INSTITUTO TECNOLOGICO DE CERRO AZUL

MATERIA:PROCESOS DE MANUFACTURATEMA:UNIDAD 5.- POLIMEROS Y MATERIALES COMPUESTOS

CERRO AZUL VER, 11 DE DICIEMBRE DEL 2014

Unidad 5.-Polmerosymateriales compuestos5.1 MoldeodepolmerosEl moldeo por compresin se inicia, con una cantidad determinada de colocada o introducida en un molde, figura 4.2. Luego el material se calienta a un estado maleable moldeado. Poco despus, la prensa hidrulica comprime el plstico flexible contra el molde, dando como resultado una pieza perfectamente moldeada que mantiene la forma de la superficie interior del molde. Despus la prensa hidrulica retrocede, un pin eyector en el fondo del molde rpidamente expulsa la pieza final fuera del molde y entonces, el proceso concluye.PrensaLas prensas de moldeo por compresin estn orientadas verticalmente y contienen dos placas a las cuales se sujetan las mitades del molde. El proceso involucra dos tipos de actuacin:1) carrera ascendente de la placa del fondo2) carrera descendente de la placa superior, pero esta ltima es la configuracin ms comn. Un cilindro hidrulico acciona generalmente las placas, el cual puede disearse para suministrar fuerzas de sujecin de hasta varios cientos de toneladas.

Las prensas de compresin del molde se fabrican en una amplia variedad de tamaos. La mayora de las prensas utilizan un cilindro hidrulico con el fin de producir la suficiente fuerza durante la operacin de moldeo. Las prensas pueden generar presiones que van desde 300 a 4.000 toneladas. La resina es adictiva con la preforma, (en el caso de SMC y BMC ya contienen todos los componentes, incluida la fibra, resina, cargas, catalizador etc.). El calor y la presin se aplican, con rangos de temperatura de 225F a 325F (107C a 163C) y 150 a 1.000 pide presin, necesarios para curar las piezas. Los ciclos pueden variar desde menos de uno minuto a cinco minutos. Las maquinarias constan de un moldembolo macho y un molde hembra y espigas guas que aseguran el encastrePerfecto entre ambos.MoldesLos moldes para este proceso son generalmente ms simples que los de su contraparte, el moldeo por inyeccin. No hay vertederos o sistemas de alimentacin en un molde por compresin y se procesan partes de formas ms simples debido a que los materiales termo fijos poseen una capacidad de flujo ms baja. Sin embargo, se necesitan accesorios para calentar el molde que puede hacerse mediante resistencia elctrica, vapor o circulacin de aceite caliente. Los moldes de compresin pueden clasificarse en moldes manuales usados para corridas de ensayo; semiautomticos, en los cuales a la etapa de prensado le sigue un ciclo programado, pero el operador carga y descarga manualmente la prensa; y automtico el cual opera bajo ciclos de prensado completamente automtico (incluyendo la carga y la descarga auto

Materias primasLas resinas termoestables tpico utilizadas en las piezas moldeadas por compresin son polisteres, poliuretanos, resinas urea-formaldehdo, steres de vinilo, resinas epoxi y resinas fenlicas. Los elastmeros (ejemplo: cauchos y siliconas) tambin suelen ser moldeados por compresin. Como se ha hecho mencin anteriormente algunos termoplsticos tambin pueden ser moldeados por compresin, pero por cuestiones de tiempo de ciclo, por lo general se utiliza el moldeo por inyeccin en estos ltimos, salvo el caso de termoplsticos de difcil procesado o bajas cantidades o piezas tcnicas. Las materias primas utilizadas pueden estar en forma de pellets, polvo, liquido, preformas slidas o en estado semislido.5.2.- MaquinasEl moldeo por inyeccin es una tcnica muy popular para la fabricacin de artculos muy diferentes. La popularidad de este mtodo se explica con la versatilidad de piezas que pueden fabricarse, la rapidez de fabricacin, el diseo escalable desde procesos de prototipos rpidos, altos niveles de produccin y bajos costos, alta o baja automatizacin segn el costo de la pieza, geometras muy complicadas que seran imposibles por otras tcnicas, las piezas moldeadas requieren muy poco o nulo acabado pues son terminadas con la rugosidad de superficie deseada, color y transparencia u opacidad, buena tolerancia dimensional de piezas moldeadas con o sin insertos y con diferentes colores. En el proceso de inyeccin de plstico el material entra a travs de una tolva, despus, pasa por un cilindro de calentamiento o plastificacin donde es derretido para ser inyectado en la cavidad del molde por medio de un pistn accionado hidrulicamente, o de un tornillo sinfn; la accin del tornillo no slo es giratoria sino que tambin se mueve longitudinalmente como el pistn de inyeccin, lo que permite incrementar la capacidad de inyeccin de la mquina.

Las mquinas de inyeccin tienen sistemas hidrulicos que controlan el movimiento de los sistemas de inyeccin y cierre; y sistemas elctricos, que controlan las temperaturas, flujo de agua, aceite, etc.Descripcin de la mquinaUna mquina para inyeccin de plsticos (inyectora) consta de tres partes principales; la unidad de inyeccin, unidad de cierre, y la unidad de control (Gabinete de control elctrico y la interfase Humano-Mquina), figura 2.2 En muchas ocasiones, para la extraccin de la pieza (preforma) se utiliza un robot.

Unidad de inyeccin:La funcin principal dela unidad deinyeccin es lade fundir, mezclar e inyectar el polmero.

Unidad de cierre: Una prensa hidrulica omecnica, con una fuerza de cierre lo suficientemente grande para contrarrestar la fuerza ejercida por el polmero fundido al ser inyectado en el molde. Si la fuerza de cierre es insuficiente, el material escapar por la unin del molde.

La Unidad de Control se componedel gabinete elctrico y de la Interface Humano-Mquina (IHM). El gabinete elctrico contiene el controlador lgico programable, los interruptores de circuito y la lgica. La Interface Humano-Mquina (IHM) regula el funcionamiento de la mquina y las funciones deoperacin1. Unidad de Cierre2. Interface Humano-Maquina3. Gabinete de Control elctrico

1. Unidad de Cierre2. Interface Humano-Maquina3. Gabinete de Control elctrico4. Unidad de inyeccin

5.3.- Manufactura con materiales compuestosEn ciencia de materiales reciben el nombre de materiales compuestos aquellos materiales que se forman por la unin de dos materiales para conseguir la combinacin de propiedades que no es posible obtener en los materiales originales. Estos compuestos pueden seleccionarse para lograr combinaciones poco usuales de rigidez, resistencia, peso, rendimiento a alta temperatura, resistencia a la corrosin, dureza o conductividad.1 Los materiales son compuestos cuando cumplen las siguientes caractersticas:Estn formados de dos o ms componentes distinguibles fsicamente y separables mecnicamente.Presentan varias fases qumicamente distintas, completamente insolubles entre s y separadas por una interfase. Sus propiedades mecnicas son superiores a la simple suma de las propiedades de sus componentes (sinergia).No pertenecen a los materiales compuestos, aquellos materiales polifsicos; como las aleaciones metlicas, en las que mediante un tratamiento trmico se cambian la composicin de las fases presentes.2 Estos materiales nacen de la necesidad de obtener materiales que combinen las propiedades de los cermicos, los plsticos y los metales. Por ejemplo en la industria del transporte son necesarios materiales ligeros, rgidos, resistentes al impacto y que resistan bien la corrosin y el desgaste, propiedades stas que rara vez se dan juntas. A pesar de haberse obtenido materiales con unas propiedades excepcionales, las aplicaciones prcticas se ven reducidas por algunos factores que aumentan mucho su costo, como la dificultad de fabricacin o la incompatibilidad entre materiales. La gran mayora de los materiales compuestos son creados artificialmente pero algunos, como la madera y el hueso, aparecen en la naturaleza.Estructura Aunque existe una gran variedad de materiales compuestos, en todos se pueden distinguir las siguientes partes: Agente reforzante: es una fase de carcter discreto y su geometra es fundamental a la hora de definir las propiedades mecnicas del material.Fase matriz o simplemente matriz: tiene carcter continuo y es la responsable de las propiedades fsicas y qumicas. Transmite los esfuerzos al agente reforzante. Tambin lo protege y da cohesin al material.ClasificacinLos materiales compuestos se pueden dividir en tres grandes grupos: Materiales compuestos reforzados con partculas Estn compuestos por partculas de un material duro y frgil dispersas discreta y uniformemente, rodeadas por una matriz ms blanda y dctil. Tipos:Compuestos con partculas propiamente dichas (partculas grandes):

1. Tamao de partculas > 100 . 2. Se suele aplicar en matrices metlicas y polimricas, aunque tambin hay materiales importantes con matriz cermica. 3. Las partculas suelen ser cermicas. 4. Ejemplos: Hormign, asfalto, cermets etc.Compuestos endurecidos por dispersin: El tamao de la partcula es muy pequeo (dimetro < 100). A temperaturasNormales, estos compuestos no resultan ms resistentes que las aleaciones, pero su resistencia disminuye con el aumento de la temperatura. Su resistencia al termo fluencia es superior a la de los metales y aleaciones. Sus principales propiedades son: 1. La fase es generalmente un xido duro y estable. 2. El agente debe tener propiedades fsicas ptimas. 3. No deben reaccionar qumicamente el agente y la fase. 4. Deben unirse correctamente los materiales.Materiales compuestos reforzados con fibras. Un componente suele ser un agente reforzante como una fibra fuerte: fibra de vidrio, cuarzo, reblar, Dyneema o fibra de carbono que proporciona al material su resistencia a la traccin, mientras que otro componente llamado matriz, que suele ser una resina como epoxi o polister, envuelve y liga las fibras, transfiriendo la carga de las fibras rotas a las intactas y entre las que no estn alineadas con las lneas de tensin. Tambin, a menos que la matriz elegida sea especialmente flexible, evita el pandeo de las fibras por compresin. Algunos compuestos utilizan un agregado en lugar de una matriz. En trminos de fuerza, las fibras (responsables de las propiedades mecnicas) sirven para resistir la traccin, la matriz (responsable de las propiedades fsicas y qumicas) para resistir las deformaciones, y todos los materiales presentes sirven para resistir la compresin, incluyendo cualquier agregado. Los golpes o los esfuerzos cclicos pueden causar que las fibras se separen de la matriz, lo que se llama de laminacin. Materiales compuestos estructurales Panel

Sndwich Con ncleo en forma de panal. Estn formados tanto por compuestos como por materiales sencillos y sus propiedades dependen fundamentalmente de la geometra y de su diseo. Los ms abundantes son los laminares y los llamados Paneles sndwich. Los laminares estn formadas por paneles unidos entre si por algn tipo de adhesivo u otra unin. Lo ms usual es que cada lmina est reforzada con fibras y tenga una direccin preferente, ms resistente a los esfuerzos. De esta manera obtenemos un material istropo, uniendo varias capas marcadamente anistropas. Es el caso, por ejemplo, de la madera contrachapada, en la que las direcciones de mxima resistencia forman entre s ngulos rectos.Los paneles sndwichConsisten en dos lminas exteriores de elevada dureza y resistencia, (normalmente plsticos reforzados, aluminio o inclusotitanio), separadas por un material menos denso y menos resistente, (polmeros espumosos, cauchos sintticos, madera balsa o cementos inorgnicos). Estos materiales se utilizan con frecuencia en construccin, en la industria aeronutica y en la fabricacin de condensadores elctricos multicapas.Ejemplos de materiales compuestosPlsticos reforzados con fibra:Clasificados por el tipo de fibra.Madera (fibras de celulosa en una matriz de lignina y hemicelulosa)Plstico reforzado de fibra de carbono o CFRP oPlstico reforzado con vidrio (GRP, GFRP o, informalmente, "fibra de vidrio")Clasificados por la matriz:Termoplsticos reforzados por fibra larga.Termoplsticos tejidos de vidrio.Compuestos termo formados o termoestables.Compuestos de matriz metlica o MMCs:Cermet (cermica y metal).Fundicin blanca.Metal duro (carburo en matriz metlica)Laminado metal-intermetal.Compuestos de matriz cermica:Hormign/Concreto Carbono-carbono reforzado (fibra de carbono en matriz de grafito).Hueso (matriz sea reforzada con fibras de colgeno) Adobe (barro y paja)Compuestos de matriz orgnica/agregado cermicoMadreperla o ncarConcreto asflticoMadera mejoradaContrachapadoTableros de fibra orientada (OSB).Trex Weatherbest (Fibra de madera reciclada en matriz de polietileno)Pycrete (aserrn en matriz de hielo)Procesos de fabricacinMoldeo SMCMoldeo por proyeccinMoldeo por va hmeda contacto Apilado por bolsa de vacoResine Transfer Moulding, RTMVacuum Assisted Resine Transfer Moulding, VARTMResine Infusin Moulding, RIMFilament WindingFiber PlacementPultrusin Automatic Tape Laying, ATL Eb curing