Universidad del Bo Bo Facultad de Ingeniera Departamento de Mecnica

MATERIALES COMPUESTOSFIBRA DE VIDRIO

Alumno: Cristian Soto Bentez Profesor: Federico Grossman Cormenzana

Introduccin

Cuando se piensa en materiales de Ingeniera seguramente lo primero en venirse a la mente son metales, pero en la realidad, la gama de materiales que se pueden utilizar, dependiendo de la utilidad, va mucho ms que esto. En los ltimos aos, los materiales que ha ido ganando terreno son los plsticos reforzado, que se encuentran en la categora de los materiales compuestos, siendo los ms usados los reforzados por fibra de vidrio y fibra de Carbono. Estos materiales se caracterizan por su baja densidad y alta resistencia mecnica a un precio relativamente bajo, tomando en cuenta sus propiedades. Sus principales aplicaciones se encuentran en la conformacin de piezas de carrocera automotriz, fabricacin de kayak, piscinas, etc. Concientes del auge de este tipo de polmeros y la importancia en la Industria de conocer distintos tipos de materiales, es que se llev a cabo un laboratorio especialmente dedicado a la manipulacin y uso de Fibra de Vidrio por lo que en este informe se explicar de manera sencilla como se manipula esta fibra, las precauciones de uso y aplicaciones. Tambin se darn a conocer otro tipo de fibras que se usan para reforzar polmeros, como lo son la fibra de Carbono o fibra de Kevlar, con sus propiedades y principales usos. sus

Experiencia de Laboratorio

El laboratorio correspondiente a Materiales Compuestos Fibra de Vidrio realizado en el curso de Ciencia de los Materiales tena como objetivo aprender el proceso de conformacin de reforzamiento de un polmero a travs de la Fibra de Vidrio, a continuacin se detallan los materiales que se utilizaron y se explica el procedimiento utilizado:

Materiales

Fibra de Vidrio: Como su nombre lo dice, est hecha de vidrio. Se conforma al fundir vidrio y pasarlo por piezas con agujero muy finos. Al solidificarse logra la flexibilidad suficiente para usarlo como fibra.

Resina polister : Es una resina termoestable obtenida por polimerizacin del estireno y otros productos qumicos. Se endurece a la temperatura ordinaria y es muy resistente a la humedad, a los productos qumicos y a las fuerzas mecnicas.

Catalizador:

Generalmente

son

perxido

orgnicos,

los

catalizadores puros son inestables qumicamente y susceptibles de descomponerse con violencia explosiva. Se suministran por eso en forma de dispersin en pasta o liquida en un plastificante, o en forma de polvo en una carga inerte.

Acelerador: Su funcin es, como es de esperar, acelerar el proceso de endurecimiento, por lo tanto no es indispensable, pero si muy necesario.

Procedimiento

Para trabajar con Fibra de vidrio lo primero que tenemos es hacer, es tomar las precauciones necesarias, recordando que se trabajar con materiales altamente txicos e inflamables, por la tanto se deben usar guantes quirrgicos y mascarillas. Despus de tomar todas las medidas de seguridad correspondientes habr que seguir los siguientes pasos:

Fabricacin de un Molde: Para trabajar con fibra de Vidrio es

necesario tener un molde que ser la base del diseo. Existen muchas tcnicas para fabricarlos, que en verdad, queda a criterio e imaginacin del diseador o fabricante, pero los moldes ms usados son de madera, de espuma, de polietileno expandido, entre otros. En el caso de nuestra experiencia en el laboratorio usamos solamente un trozo de vidrio rectangular para facilitar el trabajo.

Colocar Desmoldante: Este paso es importante porque sin el

nuestro laminado quedara pegado en el molde, por lo que se le aplica una cera desmoldante. Hacer la Mezcla: En este momento, podremos comenzar a realizar

la mezcla, primero de la resina con el acelerador y cuando est bien mezclado aplicar el catalizador de acuerdo al siguiente cuadro en funcin de la temperatura ambiente, segn el catlogo de laminado de Fibras y Resinas Emec: Temperatura C 10 12 13 15 16 21 22 27 28 34 35 42 Acelerador 2,5 % 2% 1,5 % 1% 0,5 % 0,4 % Catalizador 3% 2,5 % 2% 2% 1,5 % 1,5 % Tiempo de Gelificado 15 20 minutos 15 20 minutos 15 20 minutos 15 20 minutos 15 20 minutos 15 20 minutos

Es muy importante recordad que bajo ninguna circunstancia se debe mezclar juntos el acelerador con el catalizador, ya que produce una rpida alza en la temperatura, seguido de un proceso de EXPLOSIN. Tambin hay que tener presente que La resina preparada con acelerador y catalizador pasa en minutos a estado de gel, en ese momento, ya no sirve para aplicar sobre la fibra. Esto debido al cambio de temperatura que produce la combinacin de acelerador ms catalizador, aunque ese tiempo se puede modificar variando la cantidad de catalizador empleada. Laminado: Finalmente hay que posicionar

la

fibra

de

vidrio

y

comenzar

a

impregnarla con pincel o con rodillo, en esta etapa se debe tener cuidado y

evitar burbujas aire Luego las hasta en

las de la se capas llegar

laminacin. contina con siguientes al espesor deseado. En algunos casos para garantizar que la laminacin quede absolutamente plana se procede a prensarla. Secado: Es el proceso de endurecimiento, tambin llamado

polimerizacin, se alcanza en un lapso de 24 horas y a temperatura ambiente se llega a obtener las mejores propiedades mecnicas al cabo de 20 o 30 das.

Fibras utilizadas para Reforzar PolmerosAunque la Fibra de Vidrio es una las ms conocidas para reforzar polmeros, no es la nica, por lo que a continuacin se enumeran otras fibras que se ocupan con el mismo fin y con sus respectivas propiedades: Fibra de Carbono: Es un compuesto ms ligero que el acero, con igual resistencia, inmune a la corrosin, que puede adoptar diversas formas y adaptarse a las necesidades de mltiples sectores Propiedades:

Elevada

resistencia

mecnica,

con

un mdulo

de

elasticidad elevado.

Baja densidad, en comparacin con otros elementos como por Resistencia a agentes externos. Gran capacidad de aislamiento trmico. Resistencia a las variaciones de temperatura, conservando su

ejemplo el acero.

forma, slo si se utiliza matriz termoestable.

Aplicaciones: la fibra de carbono es ampliamente utilizada en y industrias como la al aeronutica automovilstica,

tiempo que puede ser empleada para la fabricacin de barcos y bicicletas, donde se destacan sus como fundamentales propiedades

mecnicas y su relevante rasgo de ligereza. Muchas computadoras porttiles, trpodes e incluso caas para realizar tareas de pesca tambin tienen este material en su composicin.

Fibra de Kevlar: Esencialmente hay dos tipos de fibras de Kevlar; Kevlar 29 y Kevlar 49, pero es ste ltimo el que se emplea cuando las fibras se van a embeber en una resina para formar un material compuesto. Las fibras de Kevlar 49 estn tratadas superficialmente para favorecer la unin con la resina.

Propiedades:

Alta fuerza extensible Alargamiento bajo o rigidez estructural Conductividad elctrica baja Alta resistencia qumica Contraccin termal baja Alta dureza Estabilidad dimensional excelente Alta resistencia al corte.

Aplicaciones: El Kevlar 49 se emplea como equipamiento para deportes extremos, para altavoces y para la industria aeronutica, aviones y satlites de comunicaciones y cascos para motos.

Fibra Cermica: Son fabricados a partir de materiales de almina de slices en manta, conformado al vaco de productos, los mdulos, a granel, papel, textiles y moldeables. La fibra de cermica tiene un amplio rango de temperatura para aplicaciones a partir de 1500 F a 3000 F. Propiedades Baja conductividad trmica Resistencia al choque trmico Excelente Manejo de Fuerza Excelente absorcin de sonido Aplicaciones: Sus principales aplicaciones se encuentran en situaciones donde se requiera resistencia a altas temperaturas como: Revestimiento interior de hornos para cermica, petroqumica y de mercados de metales Extrable aislante Mantas y Pads Horno y caldera de reparacin Junta de dilatacin de materiales, etc.

Procesos para conformar un laminado PRFVPara conforman un laminado de Plstico Reforzado con Fibra de Vidrio no existe un nico proceso, dependiendo de las necesidades, la geometra de la pieza, la disponibilidad de recursos e incluso de la creatividad del fabricante, los procesos sern distintos, a continuacin se describen algunos de ellos: Laminado tcnica Manual: de La

laminado

manual, que usamos en el laboratorio, es el proceso de fabricacin ms simple y ms usado comnmente. Bsicamente consiste en colocar manualmente la fibra seca en el molde y seguidamente aplicar la resina. Posteriormente al compuesto hmedo es esparcido utilizado brochas para facilitar la uniforme distribucin de la resina y remover el aire atrapado. Este proceso se repite hasta alcanzar el espesor deseado. Ventajas Baja Inversin Simplicidad de proceso No hay Tamao lmites de Slo una cara con acabado Desventajas Exceso de mano de obra Aplicacin Tanques Lanchas Albercas

Se Puede cambiar fcilmente de diseo Herramientas bsicas Puede llevar Gel Coat

La Calidad depende Ductos de la habilidad del Moldes Econmicos operador Piezas para lugares de Baja Produccin Recreacin Emisin de vapores de estireno

Laminacin con pre-impregnado: Por pre-impregnados se entiende los materiales en los cuales las fibras se encuentran impregnadas con resinas en estado de semigelificacin. A diferencia con el mtodo manual de laminado hmedo, con la impregnacin mecnica se logran contenidos de fibras superiores y por lo tanto mejores niveles de resistencia en las piezas. El mtodo de impregnacin es similar al mencionado anteriormente, presentando la siguiente diferencia: cuando la tela o

filamentos de fibra salen del bao de resina en la cual se impregna, y luego de pasar por rodillos que eliminan el exceso de resina, el material pasa a travs de un horno que produce un curado parcial de la resina. Con esto se logra quitarle la pegajosidad al tacto para permitir el trabajo de laminacin posterior. El material en ese estado ( conocido como estado B ) se enrolla y se congela a muy bajas temperaturas para impedir que continen las reacciones qumicas ya iniciadas entre los distintos componentes de la resina.

Ventajas Alto Contenido de Fibras Distribucin uniforme de fibras Fcil de Aplicar

Desventajas Fabricacin lenta y laboriosa Equipamiento costoso

Moldeo con saco de Vaco: El proceso de moldeo con saco de vaco consiste en la aplicacin de una presin uniforme al laminado antes del proceso de curado, con el objetivo de mejorar la consolidacin de la fibra y la remocin del exceso de resina, aire y voltiles de la matriz. Esta presin se aplica con la ayuda de un diafragma flexible o un saco. La aplicacin del saco de vaco se realiza una vez terminada la laminacin. La preparacin del mismo se realiza de la siguiente manera:

Aplicacin del sellador: Consiste en aplicar un sellador en el permetro, para lo cual debe realizarse previamente una limpieza de la zona en donde va a ser aplicado para remover el desmoldante y cualquier agente que pueda perjudicar el correcto sellado. Desmoldante: Debe aplicarse en la parte superior del laminado para prevenir que se adhiera con los elementos utilizados en el saco de vaco. Canalizador de vaco: Es una lmina intermedia de sangrado (Nylon perforado) que ayuda a distribuir el vaco y permite el pasaje de voltiles hacia el canalizador de aire. Canalizador de aire: Se coloca en el borde fuera del laminado y conduce los gases hacia la vlvula de evacuacin.

Absorbedor de resina: La cantidad de capas de absorbedores a colocar depende de la proporcin de resina del laminado. Saco: este saco es un Nylon el cual es adherido al sellante dejando orejas intermedias para permitir que el saco se ajuste a la pieza y cerrndolas hermticamente. Armado del pico de vaco Ventajas Equipo porttil de baja inversin Moldeo de formas s Complicadas Ahorro en mano de obra Posibilidad de fabricacin en obra Mayor productividad Desventajas Aplicacin Se requiere una Partes automotrices especializacin para grandes fabricar los moldes Piscinas Proceso tecnificado Tinas de bao Produccin lenta Transporte Piezas para recreacin Piezas sometidas a alto esfuerzo (Hlices)

Conclusin

Como se deca al principio del informe, muchas veces al pensar en materiales de ingeniera se suele pensar de inmediato en metales, y es que puede que sea lo ms utilizado, pero en este informe queda demostrado que existen otro tipo de materiales que implican tambin mucha tecnologa y tienen mucha utilidad para las necesidades que se requieren en la actualidad. Con respecto a los Plsticos Reforzados con Fibra de Vidrio