Fibra de Vidrio
Profesor Alumno Carrera Ramo Fecha
: José López Silva : Nicolás Torres : Ing. [E] mecánica de procesos y mantenimiento industrial : S.A.V : 14 de mayo de 2010
Conceptos relacionados Composición química Las fibras de vidrio están constituidas fundamentalmente por sílice, que se combina con diferentes óxidos (alumina, alcalinos y alcalinotérreos), que en función de sus respectivos porcentajes sus respectivos porcentajes permiten modificar las características de la fibra resultante. La elevada resistencia que poseen las fibras de vidrio es producida por los enlaces covalentes entre el silicio y los radicales de oxigeno. Los átomos integran una relación tridimensional con estructura amorfa; es debido a esta razón que posean características isotropitas. Procesos de obtención Las fibras de vidrio se obtienen por dos procesos diferentes, a partir de bolas o por fusión directa. En el primer caso se introduce la materia prima (se utiliza arena, caolín o dolomía) en una horno, y luego de someterla a varios procesos se obtienen como resultado unas bolas con un diámetro aproximado de 20 mm. Estas bolas resultantes son nuevamente introducidas en otro horno para posteriormente hilarlas. De cómo realiza este hilado podemos diferenciar dos tipos de fibras a) Silionme: se obtienen por estirado mecánico, y da lugar a fibras continuas b) Verranne: se obtienen estirado por fluido y da lugar a fibras discontinuas Las fibras continuas (silionne) poseen mejores propiedades mecánicas que las discontinuas (verranne) En el segundo caso, cuando se obtiene por el procedimiento de fusión directa o hilado bajo fusión, el vidrio fundido pasa por unos agujeros perfectamente dimensionados, distribuidos sobre una superficie de platino. Las fibras se obtienen esterirando monofilamentos de vidrio muy delgados. El comportamiento del vidrio en monofilamentos delgados es muy diferente que el comportamiento de vidrio en masa: se torna flexible a medida que disminuimos su diámetro Para mejorar la formación de los hilos, su estirado, su enrollado y su posterior tejido, se produce a aplicar sobre las fibras una película química que facilita estas operaciones. Este proceso se conoce como ensimaje, y realiza una vez los hilos se han enfriado. Este agente de acoplamiento, generalmente del tipo silano, debe ser compatible con la matriz que se utilizara, ya que permite la adherencia de la resina al hilo, protege los filamentos durante la confección de estructuras textiles diversas (en la manipulación) y aglutina los monofilamentos constituyendo un hilo de base. Por lo general se disuelve el producto químico en agua y se aplica por pulverización.
Para que la fibra pueda ser utilizada, debe dársele una serie de formas que faciliten dicha tarea. Así , los cordones pueden dar lugar a hilos de fibra de vidrio(para estructuras textiles complejas) o a mechas(conjunto de haces de filamentos continuos, para fieltros continuos o discontinuos). Las características mecánicas de cada una de estas configuraciones vendrán gobernadas por la geometría final de agua utilizada como disolvente durante el ensimaje. Tipos de fibra de vidrio El vidrio E (E de eléctrico) es el mas comúnmente usado, porque se estira bien y tiene unas buenas propiedades de resistencia, rigidez, eléctricas y de desgaste. El vidrio C (C de corrosión) tiene una mayor resistencia a la corrosión química que el vidrio E, pero es mas caro y de propiedades de resistencia inferiores. El vidrio S: es mas caro que el vidrio e pero tiene un modulo de young mayor y es mas resistente a la temperatura. Se usa en aplicaciones especiales tales como la industria aeronáutica, en la que un modulo de young superior puede justificar el costo adicional. Alcalino: posee buena resistencia al ataque de soluciones químicas y acidas, producto de los elevados porcentajes de alcàlisis que contiene. Sin embargo, esos elevados porcentajes repercuten negativamente en su resistencia al agua. Ha sido suplantado por el vidrio E. Boro: excelentes propiedades eléctricas y gran durabilidad. Chemical: es un tipo de fibra con una elevada resistencia química. Se utilizan en estructuras que se ven sometidas a atmósferas muy agresivas. Propiedades mecánicas entre vidrio A y E. aplicaciones en sectores químicos, alimentos, etc. Dieléctrico: debido a sus altas propiedades dieléctricas ( perdidas eléctricas muy débiles) se utilizan para componentes electrónicos y de telecomunicaciones. Eléctrico: desarrollado principalmente para aplicaciones eléctricas, es el tipo de fibra de vidrio de coste mas reducido. También se emplea en otras aplicaciones como en la construcción de barcos y es la más utilizada en la fabricación de fibras continuas. Es básicamente un vidrio de borosilicato de calcio y aluminio con un contenido muy bajo o nulo de potasio y sodio. Posee una buena resistencia a la humedad. R o S (resistence en francés y strength en ingles): es el tipo de fibra de mayor resistencia. Su principal terreno de aplicaciones se encuentra en los campos militares y aeroespaciales. Relación resistencia/peso superior al vidrio E. ofrece mayor resistencia a la tracción y a la fatiga.
la tabla 3.1 exhibe valores teóricos de propiedades mecánicas de las fibras mas usuales. Dicho valores corresponden a fibras recién confeccionadas. Sin embargo, tales propiedades pueden verse sustancialmente disminuidas producto de los procesos de transformación a los cuales son metidas durante la fabricación de las diferentes estructuras textiles.
Composición del vidrio usado para la fabricación de la fibra (todos los valores en % de peso)
Principales características de la fibra de vidrio a) Excelente resistencia mecánica especifica (resistencia a la tracción/densidad) b) Resistencia a la humedad(debe sin embargo evitar la humedad antes de la laminación porque perjudica la unión con la resina c) Resistencia al ataque de agentes químicos d) Buenas propiedades como aislante eléctrico e) Bébil conductividad térmica f) Buena estabilidad dimensional g) Bajo alargamiento h) Propiedades isótropas (al contrario que las fibras de carbono y kevlar) i) Excelente adherencia a la matriz (utilizando recubrimientos apropiados para cada tipo de resina) j) Incombustibilidad es por naturaleza. No propaga la lama ni origina con el calor humos o toxicidad k) Imputrescibilidad l) Compatibilidad con las materias orgánicas: Su aptitud a recibir diferentes ensimajes creando un puente de unión entreel vidrio y la matriz, le confiere, la posibilidad de asociarse a numerosas resinas sintéticas, así como a ciertas matricesminerales (yeso, cemento…). Aplicaciones fibra de vidrio Antes de proceder a determinar las distintas aplicaciones que se le da a la fibra de vidrio, es preciso señalar sus características más relevantes. Entre ellas podemos destacar que es un excelente aislante térmico, al tiempo que es inerte a diversas sustancias como el caso de los ácidos. Otros rasgos son su tendencia a la maleabilidad y su la resistencia a la tracción. Debido a todas esas importantes cualidades, es empleada en muchos ámbitos, aunque los principales son el industrial y el artístico. En el segundo caso se la emplea para la realización de productos de manualidad o de bricolaje. Sin embargo, también es muy común que se la utilice para la fabricación de piezas del mundo náutico, como las tablas de surf y wind-surf, las lanchas e incluso los veleros. Asimismo, se puede utilizar la fibra de vidrio para la realización de los cables de fibra óptica, que se usan en las áreas de telecomunicaciones para la transmisión de señales lumínicas, las cuales son producidas por un láser o por LEDs. Otro de los usos más comunes es el de reforzar el plástico mediante el empleo de la fibra, que tiene como finalidad muchas veces la construcción de tanques. Para esto, lo que hay que hacer son unos laminados de dicho material junto con la resina, mezcla que servirá para el armado del recolector de agua. Asimismo, se necesita un molde para el laminado y la aplicación de capas finas de vidrio lustrado.
Ventajas 1) 2) 3) 4) 5)
resistente a grandes temperaturas a la humedad buena resistencia a la tracción y fatiga alta vida útil es insensible a la accion de los roedores y de los insectos Es indispensable en aplicaciones tales como radares y ventanas electromagnéticas. 6) Excelente aislante eléctrico 7) tendencia a la maleabilidad 8) La utilización de los materiales compuestos en la industria de la construcción permite suprimir los puentes térmicos, dando lugar a un considerable ahorro de calefacción. 9) Integración de funciones: el material compuesto permite la realización de piezas 10) monoblock integrando diversas funciones y reemplazando Desventajas 1) La fibra de vidrio esta reconocida médicamente como un irritante de la piel, ojos y tracto superior de las vías respiratorias. Urticarias dolores de cabeza, conjuntivitis entones solo efectos mas comunes cuando sufren exposiciones a altas concertaciones
