UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN LABORATORIO DE MATERIALES COMPUESTOS I
INGENIERÍA DE MATERIALES
1. PRÁCTICA 1. PRÁCTICA 5: ELABORACIÓN Y DETERMINACIÓN DEL FLUJO DE RESINA DE PREIMPREGNADOS 1. OBJETIVOS Determinar las condiciones de elaboración de preimpregnados de fibra de vidrio en resina polyester. Determinar el porcentaje de escurrimiento o flujo de resina durante el curado del preimpregnado
2. MARCO TEÓRICO Los preimpregnados son utilizados en la industria de los materiales compuestos refiriéndose a fibras continuas impregnadas previamente con una resina polimérica parcialmente curada, donde se ralentiza el proceso de reticulación almacenándolo a bajas temperaturas. Es el material compuesto más extensamente utilizado en aplicaciones aplicaciones estructurales. [1] Los tiempos de vida de los preimpregnados varían de 10 a 60 días sin congelación y pueden durar hasta seis meses a bajas temperaturas (bajo cero). [2] La fabricación comienza con la aplicación del preimpregnado sobre las superficies que actúan sobre molde, el número de capas que se aplica es el necesario para obtener el espesor deseado. La orientación de las fibras en las capas puede ser unidireccional pero generalmente se alternan para conseguir capas perpendiculares. El curado final se aplica con calor y presión. [1] Para su correcto procesado antes de utilizar los materiales preimpregnados deben ser descongelados hasta que alcancen temperaturas de 15 a 30°C, así como evitar que adquiera humedad que afectaría la calidad de la pieza. [2]. Luego la presión de compactación de los preimpregnados es de 100 Psi durante 15 min., con temperaturas que oscilan de 120 a 175°C o cualquier otra especificada. [3] En la figura 1 se observa la obtención de un laminado compuesto por varias capas con fibras orientadas perpendiculares entre sí.
Figura 1. Obtención de laminado de varias capas
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3. EQUIPOS Balanza Prensa Pirómetro Cronometro
4. MATERIALES
2 brochas de 1 “ (traer)
1 rodillo metálico pequeño para fibra de vidrio (traer) Waype 50 gr. (traer por grupo) Reglas (traer) Cooler para hielo (traer) Plataforma de vidrio Roving –hilo continuo de Fibra de vidrio Film desmoldante Mylar 2 bastidores Vasos descartables Mondadientes Bajalenguas Guantes Tapabocas
5. REACTIVOS Y/O INSUMOS Resina poliéster - 200 g. (traer por grupo) Alcohol polivinílico - 10 ml. (traer por grupo) Cera desmoldante - 20 g. (traer) Monómero de estireno - 30 g. Thinner - 1/2 L Metil etil cetona - MEK Octoato de Cobalto Talco industrial
6. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Colocar sobre la plataforma de vidrio el film desmoldante Mylar 2. Luego en el bastidor proceder a tejer la fibra de vidrio en forma unidireccional para una muestra de tamaño de 10x10cm 3. Proceder a preparar la resina poliéster para la elaboración del prepreg considerando aquellas condiciones que permitan suspender la gelación, aplicando la Noma ASTM D2471 (tiempo de gelación de resina poliéster) y proponiendo una proporción de los componentes (en referencia a la práctica de gelación realizada) para alargar el tiempo de trabajo.
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Tabla 1. PREPARACIÓN DE PREPREG 1
COMPONENTES RESINA MONÓMERO OCTOATO DE CO MEK FIBRA DE VIDRIO
Porcentaje (%)
Peso (gr.) 9
Gotas
4. Colocar con la brocha la primera capa de resina (gelcoat) sobre el film desmoldante puesto en el vidrio para un área de 100cm2 5. Luego proceder a colocar la fibra preparada en el bastidor, para después colocar la capa de resina. 6. Repetir los pasos del 1 al 5 para preparar nuevamente otra lamina 7. Al tener las dos láminas preimpreganadas proceder a ensamblarlas en el sentido que las fibras se encuentren perpendicularmente entre las dos capas. Y colocando en medio de ellas el film desmoldante Mylar 8. Teniendo listo el emparedado proceder a pesarlo (W1) antes del curado y conservar el prepreg de dos capas en el cooler 9. Repetir los pasos del 1 al 9 para la elaboración de otro prepreg con las mismas condiciones para retardar la gelación pero adicionándole carga mineral de talco en la preparación de la resina Tabla 2. PREPARACIÓN DE PREPREG 2
COMPONENTES RESINA MONÓMERO OCTOATO DE CO MEK FIBRA DE VIDRIO TALCO INDUSTRIAL
Porcentaje (%)
Peso (gr.)
Gotas
10. Posteriormente colocar el prepreg de dos capas en una prensa a 120°C para su adelgazamiento por presión, a 100 Mpa, por un tiempo de 15 min. 11. Obtenida la lámina completamente curada proceder a pesarla (W2) para calcular el flujo o escurrimiento de la resina, aplicando la norma ASTM D3531 12. Por ultimo al obtener las dos laminas curadas (prepreg sin y con carga mineral) proceder a compararlas en base a características como el flujo de resina, apariencia superficial, textura, etc.
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7. CUESTIONARIO 1. ¿Qué importancia tiene el control del tiempo de gelación del preimpregnado? 2. ¿Cuáles fueron las condiciones de preparación que han permitido un preimpregnado de comportamiento satisfactorio? 3. Ventajas y desventajas de los preimpregnados 4. Aplicaciones de prepregs en la industria 5. Tipos de preimpregnados 6. ¿Qué importancia tiene la viscosidad de la resina para la elaboración de preimpregnados?
6. CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFÍA [1] Callister Williams (2007), Materials Science and Engineering An Introduction, USA, Quebecor. [2] Besednjak Alejandro, (2005), Materiales Compuestos proceso de fabricación de Embarcaciones, Barcelona, España, Ediciones UPC [3] ASTM D3531, (1999), Standard Test Method for Resin Flow of Carbon Fiber-Epoxy Prepreg
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