UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARIA
PRACTICA N° 07
TEMA: DETERMINACION
DEL TIEMPO DE CURADO DE RESINA DE POLIESTER CRISTAL
ESCUELA PROFESIONAL: ING.
MECANICA, MECANICA-ELECTRICA Y MECATRONICA
ASIGNATURA: MATERIALES
DOCENTE: ING.
DE FABRICACION II
EMILIO CHIRE RAMIREZ
ALUMNOS:
-
CANA CANALES LES MINA MINAYA YA,, CESA CESAR R GA GABR BRIE IELL FRAN FRANCO CO RA RAZU ZURI RI AB ABEL EL AL ALEJ EJAN ANDR DRO O TORR TORRES ES FERN FERNAN ANDE DEZ, Z, LUI LUI ENRR ENRRIQ IQUE UE GRUPO:
DIA: VIERNES DE 2 A 4 PM 0-!0-20!"
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INDICE
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9. Invest Investiga igació ción n página 17 10. Cuestionario página 19
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1. RESUMEN. Iniciando las clases de prácticas de materiales de abricación II! se encontró en cada mesa dos depósitos de" #ctoato de Cobalto $ Pero%ido de Metil &til Cetona! con m'ltiples (erramientas para reali)ar el ensa$o. Cu$o ob*etivo principal ue identi+car el comportamiento de la resina durante tiempo de su curado. ,os dividimos en tres grupos! cada uno con dierentes parametros de traba*o!! con respecto a nuestro grupo! procedió con -Mesa dos curado dos. /os materiales e%tras utili)ados ueron" aso descartable! ba*alenguas! resina poliester cristal! M& catali)ador3! #ctoato de cobalto acelerador3! monómero de estireno! ti*eras $ 4(inner.
2. OBJETIVOS. •
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eri+car el comportamiento de la resina desde el punto de vista de su resistencia a la temperatura determinando los estados por los 5ue pasa la resina durante su curado. 6nali)ar enonemos implicados en el proceso de curado! como son la geli+cacion $ la vitri+cacion! en la medida de prever la bondad de su aplicación. eterminar las variables del curado de resinas tales como porcenta*e del catali)ador! acelerador $ temperatura del ambiente. emostrar 5ue el curado de las resinas termorigidas se caracteri)a por la gelacion 5ue transcurre durante un lapsode tiempo $ con un incremento de temperatura denomiando pico e%otermico.
3. INTRODUCCION. /a resina es un material plástico creado en 1988! derivado del petróleo. &s un material de m'ltiples aplicaciones $ usos! mu$ resistente $ versátil.&n estado bruto! la resina! es un l5uido de consistencia visc osa transl'cida otransparente! dependiendo su color del tipo de resina. &ndurece o geli+ca al sumarle dos componentes! catali)ador $ acelerador! comen)ando a reaccionar 5umicamente. esarrolla calor! pasando de estado viscoso a gelatinoso! para post eriormente endurecerse en orma irreversible. &ste proceso se llama polimeri)ación" reacción por la cual pe5ue:as mol;culas 5ue están en un cuerpo se unen $ orman mol;culas gigantes! conormando el material. /a resina poli;ster l5uida contiene un dilu$ente" el monómero de estireno! donde se encuentran las partculas de la resina! permitiendo la polimeri)ación de las mismas! cuando comien)a el proceso de geli+cación.6l producirse la polimeri)ación! parte del dilu$ente se e vapora! teniendo como consecuencia la contracción de la resina. /a resina! con el acelerador $ catali)ador! reacciona a temperatura ambiente! lo ideal son los 20< centgrados. 6l endurecerse no es Materiales de Fabricación II
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posible disolverla termoestable.
nuevamente!
siendo
la
materia
plástica
&s uerte! durable $ resistente. /os gases desprendidos por la resina son tó%icos! $a 5ue los vapores del estireno! desprendidos en el proceso de geli+cación son nocivos para el organismo re5uiriendo cuidados $ precaución en su uso! $a sea protegi;ndose con el uso de una máscara de carbón activado o traba*ando en espacios mu$ bien ventilados. &%isten dierentes tipos de resinas en el mercado! seg'n su aplicación. /as (a$ náuticas! para coladas! transparentes! pre aceleradas! etc. =e pueden aplicar sobre diversas super+cies! como moldes de siliconas! de $eso o de resina. 4ambi;n es posible su uso en directo. /as super+cies $ elementos deben estar secas $a 5ue la (umedad in(ibe el geli+cado de la resina. Puede usarse en laminados con +bra de vidrio para reor)ar super+cies! por colada o para reali)ar inclusiones transparentes.
4. BASE TEORICA esde su descubrimiento! en 198> las resinas de poli;ster insaturado (an ido ganando terreno (asta ser en la actualidad el 7?@ del total de las resinas utili)adas en el mercado de los materiales compuestos de matri) termoestable. =e producen a partir de reacciones de policondensación entre dos monómeros! diol A ácido dicarbo%lico. Cuando la reacción de condensación entre dos monómeros (a +nali)ado! la resina poli;ster ormado se disuelve en un medio reactivo! generalmente estireno. &l estireno a$uda a Buidi)ar el con*unto disminu$endo la viscosidad de la resina! con lo 5ue acilita la impregnación del reuer)o. &l monómero será el medio promotor de la estructura reticulada rgida! una ve) se (a$a reali)ado la reacción de endurecimiento! pasando de una solución de ba*a viscosidad a un polmero termoestable tridimensional. /as resinas de poli;ster presentan una ba*a temperatura de transición vtrea! $ su resistencia $ rigide) no son elevadas. Como principal inconveniente podemos mencionar 5ue tienden a contraerse durante el endurecimiento (asta un 7@ en volumen3 pero aun as se encuentra entre los sistemas de matri) más económicos. Para 5ue se produ)ca la polimeri)ación de la resina! se le debe a:adir un sistema cataltico o de curado comprendido de un iniciador $ de un acelerador! 5ue se elige en unción del Materiales de Fabricación II
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iniciador undamentalmente peró%idos3. &n unción de la temperatura de curado de la resina! $ de la e%otermia de la reacción de reticulación! se emplean dierentes tipos de peró%idos! los cuales di+eren básicamente en los tiempos de gel $ de endurecimiento! $ en la vida de la resina una ve) catali)ada. &l curado de las resinas de poli;ster tiene lugar por polimeri)ación a trav;s de grupos insaturados en la cadena del poli;ster $ en el estireno u otro monómero. /os radicales libres son suministrados por el peró%ido al descomponerse! siendo precisamente la tasa de producción de radicales libres la 5ue determina el tiempo de geli+cación $ el tiempo de curado. Podramos a+rmar 5ue una resina de poli;ster empie)a a curar tan pronto como se le a:ade el catali)ador. Dna ve) se (an producido su+cientes radicales libres la resina empie)a a entrela)arse! ruto de ;sta reacción e%ot;rmica! el calor desprendido puede elevar la temperatura (asta 1?0EC en un breve periodo de tiempo. &ste aumento de temperatura puede producir da:os irreparables en los moldes o en las pie)as grietas! decoloraciones3 debido a la mala conductividad t;rmica de las resinas! sobre todo para grandes espesores. /as caractersticas principales de las resinas suelen suministrarse en orma de (o*as t;cnicas en las 5ue se brinda inormación de una serie de parámetros como" • • •
4iempo de geli+cación 4iempo de curado 4emperatura má%ima
Dna ve) pasado el punto correspondiente a la temperatura má%ima o pico e%ot;rmico! la resina se enra lentamente mientras la reacción 5umica aminora. Cuando se llega a ;ste punto! la ma$or parte del catali)ador $a (a sido empleado en la reacción. &l curado de la resina poli;ster se puede considerar 5ue se lleva a cabo en tres etapas"
eli+cación! en la 5ue la resina cambia de un l5uido Bu$ente a un gel blando. &ndurecimiento! donde la resina cambia de un gel blando a un material endurecido 5ue se puede e%traer del molde. Curado +nal! en donde la resina ad5uiere sus propiedades mecánicas $ 5umicas completas. &ste proceso puede durar varias (oras a temperatura elevada (asta varias semanas a temperatura ambiente.
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Por todo lo e%puesto anteriormente! los sistemas catali)adorGactivador deben ser seleccionados mu$ cuidadosamente. ebido a 5ue las resinas de poli;ster son cuerpos inestables $ tienen tendencia a polimeri)ar $ geli+carse! deben conservarse en recipientes cerrados para evitar la acción del o%geno $ la evaporación de los productos! as como en un sitio oscuro! para evitar la acción de la temperatura $ la lu). Por ese motivo las resinas de poli;ster se adicionan de in(ibidores. /as resinas de poli;ster! tienen una temperatura de traba*o ideal entre los 1? $ los 20E. Por deba*o de los 10EC las resinas de poli;ster no endurecen o lo (acen mu$ lentamente. a3 /os monómeros /as unciones principales del monómero son dos" 6ctuar como disolvente de la resina! para 5ue presente un aspecto l5uido! $ para entrecru)ar las cadenas de poli;ster! $ obtener as una estructura cru)ada de termoestable. &l estireno es el monómero más utili)ado debido a su ba*a viscosidad! acilidad de obtención $ ba*o coste. b3 Catali)adores Materiales de Fabricación II
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/os catali)adores de polimeri)ación no se a:aden a la resina de poli;ster más 5ue en el momento de la preparación 5ue precede al moldeo. &l papel de los catali)adores es el de producir radicales libres 5ue provo5uen la iniciación de la reacción de polimeri)ación necesaria para el endurecimiento de la resina. &%isten varios tipos en el mercado 5ue deben escogerse de acuerdo a las caractersticas del curado. /os catali)adores basados en peró%idos orgánicos son altamente inBamables $ en algunos casos sin la presencia del aire. c3 6ctivadores /os activadores o aceleradores! reuer)an la acción de los catali)adores $ permiten polimeri)ar a temperaturas menos elevadas. &*ercen una acción violenta! sobre todo con los peró%idos! con los 5ue se recomienda no me)clar *amás el acelerador $ el catali)ador ba*o la pena de provocar una e%plosión. &l activador se puede a:adir a la resina antes de 5ue se proceda la catali)ación. &%isten activadores ormados de compuestos metálicos cobalto! manganeso $ vanadio3 de aminas terciarias $ mi%tas sales metálicas $ aminas3. Cada activador act'a sobre un grupo de catali)adores. Principales Caractersticas de las Hesinas de Poli;ster /as resinas de uso más generali)ado son el poli;ster $ el epo%i. &sta 'ltima tiene condiciones mecánicas e%traordinarias pero su precio es poco conveniente $ su manipuleo es e%tremadamente peligroso para la salud. /os poli;steres! en cambio! son mu$ económicos $ no con+eren riesgos para la salud de 5uienes la utili)an. &l 9? @ de las embarcaciones abricadas con materiales compuestos es todo el mundo (asta el presente utili)an resina poli;ster. /as Hesinas Poli;ster pueden ser ormuladas para proveer caractersticas de procesamiento particulares tales como" Hesistencia al calor! para moldeos en caliente 5ue permiten un desmolde rápido sin p;rdida de su estabilidad dimensional. a*o calor de reacción para laminados gruesos. /argo tiempo de vida previa a la geli+cación! necesaria para el moldeo de pie)as grandes $ comple*as. •
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Curado a temperatura ambiente sin pega*osidad super+cial! mu$ 'til en laminados de grandes super+cies como cascos de botes o piletas. 4i%otropa! propiedad por la cual la resina no Bu$e en super+cies verticales.
/a resina se comerciali)a en estado l5uido! disuelta en estireno >? J 70@ de resina en peso3. &l usuario puede re5uerir una ma$or dilución para su traba*o. =e pueden adicionar cantidades limitadas de estireno! pues un e%ceso per*udica las propiedades del poli;ster! este se vuelve 5uebradi)o $ sensible al calor! pierde resistencia a la intemperie $ se vuelve más susceptible al +suramiento super+cial cuando se lo e%pone al sol.
Factores 5ue intervienen en el Curado" /os principales actores 5ue intervienen en el proceso de curado son" &l tipo $ reerencia de resina empleada. /a temperatura ambiente! la ma$ora de las resinas no curan a temperaturas ineriores a 1>0
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5. PARTE EXPERIMENTAL.
Materiales $Go probetas" /aptop Multmetro digital alan)a 4ermocupla aso descartable a*alenguas
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Hesina de poli;ster cristal Monomero de estireno #ctoato de cobalto acelerador3 Pero%ido de Metil &til Cetona catali)ador3 4i*eras Parte e%perimental.
13 6ntes de comen)ar con el ensa$o el ingeniero nos dio indicaciones para desarrollarlo de una orma correcta! a nuestro grupo nos tocó la mesa 2 L curado 2. 23 Primero se encontró en nuestra mesa 2 pe5ue:os envases! uno con un tinte transparente peró%ido de metil etil cetona3 $ el otro de un color morado octoato de cobalto3! tambi;n se encontraron ti*eras! un ba*alenguas! $ por cada grupo se llevó una laptop.
Fig 2" peró%ido de metil etil cetona
Fi 1" octoato de
83 Primero se nos proporcionó en un recipiente! 80gr de Hesina poli;ster cristal $ el Monómero de estireno 1?@ del peso de la resina3 $a combinado! luego tuvimos 5ue revolver bien dic(a me)cla con un ba*a lenguas.
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Fig. " Me)cla de Hesina poli;ster Cristal con Monomero
3 espu;s se a:adió el acelerador en una cantidad de > gotas3! tomando la me)cla un tinte morado.
Fig. ?" agregando #ctoato de cobalto
?3 6ntes de a:adir el catali)ador a la me)cla se debió tener todos los materiales preparados! las termocupla conectado al multmetro! $ la laptop con el sotare instalado.
Fig. 7" termocupla conectado al multmetro
Fig. >" PC con sotare instalado.
>3 /uego de a:adir el catali)ador en una cantidad de 1? gotas! la me)cla tomo un color canela! mientras se agitaba con el ba*alenguas.
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Fig. K" agregando el
73 Introducimos la termocupla dentro de la me)cla para e%perimentar una elevación de temperatura $ registrar los datos mediante el sotare.
Fig. 9" introduciendo la termocupla e la me)cla.
K3 /uego por la alta temperatura ocasionada por la termocupla! la me)cla se empe)ó a solidi+car $ el vaso a deormar
Fig. 10" vaso deormándose a causa de la elevación de temperatura.
93 Finalmente cuando la me)cla se solidi+co se procedió a apagar el multmetro $ se esperó a 5ue descienda la temperatura a una temperatura ambiente. N se guardaron los datos obtenidos.
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Fig. 11" material
6.ÁNALISIS DE RESULTADOS. Mesa I PRODU CTO Res,$a P!+,-s%e " C",s%a+ M!$0/ e"! e es%,"e$! O#%!a%! e #!a+%! Pe"0, ! e /e%,+ e%,+ #e%!$a
Mesa I FUNCIN P!"#e$% a&e '() L A+!/e" a$%e D,+e$% e a"a +a "es,$a !+,es%e" A#e+e"a !"
Me*#+ a 80 gr
1?
.? gr
0.8
gotas
1
10 gotas
Ca%a+,*a !"
Mesa II PRODU CTO Res,$a P!+,-s%e " C",s%a+ M!$0/ e"! e es%,"e$! O#%!a%! e #!a+%! Materiales de Fabricación II
Mesa II FUNCIN P!"#e$% a&e '() L A+!/e" a$%e D,+e$% e a"a +a "es,$a !+,-s%e" A#e+e"a !"
Me*#+a 80 gr
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Pe"0, ! e /e%,+ e%,+ #e%!$a
•
Ca%a+,*a !"
2
1? gotas
Mesa III Mesa III PRODUC FUNCIN P!"#e$% Me*#+a TO a&e '() L 80 gr Res,$a A+!/e"a P!+,-s%e $%e " C",s%a+ 1? .? gr M!$0/ D,+e$% e"! e e a"a +a es%,"e$! "es,$a !+,es%e" 0.7 K gotas O#%!a%! A#e+e"a e !" #!a+%! 8 20 Pe"0, Ca%a+,*a &n ambos casos gotas aglomerante $ ! e !" el /e%,+ la resina para e%,+ poli;ster son #e%!$a constantes. &l contenido de acelerador $ catali)ador es ma$or en la Mesa III.
C"7as e!%-"/,#as8 Mesa I
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C"7a e E!%-"/,#a 200 1?0
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MesaII Mesa I Mesa III
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T,e/! '/,$%!s)
=e observa 5ue conorme se tiene más catali)ador $ resinada el pico e%ot;rmico es más alto. &l tiempo de geli+cación es ma$or conorme se utili)a menos catali)ador $ acelerador. /a temperatura ambiente! el volumen de resina $ la p;rdida del monómero por evaporación son mu$ similares en los ensa$os reali)ados. =e observan oscilaciones en la grá+ca de las curvas e%ot;rmicas! esto se debe a movimientos en la termocupla.
<. CONCLUSIONES.
/ogramos generar dierentes curvas e%ot;rmicas de resina poli;ster de cristal $ monómero de estireno! variando el uso del catali)ador $ acelerador al aumentar el porcenta*e de estos se consigue 5ue la resina solidi+5ue más rápido3.
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#bservamos $ comparamos el comportamiento e%perimental de la resina curva e%ot;rmica3! con el comportamiento mostrado en otras grá+cas teóricas3! obteniendo resultados avorables. Identi+camos las dierentes ases en la curva de curado de la resina poli;ster! el tiempo de geli+cación se observo 5ue la resina ormaba un gel blando $ cambiaba de color! en la grá+ca tiene orma casi (ori)ontal3! tiempo de endurecido la resina endurece de tal orma 5ue se puede retirar el molde! en la grá+ca se observa un pendiente positiva elevado! nos damos cuenta 5ue termina esta ase por5ue alcan)a su temperatura má%ima3 $ tiempo de maduración en esta etapa la resina alcan)a su plena dure)a! resistencia 5umica $ estabilidad! en la grá+ca se observa una pendiente negativa 5ue comprende el tiempo 5ue demora en enriar la resina3 . &n todas las pruebas se puedo observar $ por lo tanto comprobar el lapso de tiempo de gelación $ el punto má%imo de temperatura de la reacción pico e%ot;rmico3. =e cumplieron los ob*etivos de planteados en el taller de materiales! por5ue se consideraron variables como la temperatura ambiente! (umedad! etc. estas estaban dentro del rango establecido3.
=. RECOMENDACIONES.
=e tuvo cuidado de no me)clar el catali)ador $ acelerador! al momento de desarrollar la parte e%perimental! se me)claron en el orden correcto la resina! el acelerador $ el catali)ador. =e deben utili)ar elementos adecuados en la parte e%perimental como el ba*alenguas! de tal orma 5ue evitamos el contacto con la piel. =e debe tener el cuenta 5ue la resina alcan)ará altas temperaturas apro%imadamente 1?0
>. INVESTI?ACIN. ¿Quét i posder esi nashay?¿Cuál essonl asapl i caci ones del asr esi nas?
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Se e nt i e nd ep or r e s i n ac u a l q ui e r ad el a sr e s i n as n at u r a l e s mo di fi c a d as quí mi c ament eos i nt ét i c ospol i mer i z adosf í s i c ament es i mi l ar es ,i nc l uy endol os mat er i al es t er mopl ás t i c os t al es c omo pol i v i ni l ,pol i es t i r eno y pol i et i l eno y mat er i al est er mor í gi dost al esc omopol i és t er es ,epóx i dosys i l i c onasques on ut i l i z adosc onl oses t abi l i z ador es ,pi gment osyot r osc omponent espar af or mar pl ás t i c os . Los di f er ent es t i pos de r es i nas que e xi s t en,s us pr i nc i pal es pr opi edades y apl i c ac i ones ,s er es umenac ont i nuac i ón:
FELNICAS Pr opi edades Buenaf uer z a,es t abi l i dadalc al oryr es i s t enc i aali mpac t o,al t ar es i s t enc i aal a c or r os i ónporqu í mi c osyal apen et r ac i ó nd eh umed ad,maqu i na bi l i da d. Apl i c ac i one s •
I mpr eg na ci ó nder e si n as
•
Re v es t i mi ent odef r eno
•
Re s i n asd eh ul e
•
Comp one nt e sel éc t r i c os
•
Lami nado
•
Ad he s i v o sp ar ac e me nt o
•
Ad he s i v o sa gl o me r a do s
•
Mol des
AMINAS Pr opi edades Buenar es i s t enc i aal c al or ,r es i s t enc i aas ol v ent esyquí mi c os ,dur ez as uper fi ci al ex t r ema,r es i s t enc i aal des col or ami ent o Apl i c ac i one s •
Compuest osdemol deo
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Ad he s i v o s
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Re s i n asd el a mi n ad o
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Re c u br i mi e nt od ep ap el
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Tr at ami ent odet ex t i l es
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Mader al ami nada
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Es t r uc t ur asdedec or ac i ón
PROPIEDADES P!+,-s%e". Fle%ibilidad e%trema en el proceso! e%celente resistencia al calor! 5umicos $ llama! ba*o costo! e%celentes caractersticas mecánicas $ el;ctricas
APLICACIONES • • • • • •
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P!+,#a"!$a%!s. Ondice de reracción alto! e%celentes propiedades 5umicas! el;ctricas $ t;rmicas! estabilidad dimensional. transparente! resistente al manc(ado! buena resistencia a la +ltración P!+,a/,as. Moldeo ácil! uerte $ resistente! ligero! resistente a la abrasión! ba*o coe+ciente de ricción! buena resistencia 5umica.
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Construcción /aminado 6utoLreparación de masillas &s5us Ca:a de pescar Componentes de aviones $ barcos Hecubrimientos 6ccesorios decorativos otellas Heempla)o para los metales Cascos de seguridad /entes Componentes el;ctricos Pelcula otográ+ca 6isladores Co*inetes no lubricados Fibras &ngranes 6plicaciones =uturas ,eumáticos Correas de relo* &mpa5uetando
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Ce++0s,#!s. &%cepcional dure)a! alta uer)a al impacto! alta uer)a diel;ctrica! ba*a conductividad t;rmica! alta super+cie lustre. C+!""! e !+,7,$,+!. &%celentes propiedades sicas! e%celente resistencia 5umica! ácil de procesar! costos relativamente ba*os! capacidad de me)clarse con otras resinas.
F+!"!#a"!$!s. a*o coe+ciente de ricción! ba*a permeabilidad! ba*a absorción de (umedad! e%cepcional inercia 5umica! ba*a uer)a diel;ctrica
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otellas
6cabados de papel $ te%tiles 6gentes espesantes 4apas magn;ticas &mpa5uetado 4ubos 4ubos $ tuberas de producción 6d(esivos Paneles de construcción apatos Cadena para tubera
6islamiento el;ctrico =ellos mecánicos &mpa5uetaduras Hevestimiento para e5uipos 5umicos Co*inetes 6plicaciones criog;nicas
1@. CUESTIONARIO. a) - ,e"e$#,a ees e$#!$%"a" e$ e+ %,e/! e e+a#,0$ P!" - ependiendo de cuanto acelerador se (alla usado! la temperatura má%ima de gelación cambia. ) - ,e"e$#,as se a"e#,a$ e$ e+ %,e/! e s!+,,;#a#,0$
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Dna de las dierencias básicas en el tiempo re5uerido para la solidi+cación $ algunos no tienen una ba*ada de temperatura normal! sino más bien irregular. #) C:+ es e+ /e&!" #!/,$a#,0$ e "es,$a a#e+e"a$! #a%a+,*a!" a"a "ea+,*a" e+ /!+e! e $a ,e*a /a me*or combinación es la del cuadro 2 por5ue no tiene una curva de solidi+cación pronunciada! sino 5ue es más tran5uila! pudiendo as evitar allas en la pie)a reali)ada.
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