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4.4 Key Issues and Recommendations
Como ya se ha mencionado en la sección anterior, la fabricación del material ompuesto, así como las pruebas a realizar son las que mayor tiempo consumen en
ue no es fácil de manejar los materiales ara piezas con geometrías muy complejas. Pero, debido a que solo se harán unas
ros tipos, como la resina epóxica y la fibra e carbono, que son todo lo contrario.
r, del tipo MR–250 (marca Poliformas lásticas) y el del refuerzo, fibra de vidrio tipo E, tejida en forma de tafetán (woven, er figura 1.5), conocida comercialmente como tela marina, la cual se consigue
especializados, teniendo diferentes presentaciones; para la polimerización de la resina se utiliz do de metil etil cetona, el cual es
n catalizador ampliamente usado para estos fines (ver figura 3.2). c
el diseño de estos materiales. En esta sección se describirá el desarrollo experimental para determinar las constantes elásticas, la cual comienza por la fabricación del material.
3.2.1 Fabricación del material
La manera más fácil de elaborar los materiales compuestos, es el moldeo a mano, el cual tiene algunas desventajas, debido a q
p
cuantas láminas, el proceso se vuelve simple.
La selección de los materiales constituyentes del laminado, estuvo más en función de poderlos encontrar en el mercado mexicano, que a sus propiedades mecánicas. Ya que, tanto la resina poliéster como la fibra de vidrio, son fáciles de adquirir y relativamente baratos comparados con ot
d
El material de la matriz es resina poliéste P
v
fácilmente en establecimientos
ó peróxi u
El catalizador se utiliza en proporciones más pequeñas, se recomienda el 1% en masa, mayores cantidades de éste apresuran la polimerización de la resina y hacen más difícil trabajar el moldeado a mano, así como también incrementan la porosidad del compuesto.
La tela marina viene en rollos de diferentes anchos siendo el más común es de 1.2 m; se debe manejar con mucho cuidado ya que provoca reacciones alérgicas y en caso de que se respire por un periodo prologado puede llegar a ocasionar problemas de salud graves, es por lo que se utiliza cubre bocas, guantes y lentes protectores para el manejo de este material, de la misma manera cuando se manipula la resina, se tiene que utilizar una mascarilla de protección contra partículas altamente tóxicas, es importante hacer notar esto, ya que en la mayoría de los talleres reparadores donde utilizan estas sustancias, no se toman las mínimas medidas de seguridad e higiene.
os porcentajes de refuerzo (fibra) que se pretende alcanzar en el compuesto minado como en la lámina son del 50
±
5% del volumen de éste aproximadamente, esto se hace así, ya que para poder comparar sus propiedades mecánicas de ambas láminas se deben tener características físicas similares.Al empezar a hacer las láminas, se recorta primero la tela de fibra de vidrio en cuadros de 35 cm. de lado, posteriormente se coloca en una charola y se meten al horno (ver figura 3.3), a una temperatura de 650º C, durante 30 minutos aproximadamente, esto se lleva a cabo, para retirar una sustancia que trae adherida la tela marina (probablemente resina), la cual provoca que ésta no se impregne bien de resina al momento de estar haciendo el moldeado, elevando así la porosidad en el material compuesto.
L la
La norma ASTM D2734-94 [ 3. uesto de buena calidad debe e contener un nivel de porosidad del 1% o menor, mientras que si este valor es
ayor, se considera un compuesto de mala calidad.
do y puesto
punto por Hernández, en su trabajo de tesis de maestría
17, el cual se tuvorse ue todo el material impregnado en la tela, se haya quemado y esté listo para la tela adquiere un color blanco brillante, si o es así debe dejarse unos minutos más.
de las placas de vidrio (60x60 cm. aproximadamente y de espesor
continuación se explica paso a paso el procedimiento de fabricación del material, nto para la lámina como para el laminado.
7] , menciona que un comp d
m
El procedimiento de fabricación de los laminados, fue desarrolla
a
que adaptar a los requerimientos de nuestro trabajo experimental.
Una vez que ha transcurrido el tiempo (aproximadamente 30 min), debe verifica q
sacarse del horno, esto se puede saber, si n
Posteriormente, se retiran del horno y se deja enfriar, para luego proceder a fabricar el laminado, para ello se requiere de los materiales siguientes: dos placas cuadradas de vidrio de 50 cm de lado y 6 mm de espesor, un par de láminas separadoras conocidas (comercialmente como papel maylar) un poco más grandes que las dimensiones
relativamente pequeño, ver figura 3.4). A
ta
Fig. 3.4 Placas de vidrio y película separadora –maylar- ( foto a color)
Ref. [3.1], pagina 56
3.2.1.1 Procedimiento de laminado
e coloca una de las placas de vidrio en una superficie plana, encima de ella se pone na capa de la película separadora, y sobre ésta la tela de fibra de vidrio nidireccional, que en nuestro caso, se usa la misma tela marina solo que se retiran
s fibras en una dirección para que quede a 0º .
na vez preparada la lámina unidireccional, se mezcla la resina poliéster con el atalizador en proporciones del 1% en masa con respecto a la resina, para lo cual se
tiliza una balanza electrónica marca Mettler modelo BB244-DeltaRange, con una solución de 0.001 gramos e intervalo de medición de 300 gramos.
Cuando se le adh cesario mezclarlos
niformemente, para lo cual se utiliza un agitador de madera, con mucho cuidado, ara que al ejecutar esta acción no se formen burbujas en la mezcla y esto produzca
en la lámina nque para evitar éstas se utilizan equipos de vacío, con los cuales no cuentan el borato o). He ho est se co ca la o a placa io para mantener constante la uperficie (ver figura 3.5), y adicional a ello se coloca un peso muerto que ejerza una
resión aproximada de 1000 Pa. S u u la U c u re
iere el catalizador a la resina, es ne u
p
mayor porosidad en el compuesto una vez concluido. Al terminar de combinarlos, se coloca ésta sobre la fibra de vidrio poco a poco, tratando de mojar completamente toda la lámina (esto se logra cuando la tela se torna transparente), posteriormente se coloca la otra capa de la película separadora y con un rodillo de metal se le quita el exceso de resina, de tal manera que se mantenga el mismo espesor en todos lados, pero teniendo cuidado de no dejar ninguna burbuja de aire visible
(au
la ri c o, lo tr de vidr s
p
El tiempo de curado de la resina es de aproximadamente 4 horas cuando se tienen buenas condiciones ambientales (23º C y 50% de humedad relativa); sin embargo, se ha optado por dejar curar un día completo. Este tiempo puede disminuirse si se cuenta con una autoclave.
Una vez curada la lámina, se retiran las placas y las películas separadoras (ver figura 3.6), también se le quitan los excesos de resina ya curados y así se preparan para posteriormente cortar las probetas.
Fig. 3.6 Lámina terminada
cede para el minado de material compuesto, solo que aquí se colocan dos láminas.
ebido a que la tela de fibra de vidrio trae tejidas los mazos en dos direcciones a 0º
.2.1.2 Proceso de corte de las probetas
Para el p láminas se utiliza una guillotina, ya que éstas son delgad
abrasivo con agua (aunque existen otros métodos), para evitar el delam
o protube porcentaje
De la misma forma en que se realiza la fabricación de la lámina, se pro la
D
y 90º , se le considera como si fuese un laminado, posteriormente en la sección 4.4 (ver página 96), se propondrán dos modelos distintos para éste material (woven). 3
roceso de corte de las
as (
≈
0.25mm), pero cuando el laminado es más grueso, se requiere un disco lubricadoinado en los bordes de la probeta, el cual se origina por muescas, rugosidades rancias; con la guillotina se evita este problema de delaminación en un gran
La disposición direccional de las fibras de las láminas tanto para las probetas nidireccionales como para las bidireccionales, son las siguientes:
mina y laminado u
Tabla 3.1 Orientación de las fibras en la lá
Probetas
Unidireccionales Bidireccionales 0º y 90º [ 0/ 90] y [
±
45]Dichas direcciones están referenciadas con respecto a la carga que se les aplica a las robetas, como se ilustra en la figura 3.7. Estas direcciones se seleccionaron de esta anera para comparar los resultados experimentales con los que se determinarán nalíticamente.
e recalca la importancia que se debe tener cuidado en mantener el mismo orcentaje de fibra, en ambos compuestos (lámina y laminado); ya que éstas se tilizarán para determinar las constantes m
dirección de las fibras en las probetas.
Fig. 3.7 Dirección de las fibras en las probetas
as pruebas mecánicas son comendadas por la norma ASTM D3039/ D3039M-00[ 3.8] , las cuales se observan en la figura 3.8; aún y cuando la tabla 1 y 2 de dicha norma especifica los p
m a S p
u ecánicas del material, así como también la
P
0º
45º
90º
P
Las dimensiones que tendrán las probetas para l re
requerimientos geométricos de las probetas, éstas variaron en las del trabajo, debido que si se fabricaban como lo marca la norma, las galgas extensométricas estarían
uy cerca de los bordes de estas, produciéndose errores de medición.
Fig. 3.8 Dimensiones de la probeta a
m
Acot: mm Nota: Dibujo no a escala
Una vez cortadas las probetas quedan como se observa en la figura 3.9.
Fig. 3.9 Probetas para pruebas mecánicas terminadas
asta ahora solo se ha explicado el proceso de fabricación de las láminas y el H
laminado, a continuación se detalla como se determinaron las propiedades físicas y mecánicas de estos materiales.
Ancho de 25 probeta
Longitud calibrada = 200 Espesor: varía