Guia Fabricación Materiales Compuestos

Ing. Beatriz Cardozo A. Materiales compuestos UAC

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL CARIBE FACULTAD DE INGENIARÍA Programa de Ingeniería de Materiales Materiales Compuestos PRÁCTICA I: FABRICACIÓN DE MATERIALES COMPUESTOS RESINA DE POLIESTER REFORZADO CON FIBRA Sábado 26 de septiembre 8:30 am ESCUELA NAVAL DE SUB OFICIALES: Vía 40 No 68 Esquina

IMPLEMENTOS DE SEGURIDAD PERSONALES: PERSONALES: - Bata - Lentes de seguridad - Guantes - Máscara o tapabocas - 1 Brocha de 2" - Cronómetro Llevar además carnet estudiantil y seguro estudiantil para permitirles la entrada a la Escuela. Ser puntuales.

Materiales: Para 5 laminados: 2 Kg de resina Atix 117. ¼ Kg de estireno ¼ Kg de cera desmoldante 1 brocha de 2” por grupo.


OBJETIVO GENERAL: Preparación de materiales compuestos laminados de poliéster reforzado con fibra mediante método de molde abierto manual (Hand Lay Up). OBJETIVOS ESPECÍFICOS: - Determinar la curva exotérmica para la resina de poliéster - Determinar la relación de componentes utilizados para la fabricación de materiales compuestos de matriz de poliéster. - Fabricar materiales compuestos laminados de matriz de poliéster con diferentes fibras de refuerzo. ACTIVIDADES A. Leer: Resinas de poliéster, Guía de Manejo. Disponible en: http://www.eafit.edu.co/servicios/centrodelaboratorios/infraestructura/laboratorios/Doc uments/Guia%20de%20manejo%20de%20resinas.pdf B. Deben reportar la actividad a través de un informe escrito en grupo que contenga: a. Resumen b. Introducción c. Objetivos d. Procedimiento experimental i. Materiales, equipos y reactivos e. Observaciones (incluir fotos) f. Resultados y discusión de resultados g. Conclusiones h. Bibliografía

FUNDAMENTO TEÓRICO (Ariza, 2011) Las resinas comerciales de poliéster están formadas por moléculas lineales de poliéster insaturado disueltas en estireno. La viscosidad de la disolución se modifica con el peso molecular del polímero y con la cantidad de estireno adicionada. A esta resina fluida se le añade un acelerador (normalmente una sal orgánica de cobalto) y seguidamente un iniciador (también llamado catalizador de forma incorrecta) que suele ser un peróxido orgánico (por ejemplo el peróxido de metil etil cetona). El iniciador reacciona con el acelerador creando radicales libres que atacan los dobles enlaces de la molécula de poliéster insaturado y del estireno, produciéndose el entrecruzamiento que solidifica el poliéster.


Estas reacciones de curado se pueden producir incluso a temperatura ambiente, dependiendo del acelerador e iniciador que se utilicen. Utilizando este prepolímero para la fabricación de la matriz se elimina también el problema de la producción de agua, ya que la reacción de esterificación ya se ha producido y las reacciones de entrecruzamiento son por adición mediante radicales libres. Durante el proceso de curado la viscosidad de la resina se va incrementando hasta llegar a ser un sólido. Además, las reacciones son exotérmicas y la temperatura también aumenta hasta alcanzar un máximo que se denomina pico exotérmico. El seguimiento de la temperatura en función del tiempo permite establecer unos tiempos fundamentales para el procesado del material compuesto, como es el tiempo de gel y el tiempo de polimerización de la resina:

El conformado del material compuesto debe hacerse durante el tiempo de gel, cuando la resina es un poco más viscosa pero todavía moja bien a las fibras. A partir del punto de gel comienza el endurecimiento, debiendo mantenerse la forma del material compuesto durante to do el tiempo de reactividad, hasta que la polimerización con el estireno se ha completado.


PRÁCTICA 1. DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE GEL DE RESINAS PREACELERADAS (Almaco, 2011) Determinar el tiempo para que la resina de poliéster pre acelerada pase del estado líquido al estado gelatinoso (gel) a través de la adición de un iniciador de polimerización en presencia de un acelerador. Resina de poliéster Reactivos: Iniciador de peróxido (Sal de cobalto en el caso que no sea preacelerada) Equipos: Cronómetro Termómetro de vidirio (Escala -10 a 60 ˚C) Balanza con precisión de 0, 1g Vaso de vidrio Bastón de vidrio Método: Pesar en el vaso 100 gr de la muestra, adicionar la cantidad especificada de iniciador con auxilio de una pipeta. Accionar el cronómetro, promoviendo una perfecta homogeneización por un minuto. Iniciar la verificación del punto de gel cuando la temperatura en el termómetro inmerso en la muestra comience a subir, sumergiendo el termómetro en la muestra y levantándolo suavemente en movimientos repetidos. El tiempo de gel serpa determinado cuando no ocurra más escurrimiento del material por el bastón, presentando una apariencia elástica. Anotar el tiempo en minutos y segundos. 2. DETERMINACIÓN DE LA CURVA EXOTÉRMICA (Almaco, 2011) Determinar el tiempo que la resina lleva para gelatinizar, temperatura máxima alcanzada, tiempo necesario para alcanzar esta temperatura e intervalo de reacción. Resina de poliéster Reactivos: Acelerador de cobalto Peróxido  


Equipos: Cronómetro Termómetro (Escala de -10 a 250˚C) Vaso de vidrio   

Método: Determinar el tiempo de gel de la resina. Inmediatamente después, introducir el termómetro en el centro del vaso con la resina aún en estado de gel. Observar que el bulbo del termómetro debe alcanzar el centro de la masa del producto. Accionar el cronómetro y acompañar la evolución de la temperatura hasta que se observe la caída de 1˚C en relación al máximo registrado. Observar la máxima temperatura alcanzada y el tiempo para que la resina alcance esta temperatura. Documentar: Tiempo de gel. Intervalo de reacción (Tiempo de gel-Tiempo para Temperatura máxima). Temperatura máxima. 3. PREPARACIÓN DE LAMINADOS REFORZADO CON FIBRA (Almaco, 2011) Preparar laminados con fibra para la obtención de cuerpos de prueba para test físico mecánicos. Equipos: Balanza Pincel o brocha Base de vidirio   

Materiales: Resina de poliéster Agentes promotores de cura (Iniciador de peróxido y sal de cobalto (si no está preacelerada)) Manta de fibra de vidrio o fibra a utilizar Cera desmoldante  

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Procedimiento: Aplicar la cera desmoldante en toda la superficie de la placa de vidrio de acuerdo al manual del fabricante. Preparación del laminado: Anotar la temperatura ambiente. Cortar las mantas de fibra en la misma medida, pesarla y anotar el peso.


Pesar en el vaso la resina a ser testeada. La masa de la resina deberá ser de 70% del valor total, relación 70/30 entre resina y fibra. Anotar la temperatura de la resina, con el auxilio de la pipeta, adicionar la cantidad de iniciador conforme a las especificaciones de la resina utilizada (este debe ser previamente calculado según la cantidad de resina a utilizar). Accionar el cronómetro, promoviendo una perfecta homogeneización por un minuto con el auxilio del bastón de vidrio. Derramar y esparcir un poco de resina sobre la placa de vidrio con el auxilio de la brocha, colocar una capa de fibra, esparcirla con la brocha hasta que la fibra quede totalmente impregnada. Elimine burbujas. Repetir el proceso con la otra manta o capa de fibra. Verificar que se realice en el tiempo del gel anteriormente determinado. Después del término de la laminación, identificar el laminado con una etiqueta conteniendo la siguiente información: Tipo de resina, fibra, fecha y horario de laminación. Cálculos: Ejemplo de cálculo para una relación de 70/30 de resina y fibra: 93g – 30% X - 70% Para una masa de la fibra pesada para laminación de 93 g, se necesita 217g de resina. 4. DEBEN REPORTAR LA ACTIVIDAD A TRAVÉS DE UN INFORME ESCRITO EN GRUPO.

BIBLIOGRAFÍA • • • •

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Miravete, A. Materiales Compuestos I. Editorial Reverté. Barcelona. 2007. Chalita, R. Plásticos reforzados con fibra de vidrio. Edit U. del Atlántico 2001. Compósitos. Materiales, procesos, desempeño y aplicaciones. Almaco. Brasil. 2011. Ariza, J. Práctica No 10. Determinación del tiempo de curado de una resina tipo poliéster. Materiales Industriales. 2011. Disponible en: http://www.ual.es/~mjariza/pract10.pdf http://www.eafit.edu.co/servicios/centrodelaboratorios/infraestructura/laboratorios/Docume nts/Guia%20de%20manejo%20de%20resinas.pdf

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http://www.plastiquimica.cl/pdf/Resinas_Poliester_y_Vinilester.pdf

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http://www.rte.espol.edu.ec/index.php/tecnologica/article/viewFile/62/33

RECOMENDACIONES ACTIVIDAD PRÁCTICA DE LABORATORIO 1. Llegar puntualmente a la práctica. 2. Obligatorio uso de bata, lentes de seguridad y guantes. Zapatos cerrados. Damas: pantalón largo y cabello recogido. 3. Traer tapaboca o máscara de seguridad de gases y polvos. 4. Leer la práctica de manera de revisar material que debe traer el estudiante. 5. Se deben revisar las tablas de toxicidad y medidas de seguridad respecto a los reactivos y equipos a utilizar.

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