalles de diseño no duraderos (por ejemplo, los cierres inadecuados de los bordes del núcleo) también conducen a la entrada de líquido.

La reparación de las piezas debido a la entrada de líquidos puede variar en función del líquido, normalmente agua o Skydrol (fluido hidráulico). El agua tiende a crear daños adicionales en las piezas reparadas cuando se cura, a menos que se elimine toda la humedad de la pieza. La mayoría de los sistemas de materiales de reparación se curan a temperaturas superiores al punto de ebullición del agua, lo que puede provocar un desprendimiento en la interfaz piel-núcleo donde reside el agua atrapada. 

Por esta razón, normalmente se incluyen ciclos de secado del núcleo antes de realizar cualquier reparación. Algunos operadores dan el paso adicional de colocar una pieza dañada pero no reparada en el autoclave para que se seque y así evitar que se produzcan daños adicionales durante el curado de la reparación. El Skydrol presenta un problema diferente. Una vez que el núcleo de una pieza sándwich está saturado, la eliminación completa del Skydrol es casi imposible. La pieza sigue rezumando el líquido incluso en el curado hasta que las líneas de unión pueden contaminarse y no se produce una adhesión completa. Se recomienda encarecidamente la eliminación del núcleo y del adhesivo contaminados como parte de la reparación.

Se sabe que la capacidad de erosión de los materiales compuestos es menor que la del aluminio y, como resultado, se ha evitado generalmente su aplicación en superficies de borde de ataque. Sin embargo, los materiales compuestos se han utilizado en zonas de geometría muy compleja, pero generalmente con un revestimiento contra la erosión. La durabilidad y la capacidad de mantenimiento de algunos revestimientos contra la erosión son menos que ideales. Otro problema, no tan evidente como el primero, es que los bordes de las puertas o paneles pueden erosionarse si están expuestos a la corriente de aire. Esta erosión puede atribuirse a un diseño o una instalación/montaje inadecuados. 

Por otra parte, las estructuras metálicas en contacto o en las proximidades de estas piezas de material compuesto pueden mostrar daños por corrosión debido a una elección inadecuada de la aleación de aluminio, a un sellado de corrosión dañado de las piezas metálicas durante el montaje o en los empalmes, o a un sellado insuficiente y/o a la falta de capas de aislamiento del tejido de vidrio en las interfaces de los largueros, costillas y accesorios.

Corrosión 

Muchas piezas de fibra de vidrio y Kevlar® tienen una fina malla de aluminio para la protección contra los rayos. Esta malla de aluminio a menudo se corroe alrededor de los agujeros de los pernos o tornillos. La corrosión afecta a la unión eléctrica del panel, y es necesario retirar la malla de aluminio e instalar una nueva para restaurar la unión eléctrica del panel.

La luz ultravioleta (UV) afecta a la resistencia de los materiales compuestos. Las estructuras de materiales compuestos deben protegerse con un revestimiento superior para evitar los efectos de la luz ultravioleta. Se han desarrollado imprimaciones y pinturas especiales contra los rayos UV para proteger los materiales compuestos.