INFORME DE LABORATORIO
Nombre:
Christian Fajardo Vélez
Curso/ Paralelo/Hora:
Materiales de Ingeniería/104/7:30-9:30
Número y título de experimento:
Experimento Nº 6, Compuestos
Profesor Fecha de experimento: Fecha de presentación: Nombre de compañeros de laboratorio
Ing. José Pilataxi Sislema 25-29 de Agosto del 2014 08-12 de Septiembre del 2014 Carlos Jordán, Marcelo Pintado, Andrés Rodríguez,
Cristhian
Romero,
Jean
Villegas
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A) Título de la práctica Compuestos
B) Resumen La práctica de compuestos consistió primero en una breve explicación del uso y propiedades de los mismos.[2] Luego se recibió una charla de cómo fue la fabricación de los probetas utilizado en esta práctica la cual consistía en tomar diferentes materiales para la primer probeta del compuesto patrón se utilizó amina con resina, esta combinación de materiales fue llevada a una cámara de mezclado speedmixer (figura 5) una vez obtenida la mezcla del compuesto esta fue colocada en un molde y después curada en un horno a temperatura de 75°C durante ½ hora.
Se repite el procedimiento tanto cuando se agrega nanoarcilla y microzeolita los resultados obtenidos después del curado en cada uno de los probetas se aprecia en las figuras(6,7,8), luego cada una de las probetas es sometido a un ensayo de tracción y de dureza shore D y en base al compuesto patrón de amina con resina se determinó que el material que le brinda una mejora en las propiedades mecánicas al como se aprecia en las figuras(1,2,3), fue la microzeolita esto se debe a que sus propiedades del grano son transferidas al compuesto patrón dándole una mejora a las propiedades mecánicas del refuerzo. [1]
Cabe recalcar que el ensayo de tracción se lo realizo bajo norma ASTM 256-B. [3] Por esta razón a cada uno de los compuestos analizados se determinó previamente sus medidas como espesor, ancho y longitud calibrada, en el ensayo de dureza se presenta un error relativo en las medidas esto se debe a que el micro durómetro shore se encuentra descalibrado, por ende los datos de la (Tabla de Datos 2) son representados con un erro relativo en sus medidas.
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C) Enfoque experimentales. Condiciones de prueba Máquina de Ensayo Universal (Ensayo de Tracción) Carga: 1 KN Velocidad: 2mm/min Longitud: 25 mm Ancho: 12.23mm Espesor: 1.93mm Temperatura: 25.4°C Humedad: 55.6% Speed Mixer Velocidad: 2000 rad/seg Tiempo: 1 minuto Tiempo de Curado Temperatura: 75 °C Tiempo: ½ hora EQUIPOS
Máquina Universal de Ensayos (UTM-10KN)
Máquina de inyección
Transmisión de vapor de agua
Troqueladora
Dureza shore (Shore A, shore D) 2
Balanzas
SpeedMixer(Mezclador de resinas)
MATERIALES
Resina G60
Amina EDR 148
Zeolita natural
Arcillas( Closite 93 A)
Pipetas desechables
Polipropileno(1% pigmento, 2% estabilizante, 0,4% lubricante, 0,3% carbón negro)
Cortador de agujeros
Diamond (molde para cortar films)
Grasa de alto vacío
En la presente práctica se dio una introducción sobre que es una material compuesto como se conforma, usos y propiedades de los mismos. Lo primero a realizar en la práctica
fue
conformar el material compuesto patrón esto se lo hacía mezclando amina (EDR148) y resina (GE60) durante un minuto en el mezclador de resina SpeedMixer figura(4) (Tipo/Serie: FDAC 400.1 FVZ/ 400.1 5017, Fabricado: 2011, Voltaje/Frecuencia: 230 V/ 50/60HZ, Corriente: 10A, Máxima revoluciones: 2750 rpm, Máxima carga: 400g), una vez mezclado la muestra es colocada en un molde donde será curada en un horno a una temperatura de 75°C y tiempo de media hora y se obtendrán probetas de 1mm de espesor, 12 mm de ancho y 125 mm de largo, se hará el mismo procedimiento de mezclado y curado pero para obtener probetas con el compuesto patrón más zeolita y después con arcilla. Una vez obtenida las tres probetas de compuestos se les realizo un ensayo de tracción en base a la norma ASTM 256-B en la ( Máquina Universal de Ensayos UTM-10KN) figura (5)
con velocidad de 2 mm/min y carga de 1 KN para esto se tomaron datos de espesor el cual fue 1.93mm, ancho de 12.23mm y de la longitud calibrada la cual fue de 25 mm. Una vez realizado el ensayo de tracción se procedió a realizar un ensayo de dureza shore D en cada uno de las diferentes probetas Anexo 1(Tabla de Datos de Dureza). Con los resultados obtenidos tanto en el ensayo de tracción como en el de dureza, se determinó en 3
base con el compuesto patrón de amina más resina que material mejora las propiedades mecánicas del mismo si la zeolita con tamaño de grano de (um) o la arcilla con tamaño de grano de (nm) C) Análisis de resultados Cálculos representativos Compuesto patrón= Amina (EDR148)+Resina (GE60) Del Anexo 1 la Tabla 2 de Propiedades de los Compuestos Se procede a determinar la masa de la Resina (GE60) que es la matriz en cada uno de las probetas esto se consigue multiplicando el peso en gramos del soluto por la cantidad de probetas.
Para determinar la masa de la Amina (EDR48) se va utilizar el peso equivalente de la Amina y Resina de la Tabla 2 de Propiedades de los Compuestos
Compuesto Patrón=
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Calculo con 5 % de Arcilla Masa de la matriz
Con regla de tres 2 gr → 100% MC93A → 5%
Determinación del peso equivalente EEW de la resina con 5% de Amina en el compuesto patrón 177.5 → 100% EEWRESINA → 105%
Calculo de la Amina con 5% de Arcilla
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Para el cálculo con Zeolita resulta lo mismo ya que se utiliza el mismo porcentaje 5%
Análisis de resultados del ensayo de tracción con norma ASTM 256-B (Anexo 1 Tabla 3) Grafica Patrón: Amina EDR148 + Resina GE60 Con las dimensiones del probeta de espesor 1.97 mm, ancho 13.24 mm y longitud calibrada de 25 mm en la figura 1 se aprecia la gráfica del compuesto patrón alcanza un esfuerzo máximo de 15.8725 N/mm 2 un esfuerzo de fluencia de aproximadamente 10.5 N/mm 2 y su punto de ruptura es aproximadamente con un esfuerzo de 13.5 N/mm 2 al tener una elongación porcentual del 30.35 % de su longitud inicial.
Grafica Patrón + nano arcilla: Amina EDR148 + Resina GE60+5% de Arcilla Con las dimensiones de probeta de 2.08 de espesor, ancho de 12.76 y longitud calibrada de 25 mm en la figura 2 se puede apreciar que la nano arcilla aumenta las propiedades mecánicas del compuesto patrón,
teniendo ahora un esfuerzo máximo 16.78 N/mm 2 un esfuerzo de
fluencia aproximadamente de 12 N/mm 2 y su esfuerzo de ruptura fue de 16 N/mm 2 al tener una elongación porcentual del 31.36% de su longitud inicial.
Grafica Patrón + micro zeolita: Amina EDR148 + Resina GE60+5% de Zeolita Con dimensiones de la probeta que fueron 1.74mm de espesor, ancho de 12.35mm y longitud calibrada de 25mm podemos apreciar en la figura 3 que la micro zeloita le da un mayor aumento en sus propiedades mecánicas al compuesto patrón, respecto al compuesto patrón más 5% de arcilla teniendo un esfuerzo máximo de 18.75 N/mm2 el esfuerzo de fluencia de 14.30 N/mm2 y el punto de ruptura con un esfuerzo de 19 N/mm 2 este aumento en el esfuerzo de ruptura se pudo deber a que hubo un reordenamiento al nivel de la microestructura del compuesto lo que provoco una mayor resistencia y se necesitó mayor esfuerzo para poder provocar su ruptura, su elongación porcentual fue de 26.21 % respecto a su longitud inicial algo menor respecto a las dos gráficas antes analizada. 6
Análisis de resultados del ensayo dureza shore D En la dureza del material guía la cual es 80.3 Shore D pero se obtuvo un promedio de 77.96 con el micro durómetro Shore D se va a calcular el error relativo del material guía de la siguiente forma Material guía Dureza Teórica 80.3 Dureza experimental promedio del material guía 77.96
Compuesto Patrón Amina EDR148 + Resina GE60 Compuesto Patrón + nano arcilla: Amina EDR148 + Resina GE60+5% de Arcilla Compuesto Patrón + micro zeolita: Amina EDR148 + Resina GE60+5% de Zeolita Del Anexo 1 de la Tabla 1 en el compuesto patrón se obtuvo una dureza promedio de (70.66 ± 2.91) shore D más menos el respectivo error porcentual antes encontrado, al analizar el compuesto patrón con 5% de nanoarcilla se ve un aumento en dicha propiedad de este material dando como resultado un promedio (71.2± 2.91) shore D, y con la microzeloita se obtuvo un promedio de (72.4± 2.91) se obtuvo un mayor resultado es decir aumento un poco más su dureza respecto a la arcilla esto se debe porque la microestructura de zeolita tiene mejores
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propiedades mecánicas que la arcilla propiedades que son transferidas al compuesto patrón por ende el mayor aumento en sus propiedades respecto que cuando se añade arcilla.
E) CONCLUSIONES Se pudo conocer sobre la propiedades, usos y aplicaciones de un material compuestos en nuestra vida. [2] Con la practica realizada observamos que el material patrón experimento mejora en sus propiedades con la adición de otro material a su composición uno fue la nanoarcilla que aunque le brindo mejora a sus propiedades aumentando su dureza de 70.6 shore D a 71.2 shore D, el que mejora aún más sus propiedades fue la microzeolita ya que su dureza promedio fue 72.4 shore D esto se pudo deber a que la microestructura de la micro zeolita presenta mejores propiedades mecánicas que la arcilla,
las mismas que son
transferidas al compuesto en especial al refuerzo o fibra que es donde se dan las propiedades mecánicas del compuestos. [1] Como se parecía en las figura 1 del compuesto patrón al añadir materiales como nanoarcilla figura 2 y microzeolita figura 3 se mejoran sus propiedades haciendo que aumente los niveles de esfuerzo con respecto a la gráfica patrón y el porcentaje de elongación que fue mayor con la adición de nanoarcilla, esto se puedo deber a que como el material con microzeolita como se endureció mas perdió un poco de ductilidad. [2] F) Referencias
[1] http://www.utp.edu.co/~publio17/temas_pdf/compuestos.pdf
[2] http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2011/07/materiales-compuestos.html
[3] http://www.uniteca.com.ve/pdf/Manual_Conduit.pdf
[4] http://www.astm.org/Standard/alpha-lists/D.html
G) Recordatorios para evitar problemas.
Es imprescindible usar del mandil al momento de proceder con la práctica ya que se trabaja con varias sustancias que pueden caer sobre la ropa. 8
Tener mucho cuidado con las condiciones de prueba en el ensayo de tracción para cada uno de los polímeros.
Hay que ser cuidadoso con la amina ya que si se añade en mayor cantidad con la resina esto puede provocar un incendio debido a que es un reactivo.
H) Adjuntos Preguntas 1. ¿De que dependen las propiedades? Matriz y refuerzo La matriz cumple varias funciones en el material compuesto, su función principal es soportar la carga aplicada y transmitirla al refuerzo a través de la interfase para ello la matriz debe ser deformable. Proteger las fibras del medio externo y mantenerlas unidas. Esta función requiere una buena compatibilidad entre matriz y refuerzo. El segundo componente de un material compuesto es el refuerzo. Este componente tiene como función transmitir las cargas a la matriz, por lo tanto define la mayor parte de las características mecánicas del material como la resistencia y la rigidez. Puede suponer un 20-80% en volumen del material compuesto. Las fibras son el refuerzo más utilizado en los materiales compuestos de matriz polimérica. Contenido de refuerzo Composites fibrosos: el refuerzo es una fibra, es decir, un material con una relación longituddiámetro muy alta. Las fibras pueden ser continuas o discontinuas (estas últimas pueden ser aleatorias o unidireccionales). Ejemplo: epoxi con fibra de vidrio. Composites particulados: el refuerzo son partículas equiaxiales, es decir, las dimensiones de las partículas son aproximadamente iguales en todas las direcciones. Ejemplo: caucho reforzado con negro de humo. Composites estructurales: son materiales constituidos por la combinación de materiales compuestos y materiales homogéneos. Se clasifican a su vez en materiales laminados (constituidos por apilamiento de láminas paralelas) o paneles sándwich (compuestos de núcleo y tapas) Orientación de refuerzo
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Unidireccional: cuando todas las fibras están paralelas. Esta orientación se utiliza, por ejemplo, en palos de golf. Bidireccional: cuando la mitad de las fibras están orientadas en ángulo recto con respecto a la otra mitad. Esta orientación se utiliza en materiales para aplicaciones estructurales. Multidireccional: en este caso, el material es isotrópico.
2. ¿Qué características tienen los materiales compuestos? Las aplicaciones actuales exigen materiales de baja densidad y buenas propiedades mecánicas (elevada rigidez y resistencia). Esta combinación de propiedades no se puede conseguir con los materiales convencionales: metales, polímeros y cerámicos. El desarrollo de los composites ha permitido la mejora de las propiedades de los materiales. Ventajas que presentan los materiales compuestos - Alta resistencia específica (resistencia/densidad) y rigidez específica (rigidez/densidad) - Posibilidad de adaptar el material el esfuerzo requerido gracias a la anisotropía Los materiales compuestos de matriz polimérica se utilizan en la industria automovilística, naval, aeronáutica, aeroespacial, electrónica, de material deportivo y de la construcción, reemplazando a los metales y otros materiales en muchas aplicaciones. 3. ¿Sectores donde se está aplicando la tecnología de nanocomposites, tales como, zeolitas naturales y arcillas (93A)? Incremento de rigidez a baja densidad aplicada en automóvil, aeronáutica, doméstico, deportivo, defensa, marina.
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Anexo 1 Tabla de Datos 1 de Ensayo de dureza Shore D
Compuesto
Material Guía
Patrón
Amina
Resina
+
Patrón
+5%
de
Arcilla
Patrón + 5% de Zeolita
Dureza 1 Shore D
78.6
68.9
71.4
71.5
Dureza 2 Shore D
77.7
71.1
71.0
72.5
Dureza 3 Shore D
77.6
72.0
71.2
73.5
Promedio
77.9
70.6
71.2
72.4
Material Guía Valor Teórico= 80.3
Tabla de Datos 2 Propiedades del compuesto Patrón Amina + Resina AMINA
AHEW g/Eq
Densidad g/ml
EDR148
37
0.99
EDR176
44
0.98
T403
81
0.978
11
RESINA
EEW g/Eq
Densidad g/ml
GE60
177
1.285
GE40
163
1.245
GE38
170
1.23
Tabla de Datos 3 Normas ASTM Norma
Velocidad
Espesor
Longitud
Carga
ASTM 256-B
5 mm/min
1 a 2 mm
25 mm
1 a 1.5 KN
Noma
Fuerza de Impacto (Izod) ft*lb/in
ASTM 256-A
0.65-150
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FIGURA 1 GRAFICA DE ESFUERZO VS DEFORMACION DEL COMPUESTO PATRON
FIGURA 2 GRAFICA DE ESFUERZO VS DEFORMACION DEL COMPUESTO PATRON + 5% DE NANOARCILLA
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FIGURA 3 GRAFICA DE ESFUERZO VS DEFORMACION DEL COMPUESTO PATRON + 5% DE MICROZEOLITA
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FIGURA 4 MAQUINA DE ENSAYO UNIVERSAL CON CARGA MAXIMA DE 10 KN
FIGURA 5 CAMARA DE MEZCLADO SPEEDMIXER FIGURA 6 MUESTRA PATRON
FIGURA FIGURA 7 MUESTRA 8 MUESTRA PATRON PATRON + + 5 5% %DE DE NANOARCILLA MICROZEOLITA
FIGURA 9 MICROZEOLITA
FIGURA 10 DE IZQUIERDA A DERECHA BALANZA, RESINA, AMINA Y ARCILLA C93A
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