UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARIA
MATERIALES COMPUESTOS Practica nro 8 Chirinos lira, Enrique Arturo
Grupo 11
FABRICACIÓN DE UN LAMINADO DE FRP MEDIANTE MOLDEO POR CONTA CO NTACTO CTO A MANO.
I. RESUMEN: Se entregó dos vidrios, a los cuales se hecho cera y alcohol, luego se limpia la cera y el alcohol y sobre el vidrio se pone la fibra de vidrio, luego se hecha la resina mezclada con el catalizador y acelerador, luego se pone al sol y se espera a que seque para así obtener el plástico reforzado con fibra de vidrio, se despega del vidrio y se corta los bordes.
II. OBJETIVOS: •
•
Fabricar un laminado de FR utilizando la t!cnica de moldeo por contacto a mano. "plicar durante el proceso de laminado los cálculos que fundamenten la operaciones
III. INTRODUCCIÓN: #n material compuesto o composite, es una combinación de dos o más materiales distintos con una superficie de contacto identificable entre ellos. Sin embargo, debido a que, en general, los materiales compuestos se utilizan por sus propiedades estructurales, la definición se restringe sólo a los materiales que presentan propiedades mecánicas me$oradas en alto grado como resultado de la combinación de un refuerzo %como fibras o partículas& apoyado en un material aglutinante %matriz&, que es la fase continua del material compuesto. '"()R*"+)S -'#)S(-S ) F*/R" +os materiales compuestos de fibra son aquellos en los que los refuerzos tienen razones de apariencia mucho mayores que 0.1 %es decir, en los que el largo es mucho mayor que la dimensión de sección transversal&. +os materiales compuestos de fibra se clasifican además como2 %0& 'ateriales compuestos de fibra corta o discontinua, y %3& 'ateriales compuestos reforzados con fibras continuas. )n los materiales compuestos de fibra corta o discontinua, las propiedades varían con la longitud de la fibra. uando !sta es de una magnitud tal que todo incremento adicional de longitud ya no aumenta el módulo del material compuesto, entonces el material está reforzado con fibras continuas. )n la mayor parte de los materiales compuestos de fibra continua, de hecho, la longitud de las fibras es comparable a la dimensión global de componente o estructura. )n los plásticos reforzados con fibras %RF o FR, por sus siglas en ingl!s&, las fibras soportan la mayor parte de la carga. +a función de la matriz consiste en rodear y formar una fase continua en tomo a las fibras, unirse o adherirse a ellas a fin de transferir la carga a las fibras y entre ella, y protegerlas del ambiente y contra posibles da4os durante su manipulación. +a matriz tambi!n mantiene a las fibras en la orientación y posición correctas para soportar las caras previstas, distribuye las cargas de modo más o menos uniforme entre las libras, proporciona resistencia a la propagación de grietas en caso de que las fibras se agrieten, y aporta toda la resistencia al esfuerzo cortante interlaminar del material compuesto. or lo regular, la matriz % el polímero o plástico& es el eslabón d!bil del
material compuesto ,porque no se dispone de resinas capaces de soportar cargas muy grandes. or consiguiente, la matriz es generalmente la primera en formar micro5grietas %microagrietamiento superficial& que crecen hasta convertirse en grietas grandes por oalescencia, se despega de la superficie de la fibra, y se fractura a deformaciones mucho menores que las deseables. "simismo, por lo general la matriz determina la temperatura de servicio global del material compuesto y su resistencia al ambiente. or tanto, la selección de la matriz polim!rica resulta muy importante. F*/R"S )n la actualidad, las tres fibras de uso más e6tendido son las de vidrio, de carbono7grafito y de la aramida o poliamida aromática, conocida como 8evlar.
(abla2 (ipos de composición de las fibras de vidrio
Sílice
Al úm ina
idrio !
"#
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Material,% en peso Oxi Oxi do Magnes do de ia de Calc bor io o &'" &'" (
idrio A
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Tipos de vidrio
So sa
Fluoru ro de calcio
Total de óxidos secundari os
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omo ya vimos, el vidrio es sílice amorfo que se obtiene agregando ó6idos modificadores para reducir el punto de fusión y la viscosidad del líquido. )n la (abla anterior se muestran las cuatro composiciones de vidrio que se utilizan comercialmente para producir componentes de fibra de vidrio continua. )l vidrio " es la calidad rica en álcali que es, fundamentalmente, sosa5cal5sílice, y que se utiliza en aplicaciones que demandan buena resistencia química. )l vidrio ) es la calidad el!ctrica9 es en esencia borosilicato de aluminio y calcio, y ofrece buenas propiedades el!ctricas y durabilidad. )l vidrio ) es la fibra de vidrio de refuerzo de uso más e6tendido. +as fibras de vidrio )R se utilizan en aplicaciones que requieren buenas propiedades el!ctricas y me$or resistencia química. )l vidrio S es silicato de magnesio y aluminio sin ó6ido de boro, y las fibras se usan en aplicaciones que requieren mayor resistencia a la tensión y más estabilidad t!rmica. )l vidrio S tiene me$or retención de propiedades a alta temperatura que todos los demás vidrios. Sin embargo, tambi!n es
costoso y, por tanto, sólo se utiliza en aplicaciones en las que el rendimiento $ustifica el costo.
IV. BASÉ TEÓRICA: Plástico r!or"#$o co% !i&r# $ 'i$rio: )l (lástico
r!or"#$o co% 'i$rio o (lástico r!or"#$o co% !i&r# $ 'i$rio %PRFV&, )RP %Glass Reinforced Plastic&, tambi!n denominado con las siglas )FRP %:lass5Fiber Reinforced lastic&, o )F* %del alemán Glasfaserverstärkter Kunststoff &, es un material compuesto, formado por una matriz de plástico o resina reforzada con fibras de vidrio. ;o es inusual denominar informalmente a este material simplemente como
náutica
se utiliza
para
confeccionar
el casco
de
algunas
embarcaciones9 en aeronáutica y en la industria automovilística para piezas y carrocerías, y en el sector de la construcción como envolvente o fachada en edificios singulares con formas de curvatura irregular. +os
plásticos
más
utilizados
son epo6i, poli!ster , vinil!ster y
otros termoplástico.
C#r#ctristic#s: )s un material ligero y resistente, rígido, con buen comportamiento frente a la corrosión y al desgaste, y buen aistante t!rmico, ac=stico y el!ctrico.0 )ntre sus desventa$as se encuentran la dificultad de recicla$e, el mal comportamiento frente al fuego %además, los productos de su combustión son tó6icos&, y la ausencia de normativas que regulen u orienten sobre su uso, ya que las propiedades del material varían notablemente dependiendo del proceso de elaboración, la cantidad de fibra, y el tipo de resina empleado. +as propiedades mecánicas dependen esencialmente de la cantidad y disposición de la fibra de vidrio. +a resistencia a tracción del material puede oscilar desde los >11 ?g7cm3 con vidrio proyectado, hasta alcanzar los 01.111 ?g7cm3 con vidrio unidireccional al @1A en peso.0 )n presencia de esfuerzos, el :R presenta una fatiga estructural que disminuye su resistencia apro6imadamente un 0A anual. or contra, el resto de propiedades %durabilidad, resistencia a la abrasión, etc.&
dependerán fundamentalmente del tipo de resina. ependiendo de !sta, el material podrá soportar temperaturas entre 03> B y C11 B.
Fi&r#s $ 'i$rio: +a fibra de vidrio es un material que consta de numerosos filamentos y e6tremadamente finos de vidrio. " lo largo de la historia los vidrieros ensayaron la fibra de vidrio, pero la manufactura masiva de este material sólo fue posible con la invención de máquinas herramienta más refinadas. )n 0D@C, )dEard rummond +ibbey e6hibió un vestido en la )6posición #niversal de hicago que tenía fibra de vidrio con filamentos del diámetro y la te6tura de una fibra de seda. Fue usado por primera vez por :eorgia ayvan, una actriz de teatro muy conocida en aquella !poca. +as fibras de vidrio tambi!n se pueden formar naturalmente y se les conoce como <abellos de el!<. Sin embargo la lana de vidrio a la que hoy se llama com=nmente fibra de vidrio no fue inventada sino hasta 0@CD por Russell :ames Slayter en la -Eens5 orning como un material que podría ser usado como aislante en la construcción de edificios. Fue comercializado ba$o el nombre comercial Fiberglass, que se convirtió desde entonces en una marca vulgarizada en países de habla inglesa. +a fibra de vidrio se conoce com=nmente como un material aislante. (ambi!n se usa como un agente de refuerzo con muchos productos polim!ricos9 normalmente se usa para conformar plástico reforzado con vidrio que por metonimia tambi!n se denomina fibra de vidrio, una forma de material compuesto consistente en polímero reforzado con fibra. or lo mismo, en esencia e6hibe comportamientos similares a otros compuestos hechos de fibra y polímero como la fibra de carbono. "unque no sea tan fuerte o rígida como la fibra de carbono, es mucho más económica y menos quebradiza.
For+#ci,% $ l# !i&r#: +a fibra de vidrio se conforma de hebras delgadas hechas a base de sílice o de formulaciones especiales de vidrio, e6truidas a modo de filamentos de diámetro diminuto y aptas para procesos de te$eduría. +a t!cnica de calentar y elaborar fibras finas a partir de vidrio se conoce desde hace milenios9 sin embargo, el uso de estas fibras para aplicaciones te6tiles es mucho más reciente2 sólo hasta ahora es posible fabricar hebras y fibras de vidrio almacenadas en longitudes cortadas y estandarizadas. +a primera producción comercial de fibra de vidrio ocurrió en 0@C9 en 0@CD -Eens5*llinois :lass
ompany y orning :lass Gor?s se unieron para formar la -Eens5orning Fiberglas orporation. uando ambas compa4ías se unieron para producir y promover la fibra de vidrio, introdu$eron al mercado filamentos continuos de fibra de vidrio. -Eens5orning contin=a siendo el mayor productor de fibra de vidrio en el mercado actual. +os tipos de fibra de vidrio usados más com=nmente son las de vidrio clase ) %)5glass2 vidrio de alumino5borosilicato con menos de 0A peso7peso de ó6idos alcalinos, principalmente usada para :R&, pero tambi!n se usan las clases " %"5glass2 vidrio alcali5cal con pocos o ning=n ó6ido de boro&, clase )5R %)5 R glass2 de silicato álcali5cal con menos de 0A peso7peso de ó6idos alcalinos, con alta resistencia a los ácidos&, clase %5glass2 vidrio álcali5cal con alto contenido de ó6ido de boro, usadas por e$emplo en fibras de vidrio con filamentos cortos&, clase %5glass2 vidrio de borosilicato con una constate diel!ctrica alta&, clase R %R5glass2 vidrio de alumino silicatos sin 'g- ni acon altas prestaciones mecánicas& y la clase S %S5glass2 vidrio de alumino silicatos sin a- pero con alto contenido de 'g- con alta resistencia a la tracción&.
Rsi%#s (oli-str: )l poli!ster %01HD-I& es una categoría de elastómeros que contiene el grupo funcional !ster en su cadena principal. +os poli!steres que e6isten en la naturaleza son conocidos desde 0DC1, pero el t!rmino poli!ster generalmente se refiere a los poli!steres sint!ticos %plásticos&, provenientes de fracciones pesadas del petróleo... )l poli!ster termoplástico más conocido es el )(. )l )( está formado sint!ticamente con etilenglicol más tereftalato de dimetilo, produciendo el polímero o poltericoletano. omo resultado del proceso de polimerización, se obtiene la fibra, que en sus inicios fue la base para la elaboración de los hilos para coser y que actualmente tiene m=ltiples aplicaciones, como la fabricación de botellas de plástico que anteriormente se elaboraban con J. Se obtiene a trav!s de la condensación de dioles %grupo funcional dihidro6ilo&. +as resinas de poli!ster %termoestables& se usan tambi!n como matriz para la construcción de equipos, tuberías anticorrosivas y fabricación de pinturas. ara dar mayor resistencia mecánica suelen ir reforzadas con cortante, tambi!n llamado endurecedor o catalizador, sin purificar. )l poli!ster es muy resistente a la humedad, a los productos químicos y a las fuerzas mecánicas. Se usa en la fabricación de fibras, recubrimientos de láminas, etc.
Pi+%tos: ;o debe agregarse más cantidad de pigmentos que la que sea absolutamente necesaria para lograr la profundidad de color u opacidad que se desee. uede usarse hasta 01A por peso. ":);()S ) +*'*)K"
+a limpieza es importante, tanto desde el punto de vista de la salud de los operarios como para impedir la contaminación de la resina y del refuerzo. )s necesario prestar especial atención al manipular catalizadores constituidos por peró6idos, que pueden inflamarse espontáneamente al contacto con papel, algodón u otros te$idos de celulosa. )l material de desecho contaminado debe desalo$arse y destruirse en seguida. (odos los traba$os de mezcla de resinas es me$or que se realicen e6clusivamente en una sección especial del taller, preferiblemente a cargo de una persona responsable. Se precisa disponer de balanzas e6actas y un mezclador mecánico, que deben conservarse lo más limpios posibles. (odas las operaciones de medida y mezcla deben limitarse a esta sección. +os rodillos. /rochas y ti$eras empleados para las operaciones de moldeo deben limpiarse bien despu!s de su uso , sirvi!ndose de un disolvente apropiado. +a disposición del taller puede ser bastante fle6ible, para admitir los distintos tipos y tama4os de ob$etos que haya que moldear . )n com=n con la mayoría de las demás clases de plantas de fabricación o monta$e es me$or que los operarios permanezcan en una misma estación o puesto de traba$o a otro , a medida que termine cada operación del moldeo %moldes con ruedas & )l (H*;;)R, tambi!n conocido como diluyente o adelgazador de pinturas , es una mezcla de solventes de naturaleza orgánica derivados del petróleo que ha sido dise4ado para disolver, diluir o adelgazar sustancias insolubles en agua , como la puntura , resinas , aceites y grasas. )l (H*;;)R está compuesto por un solvente activo, un cosolvente y un diluyente, sustancias que efect=an una función en particular, )l solvente activo es el que tendrá un efecto directo sobre lo que se está disolviendo , el cosolvente potenciara el efecto del solvente activo y el diluyente dará volumen al compuesto . )l (H*;;)R tiene como solvente principal al tolueno, como disolvente al benceno y como diluyente a una serie de solventes, sustancias todas ellas to6icas para el ser humano.
Co%$icio%s $ tr#&#/o: )l edificio no debe ser h=medo y deberá estar adecuadamente templado y ventilado conviene que haya bastante altura libre y que se disponga de espacio
suficiente para todas las operaciones, ebe dividirse en secciones la superficie, a saber2 preparación del refuerzo, mezcla de resinas, moldeo, recortado y acabado. +a resina y los agentes de curado deben guardarse ale$ados del sitio de traba$o, en lugar fresco y observando las precauciones necesarias para líquidos inflamables, teniendo cuenta los peligros especiales relacionados con los peró6idos orgánicos. +a fibra de vidrio debe guardarse y cortarse en las formas apetecidas en condiciones secas y en lugar separado del de moldeado. +a temperatura del edificio debe regularse entre 0>B y 3>B. +a ventilación deberá ser buena seg=n normas establecidas, pero hay que evitar las corrientes de aire y las fluctuaciones de temperatura, "sí pues, hay que abstenerse de usar puertas y ventanas para regular la ventilación. +a e6tracción de polvo en la sección de recortado debe ser del tipo con tiro vertical. )s preferible que el edificio este iluminado con luz diurna difusa, siempre que no se permita que los rayos solares caigan directamente sobre la sección de mezcla o moldeo, ya que ello puede dar lugar a la gelificación prematura de la resina .+os apliques fluorescentes deben instalarse siempre bastante arriba de los moldes, pues tambi!n pueden afectar endurecimiento de la resina. '-+)- -R -;("(- " '";- %+"L #& )l moldeo por colocación manual o moldeo por contacto , denominado así debido a las ba$as o nulas presiones que necesita el procedimiento , fue la primera t!cnica que se empleó en el laminado de los plásticos reforzados con fibra de vidrio y hoy es todavía uno de los procesos más utilizados . )n producciones de series industriales cortas y piezas de gran superficie es el m!todo más económico al presentar las venta$as de su relativa sencillez y no requerir
mano
de
obra
e6cesivamente
especializada
en
inversiones
e6traordinarias. or el contrario, presenta los inconvenientes de un ambiente de traba$o molesto, producción lenta, mayor necesidad de mano de obra, acabado fino solo por la ara de la pieza en contacto con el molde y calidad final sometida a la especialización y sensibilidad del operario. *ndudablemente, las características mecánicas y físicas alcanzadas mediante el estratificado a mano son inferiores a las obtenidas por cualquier otro m!todo de transformación %moldeo de prensa, por e$emplo&, debido sobre todo a la limitación que tiene este procedimiento en cuanto al porcenta$e de fibra de vidrio de las piezas moldeadas, que se sit=a entre el 3> y I1 A al utilizar el mat
y el I1 y 1 A utilizando te$ido. ;o obstante, una cuidada selección del refuerzo y una oportuna colocación del mismo conducen la obtención de partes estructurales eficientísimas, tal y como se demuestra en a enorme diversidad de aplicaciones en multitud de campos. ualquier pieza que e6i$a unas determinadas prestaciones, será elaborada de una forma deferente en cuanto al tipo y numero de capas de refuerzo, pero el m!todo de fabricación será siempre id!ntico cuando apliquemos el procedimiento que se especifica a continuación. F#;"');()l moldeo por contacto a mano se basa en la combinación de un material líquido, que habitualmente es una resina de poli!ster, y un material sólido, fibra de vidrio, en diferentes prestaciones. or medio de un sistema catalítico, se provoca la reacción química que conduce al endurecimiento controlado de la resina. reviamente, la fibra ha sido impregnada por la resina y el con$unto de materiales utilizados, convenientemente manipulado para que se adopte la forma del molde. )l procedimiento se desarrolla a temperatura ambiente, aunque puede ser acelerado si aumentamos de forma controlada la temperatura del proceso.
V. PROCEDIMIENTO E0PERIMENTAL: )n la presente parte del informe se tratara sobre las t!cnicas y aplicaciones utilizadas en el ensayo para elaborar de me$or manera nuestro e6perimento. Se dieron en orden los siguientes pasos2 ;os entregaron fibra de vidrio con diferentes pesos. (uvimos que pesarlo y a partir de sus resultados, hicimos unos cálculos y determinamos la cantidad de resina y de monómero que tenemos que usar para hacer el e6perimento. osteriormente determinamos con cálculos el n=mero de gotas de ')8 y de catalizador de cobalto que tenemos que echar a nuestra mezcla de resina con monómero. on todos los resultados e6actos, salimos fuera del laboratorio para echar a un vidrio que nos entregaron, alcohol poli vinílico y una cera para que la fibra de vidrio no se quede adherida al vidrio.
00000000000000000000000000000000000
+uego que este alcohol secó, colocamos encima del vidrio nuestra fibra de vidrio
y echamos la mezcla de resina con monómero.
000000000000000000000000000000000000000000
" esta mezcla se le aumento el catalizador y el ')8 y un colorante, despu!s de
mezclarlo completamente, se echó sobre la fibra.
000000000000000000000000000000000000000
)sta mezcla inmediatamente empezó a solidificarse y gelarse, por lo que
tuvimos que esparcir rápidamente nuestra mezcla alrededor de todo el vidrio. 00000000000000000000000000000
osterior a ello, llevamos al vidrio al sol para que termine de secar la mezcla del
refuerzo con fibra de vidrio.
000000000000000000000000000000000000000000000
espu!s de unos minutos, ya estaba completamente seca y la retiramos del
vidrio cuidadosamente. 00000000000000000000000000000000000
VI. RESULTADOS 1 AN2LISIS: "l realizar el ensayo se pudieron observar varios puntos importante, como que se demostró que la temperatura de la mezcla de la resina con el monómero, al a4adir el catalizador y el ')8, aumenta la temperatura constantemente hasta que alcanza un punto de gel, despu!s de eso empieza a calentarse y a solidificarse muy rápidamente, hasta llegar a su temperatura má6ima, luego ba$a su temperatura constantemente, esto fue la comprobación e6acta del e6perimento realizado la anterior semana, ya que se comprobó que el grafico realizado en la ho$a milimetrada y la toma de temperatura con la termocupla, fue la correcta. Se demostró que es muy importante el tiempo y la temperatura al realizar este ensa4o, y que la fibra de vidrio puede adquirir propiedades muy valiosas al mezclarse con la resina y el monómero, ahora solo queda realizar ensayos de resistencia sobre nuestro material compuesto del laminado por moldeo, y con eso comprobar que el e6perimento fue realizado correctamente. " continuación se muestran las imágenes obtenidas durante y despu!s de la realización del e6perimento, no solo son fotos de nuestro e6perimento grupal, sino tambi!n incluyen fotos de todos los e6perimentos realizados dicho día.
VII. CONCLUSIONES: +a fibra de vidrio sola no tiene buenas propiedades, pero al convertirse en un
material compuesto, sus propiedades me$oran muchísimo. Se debe traba$ar con sumo cuidado, el tiempo es lo que $uega siempre en contra al momento de echar la mezcla a la fibra. (odos los materiales compuestos necesitan un buen refuerzo que les de las propiedades que necesita, ya que solo no las podrá obtener. )s importante hallar bien los resultados de los n=meros de gotas del catalizador y el ')8, tanto como el peso de la resina y el monómero, ya que el error en decimales, puede ocasionar que nuestra mezcla se gelifique muy rápidamente o que demore mucho en hacerlo. Se deben usar implementos de seguridad para realizar este e6perimento, ya que algunos elementos son da4inos para la salud '
VIII. BIBLIO)RAF3A: •
http277es.Ei?ipedia.org7Ei?i7lACA"0sticoMreforzadoMconMvidrio http277es.Ei?ipedia.org7Ei?i7FibraMdeMvidrio
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-Materiales de Construcción de barcos' .' Consultado el & de agosto de &$&'
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