Particle Size effects

Ensayos a tracción:

Para este ensayo existe una gran variedad de probetas, por lo que se hará énfasis en las más significativas.

a)Unidireccionales: Presentan el problema de la elevada resistencia a la tracción en el sentido longitudinal de las fibras (2000 MPa en algunos casos), frente a la resistencia en sentido transversal (60 MPa), por lo que se realizan probetas con poca sección y protegida con talones para evitar el efecto de las mordazas en la rotura transversal. En la Fig. 1.4 se muestra la probeta más representativa

Caracterización de los Plásticos Reforzados con Fibra de Vidrio fabricados en Cuba. 35 a nivel de laboratorio con una mezcla única definida en la Norma AENOR B 38-153 y en el actual Proyecto de Norma ISO/DIS 9163.

Fig. 1.4. Probetas AENOR e ISO para ensayos de tracción de laminados unidireccionales.

Se asume que el vidrio es el único que participa en la rotura y entonces la tensión de rotura y el módulo tangente en el origen se obtienen de las fórmulas:

Caracterización de los Plásticos Reforzados con Fibra de Vidrio fabricados en Cuba. 36 b)Bidireccionales o multidireccionales (mats y tejidos): En esta no se presenta tan pronunciadamente el problema de la resistencia longitudinal frente a la resistencia transversal. En la Fig.1.5 se presentan las probetas definidas en la norma UNE 34.280-79 con equivalencia en EN61 (Norma europea).

Fig.1.5. Probetas UNE 34.280-79 para ensayo de tracción de mats y tejidos.

En la norma se aconseja el uso de extensómetro para trazar la curva fuerza-deformación y no se permite medir esta deformación por el

Caracterización de los Plásticos Reforzados con Fibra de Vidrio fabricados en Cuba. 37 deslizamiento de las mordazas. Los intervalos que se marcan en las curvas de fuerza-deformación son usados para obtener la tensión a rotura y el módulo elástico.

Mediante las fórmulas que a continuación se muestran se obtiene los resultados de tensión a rotura (σ) y módulo de elasticidad tangente inicial (ET):

Ensayo a compresión:

Este tipo de ensayo no se encuentra muy difundido en el campo de materiales compuestos debido a que estos se encontrarán trabajando a flexión o a tracción. El inconveniente de este ensayo es el diseño del aparato auxiliar ya que se deben evitar los efectos derivados del pandeo de la probeta (se debe recordar el relativo bajo módulo de los materiales compuestos reforzados con fibra de vidrio). Si este inconveniente no se evita hace que las características del material a compresión sean menores que a tracción. Se plantea que no hay razón física para que se produzca este efecto y que por tanto la resistencia a tracción debe ser idéntica a la de compresión.

Caracterización de los Plásticos Reforzados con Fibra de Vidrio fabricados en Cuba. 38 Se distingue la flexión de 3 o 4 puntos, en este caso solo se hace referencia a 3 puntos por ser el objeto de la Norma UNE 53-288-80. Las probetas son rectangulares cuya longitud mínima (l) es igual a 20h donde (h) es el espesor. El ancho (b) está en función del espesor como se indica a continuación:

Caracterización de los Plásticos Reforzados con Fibra de Vidrio fabricados en Cuba. 39 1.6 Métodos de fabricación de productos de materiales

compuestos con fibra de vidrio como materia prima principal. Se presenta una síntesis de los métodos más conocidos y utilizados en la actualidad, a partir de conocer las fases de moldeo del material y a partir de esto elegir el método más conveniente según la tecnología y la mano de obra con que se cuente. Estas fases son: impregnación del refuerzo por la resina exento de inclusiones de aire, adaptación de dicho material compuesto a las formas y dimensiones deseadas con la ayuda de un molde y endurecimiento del material y desmolde de la pieza final.

Moldeo por contacto a mano (Hand Lay-up):

Este método puesto que no requiere tecnología avanzada ni mano de obra especializada es utilizado por la empresa cubana ASTISUR, que se dedica a la elaboración de productos de plástico reforzado con fibra de vidrio.

Caracterización de los Plásticos Reforzados con Fibra de Vidrio fabricados en Cuba. 40 Esta técnica fue la primera utilizada en los laminados de plásticos reforzados con fibra de vidrio y es aún muy difundida. Es conocida como moldeo por contacto a mano debido a la poca presión que necesita. Se basa fundamentalmente en la preparación el molde donde se aplica un agente desmoldante, luego se agrega una capa de Gel-Coat, después se coloca la capa de refuerzo (en este caso fibra de vidrio), se prepara la capa de resina termoestable, se impregna la resina y la fibra con la ayuda de un rodillo o brocha, se endurece sin ayuda de calor, se desmolda y por último se realiza el control de la calidad.

Sus principales ventajas son:

Se pueden producir elementos de geometría compleja.

No existen complicaciones en la elaboración.

No requiere mano de obra excesivamente especializada.

La inversión de equipos es mínima.

Se pueden insertar elementos con facilidad.

No es necesario un horno para el curado.

Como en el resto de los métodos existen sus inconvenientes. En este caso la producción lenta, tiene mayor necesidad de mano de obra, el acabado fino solo se logra por una de las caras, la calidad final está sometida a la especialización y a la sensibilidad del operario.

Proyección simultánea:

Se basa en la preparación de un molde donde se aplica un agente desmoldante que suele ser cera o barnices a base de alcoholes polivínilicos, luego se agrega una capa de Gel-Coat que sea resistente a la intemperie o a agentes agresivos. La resina puede ser mezclada con el catalizador antes de ser proyectada en el molde o proyectada por separado y mezclada en el molde como en el caso de moldeo a mano. Luego se dejar secar y se desmolda.

Caracterización de los Plásticos Reforzados con Fibra de Vidrio fabricados en Cuba. 41 Las ventajas son

 Uso de un refuerzo de menor costo (roving).

 Gran versatilidad y variedad de formas.

 Rapidez en el depósito de la matriz y de la fibra.

 Bajo costo de herramientas.

 Posibilidad de automatizar el paso del rodillo. Desventajas

 El espesor del laminado y su homogeneidad depende en gran medida de la habilidad del laminador.

 Tiene gran desprendimiento de estireno debido a las micro burbujas que se forman.

 Los laminados suelen ser ricos en resinas y para conseguir resinas con baja viscosidad es necesario emplear altos niveles de diluyentes (estireno) lo cual empeora las propiedades mecánicas y térmicas.

Inyección de termoestables (RTM (Resin Transfer Molding)): Consiste en un molde cerrado donde los refuerzos se colocan en el interior del molde antes de cerrarlo y trabarlo firmemente. Se utilizan resinas de poliéster, epoxi, fenólicas y acrílicas, las cuales son introducidas por uno o varios orificios hasta llenar la cavidad del molde. Con el uso de este método se pueden obtener superficies lisas por ambos lados, y más rápidamente que por el método de moldeado a mano.

Proceso de vacío:

Este combina técnicas de inyección de resina a baja presión con técnicas de vacío. El cierre del molde es llevado a cabo por un circuito periférico con alto nivel de vacío. El flujo de resina se obtiene con la inyección a baja presión o aplicando la resina manualmente dentro del molde, antes que éste se cierre. Cuando el cierre ocurre, se crea el vacío dentro de la cavidad del molde. Las resinas aplicadas más

Caracterización de los Plásticos Reforzados con Fibra de Vidrio fabricados en Cuba. 42 comúnmente son los poliéster con baja viscosidad que pueden ser combinados con cargas minerales (Ramón 2005).

Método de prensado en frío:

Para el prensado en frío se utilizan resinas de elevada reactividad y acelerantes químicos. Se dispone de moldes de resina de poliéster, epoxi o acero. La resina y el refuerzo se introducen en el molde abierto y se procede a cerrar inmediatamente el molde. A medida que la reacción vaya avanzando, la temperatura aumenta (40-70oC) con el calentamiento del molde. Este aumento de la temperatura del molde produce una aceleración de las siguientes piezas. Por este método se pueden fabricar de 4-8 piezas por molde.

Método de prensado en caliente:

Este método exige de moldes de acero que puedan soportar hasta 150oC y prensas hidráulicas. El calentamiento tiene lugar por vapor o mediante aceite. Es importante obtener una temperatura uniforme en todo el molde con variaciones no superiores a +/- 5o_{C. La superficie}

del molde debe estar cromada o como mínima pulida. Se debe poner especial cuidado en los bordes del molde para que puedan recoger el exceso que pueda sobre añadir de resina, así como la fibra de vidrio que pueda colgar fuera.

Centrifugado:

Permite obtener cuerpos cilíndricos mediante la fuerza centrífuga. Los refuerzos aplicados y la resina son introducidos en un molde de metal rotativo y cilíndrico. La resina impregna el refuerzo bajo el efecto de la fuerza centrífuga y forma, después de la polimerización, una estructura cilíndrica. Tras introducir los materiales en el molde, la velocidad de rotación aumenta hasta alcanzar la velocidad de moldeado adecuada. Ésta depende de varios factores: la cantidad y la

Caracterización de los Plásticos Reforzados con Fibra de Vidrio fabricados en Cuba. 43 naturaleza del refuerzo, el espesor y el diámetro de la pieza y la viscosidad de la resina (Ramón 2005).

Bobinados de filamentos (Filament winding):

Con una máquina de enrollamiento de hilos se enrollan los hilos en un mandril movido, siempre en rotación, para ser polimerizado en un horno (o con luces infrarrojas). Una vez curado, y con la polimerización de la resina termoestable completa, el mandril es removido (Ramón 2005).

Ventajas: Automatizable, rápido, contenido en resina controlable, se elimina la elaboración de preforma de fibras y tiene buenas propiedades mecánicas.

Desventajas: Limitado a formas convexas, problemas para controlar algunas geometrías del refuerzo, coste del mandril, cara externa pobre estéticamente y generalmente se necesitan resinas de baja viscosidad (peores propiedades mecánicas y problemas de seguridad laboral).

Se aplican fundamentalmente en tanques y tuberías para productos químicos y en depósitos.

Pultrusión:

El proceso cuenta con partes como preparación e incorporación de las fibras de vidrio, zona de impregnación de la resina, preformación, molde, mecanismo de tiraje y corte de perfiles. Las fibras de refuerzo se deben dirigir desde la fileta hacia la zona de impregnación y atravesar una estación de preformación donde se moldean debidamente para las fases sucesivas. Las fibras pasan por un baño que contiene la matriz polimérica y así quedan todas impregnadas, luego estas se colocan en el molde y se le suministra calor para facilitar el endurecimiento. Luego el perfil obtenido se corta a la longitud deseada mediante un sistema de corte automatizado.

Caracterización de los Plásticos Reforzados con Fibra de Vidrio fabricados en Cuba. 44 Este proceso es el más adecuado para una producción en continuo, sin limitaciones de longitud, permite la realización de vigas, de cualquier tipo de perfiles, de conductos de cables eléctricos, de escaleras fijas y móviles. Además, es un proceso altamente automatizado, por lo que no es necesaria gran cantidad de mano de obra en comparación con los demás procesos.

Ventajas: Muy rápido (proceso continuo), control preciso de la cantidad de resina, se elimina la elaboración de preforma de fibras, productos de elevada resistencia y zona de impregnación cerrada y se limitan las emisiones de productos volátiles.

Desventajas: Limitado a componentes de sección transversal constante y los costes de calentamiento de las matrices pueden ser elevados.

1.7 Proceso de fabricación de productos reforzados con fibra de