informe de polimeros material compuesto

7/22/2019 Informe de Polimeros Material Compuesto

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INFORME DE POLIMEROS

FABRICACION MATERIAL COMPUESTO - FIBRA DE VIDRIO

CARLOS ADOLFO GOMEZ RAMIREZ

ALVARO ALDANA NOVA

LUZ KARINE RINCON PEREZ

UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE METALURGIA

ASIGNATURA POLIMEROS

TUNJA

2013


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INFORME DE POLIMEROS

FABRICACION MATERIAL COMPUESTO - FIBRA DE VIDRIO

CARLOS ADOLFO GOMEZ RAMIREZ

CDIGO: 1125502

ALVARO ALDANA NOVA

CDIGO:

LUZKARINE RINCON PEREZ

CDIGO

Trabajo presentado al Ingeniero MOALEJANDRO MUOZ

En la asignatura de POLIMEROS.

UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE METALURGIA

ASIGNATURA POLIMEROS

TUNJA

2013


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TABLA DE CONTENIDO

CONCEPTO PG.


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PRCTICA No 3: FABRICACION MATERIAL COMPUESTO - FIBRA DE VIDRIO

1. INTRODUCCIN.


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2. OBJETIVOS.

GENERAL:

Obtener por medio de 2 materiales, un material polimrico termoestable conmayores propiedades, para su uso o verificacin de este.

ESPECIFICOS:

Conformar un material que le proporcione a la resina mayor resistencia ydurabilidad por medio de la fibra de vidrio.


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3. PROCEDIMIENTO METODOLOGICO

Material compuesto:

En ciencia de materiales reciben el nombre de materiales compuestos aquellosmateriales que se forman por la unin de dos materiales para conseguir lacombinacin de propiedades que no es posible obtener en los materialesoriginales. Estos compuestos pueden seleccionarse para lograr combinacionespoco usuales de rigidez, resistencia, peso, rendimiento a alta temperatura,resistencia a la corrosin, dureza o conductividad [1]. Los materiales soncompuestos cuando cumplen las siguientes caractersticas:

Estn formados de 2 o ms componentes distinguibles fsicamente y separablesmecnicamente.

Presentan varias fases qumicamente distintas, completamente insolubles entre sy separadas por una interfase.

Sus propiedades mecnicas son superiores a la simple suma de las propiedadesde sus componentes (sinergia).

No pertenecen a los materiales compuestos, aquellos materiales polifsicos; comolas aleaciones metlicas, en las que mediante un tratamiento trmico se cambianla composicin de las fases presentes

Estos materiales nacen de la necesidad de obtener materiales que combinen laspropiedades de los cermicos, los plsticos y los metales. Por ejemplo en laindustria del transporte son necesarios materiales ligeros, rgidos, resistentes alimpacto y que resistan bien la corrosin y el desgaste, propiedades stas que raravez se dan juntas.

A pesar de haberse obtenido materiales con unas propiedades excepcionales, lasaplicaciones prcticas se ven reducidas por algunos factores que aumentanmucho su costo, como la dificultad de fabricacin o la incompatibilidad entremateriales.

La gran mayora de los materiales compuestos son creados artificialmente peroalgunos, como la madera y el hueso, aparecen en la naturaleza.

Estructura

Aunque existe una gran variedad de materiales compuestos, en todos se puedendistinguir las siguientes partes:


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Agente reforzante: es una fase de carcter discreto y su geometra es fundamentala la hora de definir las propiedades mecnicas del material.

Fase matriz o simplemente matriz: tiene carcter continuo y es la responsable delas propiedades fsicas y qumicas. Transmite los esfuerzos al agente reforzante.

Tambin lo protege y da cohesin al material.

Clasificacin

Los materiales compuestos se pueden dividir en tres grandes grupos:

Materiales Compuestos reforzados con partculas

Estn compuestos por partculas de un material duro y frgil dispersas discreta yuniformemente, rodeadas por una matriz ms blanda y dctil

Tipos:

Compuestos endurecidos por dispersin Compuestos con partculas propiamentedichas

Compuestos endurecidos por dispersin El tamao de la partcula es muypequeo (dimetro entre 100 i 2500 ). A temperaturas normales, estos

compuestos no resultan ms resistentes que las aleaciones, pero su resistenciadisminuye inversamente con el aumento de la temperatura. Su resistencia a latermofluencia es superior a la de los metales y aleaciones.

Sus principales propiedades son: La fase es generalmente un xido duro y estable.

El agente debe tener propiedades fsicas ptimas.

No deben reaccionar qumicamente el agente y la fase.

Deben unirse correctamente los materiales.

Materiales Compuestos reforzados con fibras:

Un componente suele ser un agente reforzante como una fibra fuerte: fibra devidrio, cuarzo, kevlar, Dyneema o fibra de carbono que proporciona al material sufuerza a traccin, mientras que otro componente (llamado matriz) que suele seruna resina como epoxy o polister que envuelve y liga las fibras, transfiriendo lacarga de las fibras rotas a las intactas y entre las que no estn alineadas con laslneas de tensin. Tambin, a menos que la matriz elegida sea especialmenteflexible, evita el pandeo de las fibras por compresin. Algunos compuestos utilizanun agregado en lugar de, o en adicin a las fibras.


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En trminos de fuerza, las fibras (responsables de las propiedades mecnicas)sirven para resistir la traccin, la matriz (responsable de las propiedades fsicas yqumicas) para resistir las deformaciones, y todos los materiales presentes sirvenpara resistir la compresin, incluyendo cualquier agregado.

Los golpes o los esfuerzos cclicos pueden causar que las fibras se separen de lamatriz, lo que se llama de laminacin.

Materiales compuestos estructurales

Panel sndwich con ncleo en forma de panal.

Estn formados tanto por composites como por materiales sencillos y suspropiedades dependen fundamentalmente de la geometra y de su diseo. Losms abundantes son los laminares y los llamados paneles sndwich.

Los laminares estn formadas por paneles unidos entre si por algn tipo deadhesivo u otra unin. Lo ms usual es que cada lmina est reforzada con fibrasy tenga una direccin preferente, ms resistente a los esfuerzos. De esta maneraobtenemos un material istropo, uniendo varias capas marcadamente anistropas.Es el caso, por ejemplo, de la madera contrachapada, en la que las direcciones demxima resistencia forman entre s ngulos rectos.

Los paneles sandwich consisten en dos lminas exteriores de elevada dureza yresistencia, (normalmente plsticos reforzados, aluminio o incluso titanio),separadas por un material menos denso y menos resistente, (polmeros

espumosos, cauchos sintticos, madera balsa o cementos inorgnicos). Estosmateriales se utilizan con frecuencia en construccin, en la industria aeronutica yen la fabricacin de condensadores elctricos multicapas.

Plstico reforzado con vidrio

El plstico reforzado con vidrio o plstico reforzado con fibra de vidrio (PRFV),GRP (Glass Reinforced Plastic), tambin denominado con las siglas GFRP (Glass-Fiber Reinforced Plastic), o GFK (del alemn Glasfaserverstrkter Kunststoff), esun material compuesto, formado por una matriz de plstico o resina reforzada con

fibras de vidrio. No es inusual denominar informalmente a este materialsimplemente como "fibra de vidrio".

Se trata de un material ligero, resistente y muy fcil de moldear, por lo que es muyusado en la elaboracin de piezas de formas suaves y complejas. En la industrianutica se utiliza para confeccionar el casco de algunas embarcaciones; enaeronutica y en la industria automovilstica para piezas y carroceras, y en el


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sector de la construccin como envolvente o fachada en edificios singulares conformas de curvatura irregular.

Los plsticos ms utilizados son epoxi, polister, vinilster y otros termoplsticos

Historia

El origen de este material se remonta a la II Guerra Mundial, usado por losingleses como sustituto del contrachapado para los radomos de los aviones,debido a la mayor permeabilidad del GRP a las microondas. En el mbito civil,empez a utilizarse en la fabricacin de embarcaciones, ganando aceptacindurante la dcada de 1950. De ah se extendi a la industria del automvil y a laaeronutica, en donde est siendo desplazado por la fibra de carbono, msresistente.

Tambin se usa para diversos tipos de canalizaciones y tuberas, y es un material

de uso comn en tanques de agua.

Fabricacin

Existen varias formas de confeccionar una placa de GRP, dependiendo de cmose dispongan las fibras de vidrio dentro de la matriz plstica. La fibra puedecolocarse como una o varias mallas superpuestas, en una direccin o en endirecciones perpendiculares, en funcin de los esfuerzos a los que tenga que estarsometido el material. En ocasiones se utilizan ms mallas de fibra como refuerzopuntual en las zonas ms solicitadas. Tambin pueden proyectarse las fibras de

vidrio con pistola, quedando los hilos dispuestos aleatoriamente dentro delmaterial de forma anloga a como se elaboraba el adobe.

El grosor, la cantidad y la disposicin de las fibras modifican sustancialmente tantoel peso como la resistencia del compuesto, por lo que esta variable se mideutilizando conceptos y unidades de la industria textil, como el Tex (peso en gramosde 1000 m de fibra), o los metros de hilo por cada kg de material, que en elsistema anglosajn se denomina Yield (yardas de hilo por cada libra de material).

La cantidad de fibra de vidrio empleada vara dependiendo del tipo de GRP. Enporcentaje sobre el peso total, Las cantidades ms habituales empleadas en latipologa de vidrio proyectado oscilan entre el 20% y el 45%, en mallasbidireccionales entre el 35% y el 65%, y en mallas unidireccionales entre el 50% yel 90%.

El GRP puede fabricarse industrial o artesanalmente, como en el caso de lamayora de embarcaciones.2


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Caractersticas

Es un material ligero y resistente, rgido, con buen comportamiento frente a lacorrosin y al desgaste, y buen aislante trmico, acstico y elctrico.1 Entre susdesventajas se encuentran la dificultad de reciclaje, el mal comportamiento frente

al fuego (adems, los productos de su combustin son txicos), y la ausencia denormativas que regulen u orienten sobre su uso, ya que las propiedades delmaterial varan notablemente dependiendo del proceso de elaboracin, la cantidadde fibra, y el tipo de resina empleado.1

Las propiedades mecnicas dependen esencialmente de la cantidad y disposicinde la fibra de vidrio. La resistencia a traccin del material puede oscilar desde los500 kg/cm2 con vidrio proyectado, hasta alcanzar los 10.000 kg/cm2 con vidriounidireccional al 90% en peso.1 En presencia de esfuerzos, el GRP presenta unafatiga estructural que disminuye su resistencia aproximadamente un 1% anual.

Por contra, el resto de propiedades (durabilidad, resistencia a la abrasin, etc.)dependern fundamentalmente del tipo de resina. Dependiendo de sta, elmaterial podr soportar temperaturas entre 125 C y 300 C.

Fibra de vidrio

La matriz ms comn son las resinas de polister. Hay dos variedades tpicas lanormal (Vidrio E, composicin: SiO2 55 %, CaO 16 %, Al2O3 15 %, B2O3 10 %) yla de alta resistencia (Vidrio S, composicin: SiO2 65 %, Al2O3 25 %, MgO 10 %).Esta ltima tiene una excelente relacin resistencia/precio por lo que es muy

utilizada pero su bajo mdulo elstico es su principal limitacin, y son muyutilizadas en el reforzamiento de plsticos en general por su bajo precio. Estascomposiciones son fcilmente hilables en fibras de alta resistencia. Tienen unadensidad y propiedades a la traccin comparable a las fibras de carbono yaramida pero menor resistencia y mdulo de tensin aunque pueden sufrir mayorelongacin sin romperse. Las aplicaciones ms comunes son: carroceras deautomviles y barcos, recipientes de almacenaje, principalmente la industria deltransporte en general. Recientemente ha aparecido un material de matriz de nailonreforzado con fibra de vidrio que es extraordinariamente fuerte y con granresistencia al impacto.

MATERIALES COMPUESTOS

Definicin

Se entiende por materiales compuestos aquellos formados por dos o msmateriales distintos sin que se produzca reaccin qumica entre ellos.


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En todo material compuesto se distinguen dos componentes:

LA MATRIZ, componente que se presenta en fase continua, actuandocomo ligante.

EL REFUERZO, en fase discontinua, que es el elemento resistente.

Ejemplos sencillos y conocidos por todos de materiales compuestos son elhormign y los neumticos.

Aqu, sin embargo, nos centraremos en el estudio de los llamados MATERIALESCOMPUESTOS AVANZADOS, que son los que se utilizan para la fabricacin deelementos estructurales.

Clasificacin

Una primera clasificacin es la que analiza el tipo de matriz, distinguindose los

siguientes tipos:

Materiales compuestos de matriz METLICA o MMC (METAL MATRIXCOMPOSITES),

Materiales compuestos de matriz CERMICA o CMC (CERAMICMATRIX COMPOSITES),

Materiales compuestos de matriz de CARBON

Materiales compuestos de matriz ORGNICA o RP (REINFORCEDPLASTICS) y dentro de estos, son los ms utilizados:

Los CFRP (CABON FIBER REINFORCED PLASTICS) o materialescompuestos de fibra de carbono con matriz orgnica.

Los GFRP (GLASS FIBER REINFORCED PLASTICS) o materialescompuestos de fibra de vidrio con matriz orgnica.

En lo que a los refuerzos se refiere, los hay de dos tipos:

FIBRAS, elementos en forma de hilo en las que la relacin L/D > 100. CARGAS, el resto, utilizadas en elementos de poca responsabilidad

estructural.

Tal y como se han resaltado, los materiales compuestos ms utilizados son los dematriz orgnica y refuerzos en forma de fibras. En los siguientes apartados seanalizan con ms detalle ambos tipos de componentes.


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Matrices orgnicas

Antes de describir los distintos tipos de matrices orgnicas, conviene repasarcuales son las funciones que debe cumplir la matriz. Estas son:

Dar estabilidad al conjunto, transfiriendo las cargas al refuerzo. Proteger al refuerzo del deterioro mecnico y qumico.

2 Visual Graphics Group

Evitar la propagacin de grietas.

Para todo ello, se debe dar una buena adherencia entre la matriz y el refuerzo.

Las matrices orgnicas (ms vulgarmente conocidas como plsticos) pueden ser:

TERMOPLSTICOS, usadas en aplicaciones de bajos requisitos, aunque

se estn empezando a emplear termoplsticos avanzados para altasprestaciones.

ELASTOMEROS, utilizadas en neumticos y cintas transportadoras, DUROPLASTICOS o TERMQESTABLES, las ms empleadas en

materiales compuestos de altas prestaciones.

Entre los duro plsticos, tambin denominados RESINAS (todos ellos necesitan unproceso de curado para alcanzar su estructura reticulada) encontramos lossiguientes tipos de materiales para matrices:

EPOXIS, que son las de uso ms general en altas prestaciones, con unatemperatura mxima de uso en torno a los 170'.

Como ejemplo, podemos citar la M18 de CIBA (HEXCEL).

BISMALEIMIDAS (BMI), para altas temperaturas (hasta 250), utilizada, porejemplo en los bordes de ataque de las alas del Eurofighter-2000. oEjemplo: 5250 de CYTEC.

POLlAMIDAS (P1), tambin para aplicaciones de altas temperaturas, en elentorno de los 300.

FENOLICAS, resistentes al fuego. Utilizadas, por ejemplo, en mamparas

contra incendios y paneles interiores de aviones. POLISTERES, poco usados por sus bajas caractersticas mecnicas.

Adems, absorben mucha agua y se contraen al curar. CIANOESTERES, utilizadas en aplicaciones radioelctricas (antenas), ya

que presentan baja absorcin de humedad y buena "tangente de prdidas"(caracterstica radioelctrica de los materiales).


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Fibras.

Los principales tipos de fibras utilizados como refuerzo, en lo que al material quelas compone se refiere, son:

FIBRAS DE VIDRIO, de gran resistencia a traccin, duras, resistentes alataque qumico y flexible.

Se elaboran a partir de la slice (del 50% al 70% de su composicin) y se leaaden otros componentes en funcin de las propiedades deseadas,distinguindose:

VIDRIO-E, para aplicaciones generales.

3 Visual Graphics Group- VIDRIO-S, para mayor resistencia y rigidez.

VIDRIO-C, para estabilidad qumica.

VIDRIO-M, para muy alta rigidez.

VIDRIO-D, para muy baja constante dielctrica.

FIBRAS DE CARBONO, de muy alta resistencia y rigidez, por laestructura cristalogrfica del grafito.

Se distinguen los siguientes tipos:

De muy alto mdulo (para aplicaciones que requieran rigidez,500GPa de Mdulo elstico)

De alto mdulo (400 GPa) De mdulo intermedio (300 GPa)

De alta resistencia (200 GPa)

FIBRAS CERMICAS, de cuarzo o slice. Flexibles y con muy bajoalargamiento y gran resistencia la choque trmico. Se utilizan enestructuras radio transparentes.

FIBRAS ORGNICAS, obtenidas a partir de polmeros.

La ms utilizada es el KEVLAR @. de DUPONT (POLIARAMIDA) de fibras con lassiguientes

Caractersticas

Muy rgidas.

coeficiente de dilatacin trmica longitudinal nulo.

Baja densidad.

Radio transparente.

Con excelente resistencia al impacto.


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FIBRAS DE BORO. FIBRAS METLICAS, de aluminio, acero y titanio, ms densas que las

anteriores, y de elevado coste


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4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Se utiliza la mscara, las gafas de seguridad y los guantes de ltex. Haciendo eltrabajo al aire libre o en una habitacin bien ventilada. Colocamos los moldes quevas a utilizar en una mesa slida que pueda soportar el calor. El proceso decurado genera calor, as que no trabajes en una superficie frgil o de plstico. Tomamos la tabla donde vaciamos nuestra resina y catalizador previamentemezclados, en una proporcin de 10 por 1. Agrega el agente de curado(isoforondiamina) de acuerdo con las instrucciones del fabricante, ya que vara enfuncin de lo que ests haciendo. Aade unas gotas de colorante (si vas autilizarlo). Mezclamos los materiales con el palo de madera. Vierte la mezcla en moldespara pisapapeles, joyas o lo que ests creando. Evacua la zona en la que has colocado los moldes, ya que los productosqumicos producirn un humo txico durante el proceso de curado. El

procesamiento de los halgenos, trixido de antimonio y formulaciones a base defsforo (la composicin qumica de los productos utilizados) crea cierta toxicidad. Espera de 5 a 6 horas para que el proceso de endurecimiento se complete.Retira la resina de polister de los moldes. Almacena todos los productosqumicos en un lugar fresco y seco, fuera del alcance de las mascotas y los niospequeos.


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5. Alcances y limitaciones


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6. Conclusiones


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7. Bibliografa e Infografa


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