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TELAS EN FIQUE COMO REFUERZO PARA MATERIALES COMPUESTOS

YAN SANABRIA PINILLA

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA BOGOTA

2008

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TELAS EN FIQUE COMO REFUERZO PARA MATERIALES COMPUESTOS

YAN SANABRIA PINILLA

Trabajo para optar por el titulo de Magíster en Ingeniería mecánica

Asesor ALEJANDRO MARAÑON, PhD

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA BOGOTA

2008

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AGRADECIMIENTOS

A: A todas las personas que hicieron posible este trabajo.

4

CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCION ................................................................................................................ 7 1. MARCO TEÓRICO ..................................................................................................... 9 1.1. TEJEDURIA .......................................................................................................... 9 1.1.1. Tejidos planos ......................................................................................................... 9 1.1.2. Tejidos de punto ................................................................................................... 10 1.2. DISEÑO ROBUSTO POR EL MÉTODO DE TAGUCHI .................................. 11 2. CARACTERIZACIÓN DE TEJIDOS ..................................................................... 14 2.1. FABRICACIÓN DE TELAS ............................................................................... 14 2.2. PRUEBAS MECÁNICAS ................................................................................... 15 2.3. ANÁLISIS DE RESULTADOS .......................................................................... 18 3. DISEÑO DE MATERIAL COMPUESTO .............................................................. 20 3.1. DISEÑO EXPERIMENTAL ................................................................................ 20 3.1.1. Factores de control ............................................................................................... 20 3.1.2. Factores de ruido .................................................................................................. 22 3.2. FABRICACIÓN DE LAMINADOS .................................................................... 24 3.3. PRUEBAS MECÁNICAS ................................................................................... 25 3.3.1. Pruebas de tensión ................................................................................................ 25 3.3.2. Pruebas de flexión ................................................................................................ 29 3.3.3. Pruebas de impacto ............................................................................................... 32 3.4. ANÁLISIS DE RESULTADOS .......................................................................... 34 CONCLUSIONES .............................................................................................................. 36 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................ 37

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LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Arreglo ortogonal L9 ........................................................................................... 12 Tabla 2. Arreglo ortogonal L4 ........................................................................................... 13 Tabla 3. Resultados de la medición de densidad de área en telas .................................. 16 Tabla 4. Resultados de los ensayos de tensión en telas .................................................... 18 Tabla 5. Factores de control .............................................................................................. 20 Tabla 6. Interacciones de parámetros .............................................................................. 21 Tabla 7. Niveles de interacciones ...................................................................................... 21 Tabla 8. Arreglo ortogonal de factores de control .......................................................... 22 Tabla 9. Arreglo ortogonal de factores de ruido ............................................................. 23 Tabla 10. Fracciones de volumen de las combinaciones fabricadas .............................. 25 Tabla 11. Resultados de los ensayos de tensión en laminados ........................................ 28 Tabla 12. Valores de S/N tenacidad a tensión por combinación .................................... 28 Tabla 13. Promedios de S/N tenacidad a tensión por factor .......................................... 29 Tabla 14. Resultados de las pruebas de flexión en laminados ........................................ 31 Tabla 15. Valores de S/N tenacidad a flexión por combinación ..................................... 32 Tabla 16. Promedios de S/N tenacidad a flexión por factor ........................................... 32 Tabla 17. Resultados pruebas de impacto en laminados ................................................ 33 Tabla 18. Valores de S/N energía x unidad de área en impacto por combinación ....... 33

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Patrones de entrecruzamiento de tejidos planos ............................................. 10 Figura 2. Ejemplo de tejidos de punto .............................................................................. 11 Figura 3. Tejidos planos fabricados .................................................................................. 14 Figura 4. Tejidos de punto fabricados .............................................................................. 15 Figura 5. Telar de peines ................................................................................................... 15 Figura 6. Grafico fuerza vs desplazamiento tela 1:1 en sentido de la trama ................ 16 Figura 7. Grafico fuerza vs desplazamiento tela 1:1 en sentido de la urdimbre .......... 16 Figura 8. Grafico fuerza vs desplazamiento tela 2:1 en sentido de la trama ................ 17 Figura 9. Grafico fuerza vs desplazamiento tela 2:1 en sentido de la urdimbre .......... 17 Figura 10. Grafico fuerza vs desplazamiento tela 2:2 en sentido de la trama .............. 17 Figura 11. Grafico fuerza vs desplazamiento tela 2:2 en sentido de la urdimbre ........ 17 Figura 12. Grafico fuerza vs desplazamiento tela punto cerrado en sentido de la trama 17 Figura 13. Grafico fuerza vs desplazamiento tela punto cerrado en sentido de la urdimbre .............................................................................................................................. 17 Figura 14. Grafico fuerza vs desplazamiento tela punto abierto en sentido de la trama 18 Figura 15. Defectos de telas y laminados .......................................................................... 23 Figura 16. Proceso de fabricación ..................................................................................... 24 Figura 17. Montaje prueba de tensión .............................................................................. 26 Figura 18. Grafica Esfuerzo vs Deformación a tensión combinación 1 ........................ 26 Figura 19. Grafica Esfuerzo vs Deformación a tensión combinación 2 ........................ 26 Figura 20. Grafica Esfuerzo vs Deformación a tensión combinación 3 ........................ 27 Figura 21. Grafica Esfuerzo vs Deformación a tensión combinación 4 ........................ 27 Figura 22. Grafica Esfuerzo vs Deformación a tensión combinación 5 ........................ 27 Figura 23. Grafica Esfuerzo vs Deformación a tensión combinación 6 ........................ 27 Figura 24. Grafica Esfuerzo vs Deformación a tensión combinación 7 ........................ 27 Figura 25. Grafica Esfuerzo vs Deformación a tensión combinación 8 ........................ 27 Figura 26. Montaje prueba de flexión .............................................................................. 29 Figura 27. Grafica Esfuerzo vs Deformación a flexión combinación 1 ......................... 30 Figura 28. Grafica Esfuerzo vs Deformación a flexión combinación 2 ......................... 30 Figura 29. Grafica Esfuerzo vs Deformación a flexión combinación 3 ......................... 30 Figura 30. Grafica Esfuerzo vs Deformación a flexión combinación 4 ......................... 30 Figura 31. Grafica Esfuerzo vs Deformación a flexión combinación 5 ......................... 30 Figura 32. Grafica Esfuerzo vs Deformación a flexión combinación 6 ......................... 30 Figura 33. Grafica Esfuerzo vs Deformación a flexión combinación 7 ......................... 31 Figura 34. Grafica Esfuerzo vs Deformación a flexión combinación 8 ......................... 31

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INTRODUCCION

En los últimos años la humanidad esta tomando conciencia de los daños ocasionados al medio ambiente producto de su desarrollo industrial, y de las consecuencias que estos daños traerán en el futuro. Como medida para contrarrestar estos daños se busca reducir la fabricación y el uso de materiales de alto impacto ambiental, como aquellos obtenidos de derivados del petróleo. Por esta razón el interés en la búsqueda de materiales alternativos que contribuyan a un desarrollo sostenible, y ofrezcan las mismas o mejores propiedades de aquello utilizados actualmente. Una alternativa son los materiales compuestos reforzados con fibras naturales como el cáñamo y el yute, los cuales ya están siendo utilizados en la industria automotriz, Estas fibras cuentan con buenas propiedades mecánicas que junto con otras ventajas como: ser aislantes térmicos y acústicos, tener baja densidad y bajo costo comparando con una fibra comercial como lo es la fibra de vidrio (PEIJS), coloca las fibras naturales como alternativas viables de bajo impacto ambiental para su uso en materiales compuestos. El fique fibra natural extraída de la Fucraea planta nativa de la zona intertropical del continente Americano que se produce principalmente en Colombia, Venezuela y Ecuador en las zonas con climas frío y templado. Sus propiedades mecánicas ya han sido medidas y caracterizadas a lo largo de su cadena procesamiento por MIRANDA y CONTRERAS, sin embargo por facilidad de manipulación en su utilización como refuerzo de materiales compuestos, no se utilizan fibras independientes sino hilos de fibras entorchadas. Además para garantizar homogeneidad de las propiedades del laminado, estabilidad del refuerzo y permitir modificar fácilmente su orientación, es recomendable la utilización de telas fabricadas con estos hilos. Estas telas pueden ser de tejidas o no tejidas. Entre las telas tejidas se pueden, encontrar diferentes tipos de tejidos de punto o plano, e incluso dentro de estos tipos de tejido existen varias posibilidades. Además del tejido, estas telas comúnmente son sometidas a diferentes tratamientos, para proteger la tela durante su manufactura y durante su vida útil. En este trabajo se caracterizaron telas con dos tipos de tejidos. Para conocer sus propiedades, con estas mismas telas y algunos tratamientos aplicados de fabricaron materiales compuestos con diferentes configuraciones los cuales fueron

8

sometidos a pruebas mecánicas con el fin de observar la influencia de cada uno de estos parámetros sobre el comportamiento del material compuesto y mediante la aplicación de un método de diseño robusto obtener una combinación optima de los parámetros aplicados que presente mejores propiedades para cada tipo de carga.

9

1. MARCO TEÓRICO

1.1. TEJEDURIA Las telas son preformas que resultan de agrupar varios hilos o fibras en una forma cuasi plana y flexible, manteniendo una distribución homogénea y estable. Estas telas pueden ser tejidas o no tejidas. Las telas tejidas, se pueden clasificar según el tipo de tejido mientras que las no tejidas se pueden dividir en aquellas que usan hilos o fibras largas y aquellas que usan hilos o fibras cortas. Existen diferentes tipos de tejidos formados con uno o más hilos entrelazados de diferentes formas. Dentro de estos tejidos se pueden resaltar los tejidos planos y los tejidos de punto.

1.1.1. Tejidos planos Los tejidos planos están formados por dos o más hilos entrelazados de forma perpendicular y son fabricados mediante el uso de telares. Los hilos tendidos en la dirección longitudinal de la tela reciben el nombre de hilos de urdimbre, mientras que aquellos tendidos en la dirección transversal reciben el nombre de trama. Estos tejidos de clasifican según el patrón de entrecruzamiento (ligamento) entre los que se destacan los ligamentos fundamentales (Tafetán, sarga y satín): Tafetán: En este tipo de entrecruzamiento, cada uno de los hilos de la trama pasa por encima y por debajo de cada uno de los hilos de la urdimbre en forma intercalada. Sarga: En este entrecruzamiento, los hilos de la trama pasan por debajo de dos hilos de la urdimbre y por encima de uno o viceversa, esta secuencia tiene un corrimiento de un hilo hacia la derecha o izquierda por cada hilo de la trama formando un patrón en diagonal. Satín o Raso: En este tipo de entrecruzamiento, los hilos de la trama pasan por encima de cuatro hilos de la urdimbre y por encima de uno o viceversa, esta secuencia tiene un corrimiento de dos hilos hacia la derecha o hacia la izquierda por cada hilo e la trama.

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En la figura 1 se muestran representaciones graficas de los patrones de entrecruzamiento explicados anteriormente.

Figura 1. Patrones de entrecruzamiento de tejidos planos

Otros parámetros a tener en cuenta en los tejidos planos son el balance y la cuenta del tejido. El balance es la relación entre el numero de hilos de la urdimbre y el numero de hilos de la trama y se representa esta relación colocando primero el numero correspondiente a la trama y luego el numero correspondiente a la urdimbre separados por dos puntos. Ejemplo: 1:1. Un hilo de la trama por cada uno de los hilos de la urdimbre. 2:1. Dos hilos de la trama por cada hilo de la urdimbre. La cuenta corresponde al numerote hilos tanto de la trama como de la urdimbre en una unidad de área, comúnmente de mide por centímetro cuadrado por pulgada cuadrada según el sistema de unidades utilizado, este parámetro es un indicador de la calidad de la tela, entre mayor sea su valor mayor es la calidad de la tela.

1.1.2. Tejidos de punto Los tejidos de punto consisten en una serie de mallas entrelazadas de uno o más hilos, y son fabricados generalmente mediante el uso de agujas manuales, aunque en los últimos tiempos de han diseñado maquinas para la fabricación de este tipo de tejidos, con estos tejidos se pueden obtener diversas formas en 2 y tres dimensiones. Este tipo de tejidos se clasifican según su forma de fabricación en dos tipos: Por trama o por urdimbre. Tejido de punto por trama: En este tipo de tejido un solo hilo se pasa de lado a lado del tejido horizontalmente formando argollas, estos tipo de tejidos de fabrican

Tafetán Sarga Satín

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principalmente con agujas. Entre estos tejidos se destacan el Jersey simple y doble, el Rib y el gusanillo, entre otros. En la figura 2 se muestra una representación esquemática del tejido Jersey simple. Tejidos de punto por urdimbre: Este tipo de tejidos se fabrica usando maquinas, las cuales reciben varios hilos que son entre cruzados de forma vertical formando una malla, estos tejidos se clasifican según la maquina que los fabrica, entre los que se destacan el Tricot y el Raschel, la vista esquemática del primero es mostrada en la figura 2.

Figura 2. Ejemplo de tejidos de punto

1.2. DISEÑO ROBUSTO POR EL MÉTODO DE TAGUCHI El método de Taguchi es un método estadístico que busca aumentar la calidad de productos y/o procesos disminuyendo la variación ante cambios del medio desde el diseño inicial y en todas las etapas de desarrollo e implementación. Además permite la optimización de parámetros de varios niveles, con un menor numero de experimentos en comparación con el método factorial que prueba todas las combinaciones posibles. Este método parte de la idea de que todos los productos comienzan a perder calidad desde el mismo momento de su fabricación, la base del método es la cuantificación de es esta perdida, y la optimización de parámetros para minimizarla, mediante la optimización de una función objetivo señal sobre ruido (S/N). Para la implementación de este método se deben seleccionar los factores de control y los factores de ruido del sistema. Los factores de control son aquellos

Jersey Tricot

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que son definidos por el diseñador que afectan la respuesta del sistema, y cuya combinación busca optimizar. Los factores deº ruido son aquellos que aunque afectan la respuesta del sistema, el diseñador no los puede controlar, sin embargo si los puede medir, y su objetivo es minimizar su efecto. Estos factores tienen dos o más niveles. Según la cantidad de factores de cada tipo y el número de niveles de cada uno de estos factores, se seleccionan los arreglos ortogonales apropiados. Los arreglos ortogonales son matrices que se representan cada uno de los factores y sus respectivos niveles en una forma balanceada. Cada una de las columnas de esta matriz corresponde a un factor y sus diferentes niveles, mientras que cada fila corresponde a una combinación de los factores involucrados en sus diferentes niveles. El numero de filas del arreglo ortogonal de los factores de control corresponde al numero de combinaciones experimentales que serán probadas, mientras que el numero de filas del arreglo de los factores de ruido corresponde al numero de repeticiones que se realizaran en cada una de as pruebas. Ejemplo: Se tiene un sistema en el que se identifican cuatro factores de control (F1,F2 F3 y F4) con tres niveles cada uno de estos factores (FX1, FX2,FX3), el arreglo ortogonal que corresponde es un arreglo L9 el cual se muestra a continuación.

Tabla 1. Arreglo ortogonal L9

# F1 F2 F3 F4 1 F11 F21 F31 F41

2 F11 F22 F32 F42

3 F11 F23 F33 F43

4 F12 F21 F32 F43

5 F12 F22 F33 F41

6 F12 F23 F31 F42

7 F13 F21 F33 F42

8 F13 F22 F31 F43

9 F13 F23 F32 F41

Cada una de las filas del arreglo escogido corresponde a una combinación, ósea que en este experimento se probaran nueve combinaciones de los diferentes factores. Por otro lado el sistema tiene tres factores de ruido con dos niveles cada uno. El arreglo correspondiente el cual se muestra en la tabla 2 tiene cuatro filas cada una de estas filas corresponde a una combinación de factores de ruido, el numero de combinaciones de estos factores determina el numero de repeticiones que se harán, de cada una de las combinaciones obtenidas en el arreglo de los factores de control, en este caso se harán cuatro repeticiones por cada una de las nueve combinaciones para un total de treinta y seis pruebas.

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Tabla 2. Arreglo ortogonal L4

# F1 F2 F3 1 F11 F21 F31

2 F11 F22 F32

3 F12 F21 F32

4 F12 F22 F31

Después de realizadas las pruebas según las combinaciones y repeticiones obtenidas de los arreglos ortogonales seleccionados, se procede al análisis de datos para esto se calculan la media y desviación estándar de los resultados obtenidos del parámetro a optimizar para cada una de las combinaciones. Luego con esto valores se calcula la función señal sobre ruido (S/N) con la ecuación 1, donde y corresponde a la media y 2s corresponde a la desviación estándar.

(1)

Con los valores de señal sobre ruido calculados, se hayan los promedios para cada nivel de los factores de control. Aquellos niveles que obtengan el mayor promedio de cada uno de los factores de control, serán los que combinados minimicen las perdidas y optimicen el sistema.

= 2

2

log10sy

NS

14

2. CARACTERIZACIÓN DE TEJIDOS

2.1. FABRICACIÓN DE TELAS Dadas las aplicaciones comerciales de la fibra de fique, en el mercado no se encuentran telas suficientemente cerradas ni con hilos suficientemente delgados, para lograr un refuerzo denso dentro de un laminado para tener una fracción de volumen mayor que permita mejores propiedades mecánicas en el laminado. Por esta razón, para la realización de este trabajo se fabricaron todas las telas usadas, para esto se uso hilo de fique calibre uno de aproximadamente 1mm de diámetro, de color natural. Este hilo es fabricado y comercializado por Ecofibras Ltda, empresa ubicada en Curití Santander. Se fabricaron telas de tejido plano y tejido de punto. Los tejidos planos fabricados son tafetanes con balances 1:1, 2.1 y 2:2, para su fabricación se utilizo un telar horizontal NILUS LECLERC perteneciente al laboratorio textil del departamento de diseño industrial de la Universidad de los Andes. La figura 3 muestra los planos fabricados.

Figura 3. Tejidos planos fabricados

En cuanto al tejido de punto, se fabricaron dos tejidos tipo Jersey sencillo los cuales se muestran en la figura 4. El primer tejido que es más cerrado fue fabricado usando agujas de 2.5mm de diámetro, el segundo mas abierto el cual fue fabricado usando un telar de peines que se muestra en la figura 5. El tiempo de fabricación del tejido mas abierto es considerablemente menor que el tiempo empleado en la fabricación del tejido cerrado, por lo cual el tejido abierto fue seleccionado para la fabricación de laminados para su caracterización.

1:1 2:1 2:2

15

Figura 4. Tejidos de punto fabricados

Figura 5. Telar de peines

2.2. PRUEBAS MECÁNICAS Para la caracterización de las telas fabricadas, a cada uno de los tipos de tela le fue medida su densidad de área y se le sometió a pruebas de tensión, esto con el fin de tener un indicador de propiedades mecánicas de los tejidos antes de ser usados en laminados y así poder identificar diferencias de propiedades debidas a la interacción entre el tejido, sus tratamientos y la resina que conforman el material compuesto. La medición de densidad de área se realizo bajo la norma ASTM D 3776, en las instalaciones del laboratorio de manufactura de la Universidad de los Andes. Para esta medición se utilizaron cinco muestras de aproximadamente 200mm de largo por 200mm de ancho, de cada tipo de tela. Los resultados obtenidos de esta medición se muestran a continuación en la tabla 3.

Cerrado Abierto

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Tabla 3. Resultados de la medición de densidad de área en telas

Tipo de Tela Densidad (g/cm2)

1:1 0,059 (0,013)

2:1 0,060 (0,006)

2:2 0,076 (0,005)

Punto Abierto 0,045 (0,003)

Punto cerrado 0,078 (0,005) * Desviación estándar en

paréntesis

Las pruebas de tensión a las telas fabricadas, se realizaron bajo la norma ASTM D 5035, en el laboratorio de condiciones controladas de la Universidad de los Andes, utilizando la maquina de ensayos universales INSTRON 5586. Se ensayaron probetas de 150mm de alto por 50mm de ancho, con una velocidad de carga de 300mm/s. Se ensayaron probetas tanto en el sentido de la trama como en el sentido de la urdimbre, cinco repeticiones por cada sentido, por cada tipo de tejido. En las figuras 6 a 11 se muestran las curvas obtenidas en los ensayos realizados a las telas de tejido plano, mientras que las figuras 12 a 14 muestran los resultados obtenidos para las telas de tejido de punto.

Figura 6. Grafico fuerza vs

desplazamiento tela 1:1 en sentido de la trama


desplazamiento tela 1:1 en sentido de la urdimbre

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 10 20 30 40 50

Desplazamiento (mm)

Fuer

za (N

)

Tra ma 1

Tra ma 2

Tra ma 3

Tra ma 4

Tra ma 5

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 10 20 30 40

Desplazamiento (mm)

Fuer

za (N

) Urdimbre 1

Urdimbre 2

Urdimbre 3

Urdimbre 4

Urdimbre 5

17

Figura 8. Grafico fuerza vs desplazamiento tela 2:1 en sentido de la

trama

Figura 9. Grafico fuerza vs desplazamiento tela 2:1 en sentido de

la urdimbre

0500

100015002000250030003500400045005000

0 10 20 30 40 50

Desplazamiento (mm)

Fuer

za (N

)

Tra ma 1

Tra ma 2

Tra ma 3

Tra ma 4

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 10 20 30 40 50

Desplazamiento (mm)

Fuer

za (N

) Urdimbre 1

Urdimbre 2

Urdimbre 3

Urdimbre 4

Urdimbre 5

Figura 10. Grafico fuerza vs desplazamiento tela 2:2 en sentido de la

trama


desplazamiento tela 2:2 en sentido de la urdimbre

0

5001000

1500

20002500

3000

3500

40004500

5000

0 10 20 30 40 50

Desplazamiento (mm)

Fuer

za (N

)

Trama 1

Trama 2

Trama 3

Trama 4

Trama 5

0

100

200

300

400

500

600

700

0 10 20 30 40

Desplazamiento (mm)

Fuer

za (N

) Urdi mbre 1

Urdi mbre 2

Urdi mbre 3

Urdi mbre 4

Urdi mbre 5

Figura 12. Grafico fuerza vs desplazamiento tela punto cerrado en

sentido de la trama


desplazamiento tela punto cerrado en sentido de la urdimbre

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 50 100 150 200

Desplazamiento (mm)

Fuer

za (N

) Trama 1

Trama 2

Trama 3

Trama 4

Trama 5

0

100

200

300

400

500

600

700

0 50 100 150

Desplazamiento (mm)

Fuer

za (N

) Urdi mbre 1

Urdi mbre 2

Urdi mbre 3

Urdi mbre 4

Urdi mbre 5

18

Figura 14. Grafico fuerza vs desplazamiento tela punto abierto en sentido de la trama

0

50

100

150

200

250

300

350

0 50 100 150 200 250 300

Desplazamiento (mm)

Fuer

za (N

) Trama 1

Trama 2

Trama 3

Trama 4

Trama 5

En la tabla 4 se muestra el resumen de los resultados obtenidos, junto con sus respectivas desviaciones estándar, en los ensayos de tensión realizados a las telas fabricadas.

Tabla 4. Resultados de los ensayos de tensión en telas

Tipo de Tela Resistencia a tensión (N)

% Deformación

Energía (N.m)

1:1 Trama 4534 (450,5) 25,46 (5,72) 47,32 (8,75)

1:1 Urdimbre 523 (116,06) 10,98 (1,86) 3,50 (1,32)

2:1 Trama 4115 (262) 13,44 (2,96) 43,7 (0,56)

2:1 Urdimbre 623,6 (124,23) 10,56 (1,28) 3,83 (1,14)

2:2 Trama 3800 (764) 13,86 (3,10) 43,17 (9,14)

2:2 Urdimbre 508,4 (121) 9,6 (1,01) 4,05 (1,47)

Punto cerrado Urdimbre 556 (56,07) 143,4 (13,12) 21,9 (3,63)

Punto cerrado Trama 588 (98,83) 189 (14,44) 38,6 (7,38)

Punto Abierto Urdimbre 263,6 (23,28) 305 (34,78) 19,38 (4)

* Desviación estándar en paréntesis

2.3. ANÁLISIS DE RESULTADOS En los tejidos planos la resistencia a la tensión y energía absorbida en dirección de la trama son entre 8 y 10 veces mayores a las obtenidas en la dirección de la urdimbre. Esto se debe en parte a la diferencia de densidad de hilos que hay sin embargo, la diferencia de cantidad de hilos entre las dos direcciones es de

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alrededor de cinco por lo que deben existir otros factores que influyan en esta diferencia. No hay una diferencia considerable entre las resistencia de los tejidos de punto en las dos direcciones, sin embargo la dirección de la trama absorbió un poco mas de energía. Esta diferencia se puede deber a que en la dirección de la trama cuando el tejido esta templado, el hilo esta siendo cargado directamente a tensión mientras que si el tejido es cargado en la otra dirección el hilo no va a estar cargado directamente perdiendo rigidez. Los tejidos planos, presentan una resistencia a la tensión aproximadamente diez veces mayor, sin embargo el tejido de punto presenta un porcentaje de elongación en casi todos los casos de mas de 10 veces mayor al que presenta el tejido plano. Si comparamos las energías de deformación las diferencias son menores, del orden de dos para el tejido de punto abierto y para el caso del punto cerrado esta diferencia es menor que la desviación estándar por lo que virtualmente no hay diferencia. Las diferencias en comportamientos de los tejidos ensayados, de se deben a que en los tejidos planos, se cargan directamente los hilos lo que aumenta la rigidez de la tela, pero limita su capacidad de deformación a la del hilo, mientras que en los tejidos de punto, se carga primero el tejido y luego el hilo dándole a la tela una capacidad de deformación que depende del tamaño de la puntada, pero que en la mayoría de los casos incluido este, es mayor, sin embargo su rigidez es bastante menor.

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3. DISEÑO DE MATERIAL COMPUESTO

3.1. DISEÑO EXPERIMENTAL Con el fin de observar la influencia de los diferentes parámetros de las telas y encontrar una combinación óptima de estos parámetros para mejorar el comportamiento del laminado sometido a diferentes tipos de carga, se diseño un experimento mediante método de diseño robusto de Taguchi.

3.1.1. Factores de control Se seleccionaron como factores de control el tipo de tejido, y los tratamientos a aplicar sobre la tela, la tabla 5 muestra estos factores con sus respectivos niveles.

Tabla 5. Factores de control

Factor de Control Niveles

Tipo de Tejido Tejido Plano 1

Tejido de Punto 2

Tratamiento de Encolado Aplicado 1

No Aplicado 2

Tratamiento de Remoción de impurezas

Aplicado 1

No Aplicado 2

Tratamiento de Antimohos

Aplicado 1

No Aplicado 2 Tipo de tejido: Teniendo en cuenta los resultados de la sección anterior donde se caracterizaron los tipos de tejido y con el fin simplificar el diseño del experimento se redujeron los niveles del tipo de tejido a solo dos. En este caso el tejido plano utilizado fue el 1:1 y el tejido de punto abierto fue el seleccionado, este ultimo debido a la facilidad y velocidad de manufactura.

21

Tratamiento de encolado: Este tratamiento es aplicado sobre el hilo antes de ser tejido, y su objetivo es proteger al hilo durante este proceso, reduciendo la fricción y previniendo que el hilo de deshilache. En este caso el encolante usado fue carboximetilcelulosa (CMC) disuelta en agua al 1%, distribuido por Ciacomeq Ltda. Tratamiento de remoción de impurezas: Este tratamiento como su nombre lo dice consiste en remover la mayor cantidad de impurezas que tenga la tela y que puedan afectar la adherencia entre la fibra y la resina, además de remover el tratamiento de encolado y mejorar la apariencia de la tela. Este tratamiento consiste en colocar la tela en remojo con detergente para ropa durante aproximadamente una hora, para luego enjuagar y dejar secar al ambiente. Tratamiento de antimohos: Este tratamiento consiste en aplicar un producto químico el cual protege a la tela contra el crecimiento de hongos y mohos que puedan deteriorar su calidad. En este caso el producto aplicado fue Ciacogal disuelto al 0.1% en agua, el cual es fabricado y distribuido por Ciacomeq Ltda. La aplicación de este producto se realizo con una brocha sobre ambas caras de la tela. Después de seleccionados los factores de control se debieron tener en cuenta posibles interacciones entre ellos que pudieran afectar el comportamiento del laminado. En la tabla 6 se muestran las interacciones definidas y en la tabla 7 se muestran sus niveles los cuales dependen de los niveles de los factores involucrados.

Tabla 6. Interacciones de parámetros

Interacción

A. Tejido B. Remoción de impurezas

A. Tejido B. Antimohos A. Remoción de impurezas B. Antimohos

Tabla 7. Niveles de interacciones

Nivel

Parámetro A Nivel

Parámetro B Nivel

Interacción 1 1 1 1 2 2 2 1 2 2 2 1

22

Sumando los factores de control y las interacciones, tenemos en total siete factores de dos niveles cada uno. La tabla 8 corresponde al arreglo ortogonal seleccionado para estos factores, donde P1, P6, P3 y P4, corresponden a los parámetros de control enunciados anteriormente y las demás columnas P2, P5 y P7, corresponden a las interacciones mencionadas. En estas columnas el nivel 1 corresponde a la existencia de la interacción entre los parámetros y el nivel 2 corresponde a la no dependencia de los parámetros.

Tabla 8. Arreglo ortogonal de factores de control

# P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7

1 1 1 1 1 1 1 1

2 1 1 1 2 2 2 2

3 1 2 2 1 1 2 2

4 1 2 2 2 2 1 1

5 2 1 2 1 2 1 2

6 2 1 2 2 1 2 1

7 2 2 1 1 2 2 1

8 2 2 1 2 1 1 2

Como se enuncio en la sección 1 las filas de este arreglo ortogonal corresponde a las combinaciones que fueron ensayadas, como se puede notar son ocho y cada uno de los niveles esta presente en cuatro combinaciones.

3.1.2. Factores de ruido Después de seleccionados los factores de control, se seleccionaron los factores de ruido. En este caso solo existe un factor de ruido, el cual se refiere a la calidad de manufactura del laminado. Se dividió este factor en tres niveles que son: buena, regular y mala calidad. La evaluación de este factor se realiza de forma cualitativa observando los defectos que se presentan tanto en la tela, como en el laminado ya fabricado. La calidad de manufactura será buena si no se encuentran defectos aparentes ni en la tela ni el laminado. La evaluación será regular si de observan defectos en la tela y el laminado no presenta defectos o también en el caso contrario, mientras que la calidad se considerara mala si tanto la tela como el laminado presentan defectos visibles. La figura 15 muestra algunos de los defectos considerados en la evaluación de los factores de ruido. En las telas estos defectos pueden ser aperturas entre los hilos, nudos, hilos cortados entre otros, mientras que en los laminados básicamente se

23

buscan defectos que tienen que ver con insuficiencia en la impregnación de la resina, lo que se manifiesta en vacíos dentro del laminado y superficies irregulares, donde la tela queda expuesta.

Figura 15. Defectos de telas y laminados

La tabla 9 corresponde al arreglo ortogonal de los factores de ruido. Donde los niveles uno, dos y tres corresponden a calidad buena, regular y mala respectivamente.

Tabla 9. Arreglo ortogonal de factores de ruido

# Calidad

1 1

2 2

3 3

24

Los tres niveles del factor de ruido implican que para la realización del experimento por cada un de las combinaciones probadas, se harán tres repeticiones, para un total de veinticuatro pruebas por cada tipo de ensayo.

3.2. FABRICACIÓN DE LAMINADOS Para la realización de las pruebas se fabricaron laminados con los tipos de tela fabricados y resina de poliéster Cristalan 809, fabricada por Andercol S.A y distribuida por Unicor S.A. Se fabricaron paneles de seis capas de 20cm x 20cm, mediante laminado manual. Para este procedimiento se usaron dos placas de madera enchapada Madecor, las cuales sirven como base y parte superior del molde, una balanza y pesas. Después de preparados los elementos, se prepara la resina usando Mek Peroxido al 2% en masa como catalizador, en este caso para la fabricación de un laminado son suficientes aproximadamente 500g de resina y 10g de catalizador. Luego se coloca sobre una de las placas de Madecor, se esparce una delgada capa de resina con ayuda de una espátula, sobre esta capa de resina se coloca una capa de tela, sobre ella se esparce de nuevo una capa de resina y así hasta terminar las seis capas de tela colocando una ultima capa de resina. Después de esto se coloca la otra placa de Madecor sobre las telas y se colocan las pesas para hacer presión, en este caso se uso 5lb por cada capa. Se deja curar la resina durante aproximadamente doce horas para luego retirar el laminado. El laminado fabricado puede ser cortado con una sierra sin-fin para plástico para obtener otras formas. En la figura 16 se muestran algunas imágenes del proceso de fabricación.

Figura 16. Proceso de fabricación

25

En la tabla 10 se muestran explícitamente las combinaciones fabricadas, con sus respectivas fracciones en volumen de fibra (%Vf) las cuales oscilan entre el 34% y 48 %.

Tabla 10. Fracciones de volumen de las combinaciones fabricadas

# Combinación Tejido Encolante Remoción de impurezas Antimohos %Vf

1 Plano si si si 47 (2) 2 Plano no si no 43 (1) 3 Plano no no si 34 (0,5) 4 Plano si no no 39 (0,5) 5 Punto si no si 48 (1) 6 Punto no no no 43(7) 7 Punto no si si 36 (0,2) 8 Punto si si no 36(5)

* Desviación estándar en paréntesis

3.3. PRUEBAS MECÁNICAS En esta parte del trabajo se sometieron los laminados fabricados a pruebas de tensión, flexión e impacto tipo Izod. Todas las pruebas se llevaron a cabo en el laboratorio de condiciones controladas de la Universidad de los Andes, Las pruebas de tensión y flexión de realizaron empleando la maquina de ensayos universales INSTRON 5586, mientras que los ensayos de impacto se realizaron empleando la maquina de impacto TMI 43-1. Los resultados de estas pruebas se muestran a continuación.

3.3.1. Pruebas de tensión Las pruebas de tensión fueron realizadas bajo la norma ASTM D 3039, con probetas rectangulares de 175mm x 25mm, con una distancia entre mordazas de 100mm y una velocidad de carga de 5mm/min. En la figura 17 se aprecia el montaje de esta prueba. En las figuras 18 a 25 se muestran las curvas esfuerzo contra deformación obtenidas en las pruebas realizadas.

26

Figura 17. Montaje prueba de tensión

Figura 18. Grafica Esfuerzo vs Deformación a tensión combinación

1


2

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

0 0,05 0,1 0,15 0,2

Deformacion (mm/mm)

Esfu

erzo

(Mpa

)

Probeta 1

Probeta 2

Probeta 3

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

0 0,05 0,1 0,15 0,2

Deformacion (mm/mm)

Esfu

erzo

(MP

a)

Probeta 1

Probeta 2

Probeta 3

27


3


4

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12

Deformacion (mm/mm)

Esfu

erzo

(Mpa

)

Probeta 1

Probeta 2

Probeta 3

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12

Deformacion (mm/mm)

Esfu

erzo

(Mpa

)

Probeta 1

Probeta 2

Probeta 3


5


6

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

0 0,01 0,02 0,03 0,04

Deformacion (mm/mm)

Esfu

erzo

(Mpa

)

Probeta 1

Probeta 2

Probeta 3

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03

Deformacion (mm/mm)

Esfu

erzo

(Mpa

)

Probeta 1

Probeta 2


7


8

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

0 0,01 0,02 0,03 0,04

Deformacion (mm/mm)

Esfu

erzo

(Mpa

)

Probeta 1

Probeta 2

Probeta 3

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05

Deformacion (mm/mm)

Esfu

erzo

(Mpa

)

Probeta 1

Probeta 2

28

En la tabla 11 se muestra el resumen de los resultados obtenidos, junto con sus respectivas desviaciones estándar, en los ensayos de tensión realizados a los laminados fabricados.

Tabla 11. Resultados de los ensayos de tensión en laminados

# Combinación Esfuerzo Max a tensión (Mpa)

Modulo de elasticidad (Mpa) % Deformación Tenacidad

(MJ/m3)

1 17,24 (6,23) 599,67 (110,59) 13,03 (2,36) 1,55 (0,72)

2 42,54 (7,34) 1190,66 (172,62) 13,33 (4,74) 3,70 (0,34)

3 42,22 (2,22) 1248,04 (28,94) 8,78 (0,81) 2,6 (0,15)

4 50,68 (4,86) 1460,18 (231,36) 8,52 (1,05) 2,89 (0,72)

5 4,38 (0,67) 381,11 (83,199 3,02 (0,68) 0,08 (0,03)

6 4,33 (0,77) 318,96 (54,23) 2,76 (0,03) 0,07 (0,01)

7 6,01 (0,15) 302,20 (130,84) 3,09 (0,41) 0,09 (0,01)

8 1,76 (0,09) 72,85 (18,18) 2,77 (2,36) 0,02 (0,03)

* Desviación estándar en paréntesis Después de realizadas la pruebas de tensión y procesados los datos obtenidos, se calculan los valores de la función señal sobre ruido para la tenacidad de cada una de las combinaciones ensayadas. Los valores obtenidos para cada combinación se muestran en la tabla 12.

Tabla 12. Valores de S/N tenacidad a tensión por combinación

# S/N Tenacidad a tensión

1 5,25

2 15,99

3 16,36

4 10,64

5 -7,35

6 -4,36

7 -2,86

8 -16,19

Con los valores obtenidos en la tabla 12 se hayan los promedios de S/N para cada uno de los niveles de cada uno de los factores de control seleccionados, los valores obtenidos de muestran en la tabla 13, los niveles resaltados corresponden a los niveles con mayor promedio de función S/N, los cuales hacen parte de la combinación optima para carga a tensión.

29

Tabla 13. Promedios de S/N tenacidad a tensión por factor

Tejido Interacción Tejido vs Remoción de impurezas Remoción de impurezas

1 Plano 12,06 1 Existe 2,38 1 Aplicado 0,55 2 Punto -7,69 2 No Existe 1,99 2 No aplicado 3,82

Antimohos Interacción tejido vs

Antimohos Encolado 1 Aplicado 2,85 1 Existe 0,26 1 Aplicado -1,92 2 No aplicado 1,52 2 No Existe 1,28 2 No aplicado 6,28

Interacción Remoción de impurezas vs Antimohos

1 Existe 2,17 2 No Existe 2,67

La combinación optima para carga a tensión consiste en un laminado fabricado con telas de tejido plano, a las cuales se les aplica únicamente el tratamiento de antimohos.

3.3.2. Pruebas de flexión Las pruebas de flexión en tres puntos fueron hechas bajo la ASTM D 790, con probetas rectangulares de 127mm x 12.7mm. para el montaje el cual se puede ver en la figura 26, se uso una distancia entre apoyos de 75mm y se uso una velocidad de carga de 4 mm/min.

Figura 26. Montaje prueba de flexión

30

Las curvas esfuerzo vs deformación obtenidas para cada una de las combinaciones en las pruebas de flexión se muestran a continuación en las figuras 27 a 34.

Figura 27. Grafica Esfuerzo vs Deformación a flexión combinación 1


0

5

10

15

20

25

30

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

Deformacion (mm/mm)

Esfu

erzo

(MPa

)

Probeta 1

Probeta 2

Probeta 3

0

20

40

60

80

100

120

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

Deformacion (mm/mm)

Esfu

erzo

(MPa

)

Probeta 1

Probeta 2

Probeta 3



0

20

40

60

80

100

120

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

Deformacion (mm/mm)

Esfu

erzo

(MPa

)

Probeta 1

Probeta 2

Probeta 3

0

20

40

60

80

100

120

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12

Deformacion (mm/mm)

Esfu

erzo

(MPa

)

Probeta 1

Probeta 2

Probeta 3



0

2

4

6

8

10

12

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

Deformacion (mm/mm)

Esfu

erzo

(MPa

)

Probeta 1

Probeta 2

Probeta 3

0

5

10

15

20

25

0 0,1 0,2 0,3 0,4

Deformacion (mm/mm)

Esfu

erzo

(MPa

)

Probeta 1

Probeta 2

Probeta 3

31



0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12

Deformacion (mm/mm)

Esfu

erzo

(MPa

)

Probeta 1

Probeta 2

Probeta 3

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

Deformacion (mm/mm)

Esfu

erzo

(MPa

) Probeta 1

Probeta 2

Probeta 3

El resumen de los resultados obtenidos en estas pruebas de flexión junto con sus desviaciones estándar es presentado en la tabla 14.

Tabla 14. Resultados de las pruebas de flexión en laminados

# Combinación Esfuerzo Max a Flexión (Mpa)

Modulo de elasticidad (Mpa)

Deflexión máxima (m) % Deformación Tenacidad

(MJ/m3)

1 20,74 (6,31) 161,27 (45,88) 0,014 (0,001) 22,72 (3,23) 3,36 (1,56)

2 85,65 (29,04) 1091,93 (346,32) 0,010 (0,004) 16,04 (6,39) 8,73 (0,82)

3 92,87 (17,39) 1580,82 (222,83) 0,011 (0,004) 17,17 (6,65) 11,02 (3,26)

4 88,45 (15,70) 1715,69 (259,76) 0,0079 (0,0001) 9,54 (0,12) 5,43 (0,85)

5 6,13 (3,09) 22,54 (17,51) 0,0098 (0,0026) 26,31 (6,78) 0,95 (0,74)

6 17,14 (9,12) 117,12 (75,19) 0,0106 (0,0018) 30,24 (5,87) 2,24 (0,77)

7 37,42 (2,59) 782,96 (148,48) 0,0038 (0,0006) 9,49 (1,65) 1,71 (0,53)

8 13,29 (3,45) 13,49 (1,58) 0,0076 (0,0012) 21,06 (4,55) 1 (0,22)

* Desviación estándar en paréntesis Siguiendo el diseño del experimento se calculo la función S/N, para la tenacidad de cada una de las combinaciones ensayadas, estos resultados de muestran en la tabla 15. Con estos resultados de calcularon los promedios de S/N para todos los niveles de cada uno de los factores de control. En cada factor, el nivel que obtuvo el mayor promedio S/N corresponde al nivel óptimo para carga a flexión. En la tabla 16 se muestran los resultados de estos promedios y se resaltan los niveles con mayor promedio, ósea los que hacen parte de la combinación optima.

32

Tabla 15. Valores de S/N tenacidad a flexión por combinación

# S/N Tenacidad a Flexión

1 4,70

2 16,98

3 17,11

4 23,43

5 -9,74

6 -0,20

7 8,11

8 1,48

Tabla 16. Promedios de S/N tenacidad a flexión por factor

Tejido Interacción tejido vs Remoción

de impurezas Remoción de impurezas 1 Plano 15,554 1 Existe 2,934 1 Aplicado 7,81801 2 Punto -0,088 2 No Existe 14,013 2 No aplicado 7,64764

Antimohos Interacción tejido vs

Antimohos Encolado 1 Aplicado 5,044 1 Existe 5,771 1 Aplicado 4,9663 2 No aplicado 10,421 2 No Existe 9,694 2 No aplicado 10,4994


1 Existe 9,011 2 No Existe 6,454

Según el método aplicado el laminado optimo para carga a flexión deber ser fabricado con tejido plano, al cual se le debe someter a un tratamiento de remoción de impurezas.

3.3.3. Pruebas de impacto Dado que no hay una normativa especifica para impacto tipo Izod para materiales compuestos, para la realización de estas pruebas, se utilizo como guía la norma ASTM D 256 para este tipo de impacto en plásticos. Sin embargo hubo algunas modificaciones con respecto a la norma. Estas modificaciones consisten en la omisión de la ranura, ya que esta debilitaría gravemente el material y llevaría a resultados erróneos. Para esta prueba se utilizaron probetas rectangulares de 63mm x 12.7mm, las cuales fueron golpeadas con un péndulo de 30 lb. En la tabla 17 se muestran los resultados de energía absorbida y energía absorbida por unidad de área obtenidos en las pruebas.

33

Tabla 17. Resultados pruebas de impacto en laminados

# Energía (J) Energía x unidad de Área (J/m2)

1 22,66 (11) 111,72 (48,90)

2 19,41 (1,54) 118 (17,74)

3 25,28 (2,36) 139,76 (15,12)

4 20,58 (2,48) 147,86 (23,03)

5 3,16 (0,86) 14,27 (4,66)

6 3,52 (1,18) 13,35 (3,71)

7 6,61 (2,18) 24,54 (8,31)

8 5,59 (1,76) 22,10 (5,93)

* Desviación estándar en paréntesis En la tabla 18 se muestran los valores de S/N calculados para la energía por unidad de área de cada una de las combinaciones ensayadas.

Tabla 18. Valores de S/N energía x unidad de área en impacto por combinación

# S/N Energia x unidad de area

1 24,07

2 28,95

3 31,11

4 29,77

5 16,40

6 16,81

7 18,60

8 19,15

En la tabla 19 se muestran los promedios de S/N, calculados para cada nivel de los factores de control seleccionados, aparecen resaltados los niveles con mayor promedio en cada factor, los cuales corresponden, a los niveles que hacen parte de la combinación optima para cargas de impacto. El laminado que mejor comportamiento tendrá en impacto, es fabricado con telas de tejido plano. En este caso ningún tratamiento es aplicado sobre el tejido o el hilo.

34

Tabla 19. Promedios de S/N energía x unidad de área en impacto por factor

Tejido Interacción tejido vs Remoción

de impurezas Remoción de impurezas 1 Plano 28,475 1 Existe 21,55585 1 Aplicado 22,6924 2 Punto 17,74 2 No Existe 24,65897 2 No aplicado 23,5225

Antimohos Interacción tejido vs Antimohos Encolado 1 Aplicado 20,496 1 Existe 22,78517 1 Aplicado 22,3482 2 No aplicado 23,67 2 No Existe 23,42965 2 No aplicado 23,4296


1 Existe 22,31254 2 No Existe 23,90227

3.4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Los laminados fabricados tienen fracciones de volumen de fibra inferiores al 50 %, las cuales son propias de este método de manufactura, sin embargo para optimizar las propiedades de este laminado es necesario aumentar este porcentaje, lo cual se logra implementando un método de manufactura que permita tener un mayor control del volumen del laminado. Una alternativa es fabricar el material por medio de moldeo por transferencia de resina (RTM). Para el caso de las pruebas de tensión, la combinación de los tratamientos de encolado y remoción de impurezas, tiene un efecto negativo sobre el comportamiento del laminado, lo que se manifiesta en una disminución notable de las propiedades de los laminados que tienen esta combinación. Las deformaciones a tensión obtenidas son similares entre los laminados fabricados con telas de tejido de punto y telas de tejido plano, y no superan el 15%, mientras que las telas de tejido de punto a tensión, tenían porcentajes de deformación hasta del 300%, esto es un indicador de que la deformación depende en principalmente de la resina y no del tejido, sin embargo esto es una limitante para el tejido de punto, ya que este absorbe energía mediante deformación y se ve limitado por la fragilidad de la resina. Los tratamientos aplicados no presentan una influencia considerable sobre las propiedades de impacto, de ahí que la combinación optima no incluya la aplicación de ninguno de estos. Se puede observar, que en todas las pruebas realizadas, existe una marcada diferencia entre las resistencias de los laminados fabricados con tejido plano y los

35

laminados fabricados con tejido de punto. En el caso de las pruebas de tensión esta diferencia esta alrededor de diez, mientras que para los casos de flexión e impacto esta diferencia es menor. Teniendo en cuenta los resultados de las pruebas realizadas las telas, la diferencia obtenida en las pruebas de tensión es similar, mientras que en las otras pruebas esta diferencia es menor, por lo tanto el tipo de tejido tiene una mayor influencia en el caso de carga y tiene menor influencia para cargas a flexión y de impacto. El tratamiento de encolado, no se encuentra presente en ninguna de las combinaciones óptimas encontradas, esto implica que este tratamiento afecta negativamente las propiedades mecánicas del laminado. Posiblemente este tratamiento afecte la adherencia entre la fibra y la resina, causando que se desprendan fácilmente y el laminado falle.

36

CONCLUSIONES En un laminado de tela de fique con resina de poliéster, de entre los parámetros evaluados, el que tiene mas influencia sobre las propiedades del compuesto es el tipo de tejido, Este tiene una influencia considerable sobre la rigidez del laminado, sin embargo esta influencia es mayor en condiciones de tensión que en condiciones de flexión e impacto. En este caso el tejido con mejores propiedades fue el tejido plano. Para obtener más información y optimizar el laminado, Seria recomendable ensayar varios tipos de tejido planos y diferentes orientaciones con diferentes direcciones de carga. Dados los resultados de la pruebas realizadas de encontró, que existe influencia de los tratamientos aplicados sobre el comportamiento del laminado en los casos de carga a tensión y flexión, mas no en condiciones de impacto ya que en este ultimo no se requieren tratamientos en la combinación optima. Sin embargo se debe tener en cuenta que estos tratamientos, son diseñados para el uso habitual de la tela, es recomendable buscar tratamientos enfocados a la mejora de las propiedades mecánicas del material compuesto No hay una combinación que sea óptima para los tres tipos de carga ensayados, pues luego de la implementación del diseño experimental, Se encontraron tres combinaciones óptimas distintas, una para cada tipo de carga, teniendo en común la utilización de tejido plano en lugar de tejido de punto y la no aplicación del tratamiento de encolado.

37

BIBLIOGRAFÍA American Society for Testing and Materials ASTM método D 3776, “Standard Test Methods for Mass Per Unit Area (Weight) of Fabric” American Society for Testing and Materials ASTM método D 5035, “Standard Test Method for Breaking Force and Elongation of Textile Fabrics (Strip Method)” American Society for Testing and Materials ASTM método D 3039, “Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials” American Society for Testing and Materials ASTM método D 790, “Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials” American Society for Testing and Materials ASTM método D 256, “Standard Test Methods for Determining the Izod Pendulum Impact Resistance of Plastics” CONTRERAS María F., “caracterización mecánica de fibras e hilos de fique y análisis fractográfico de un material compuesto”, Bogota 2008, Trabajo de proyecto especial, Universidad de los Andes, Facultad de ingeniería, Departamento de ingeniería mecánica Dieter E George, “Engineering Design”. Third Edition McGRAW – HILL INTERNATIONAL EDITIONS. GOMMERS B., “Analysis of knitted fabric reinforced composites: Part I. Fibre orientation distribution” Composites Part A 29A (1998) 1579–1588 MIRANDA Ana, “Materiales compuestos estructurales reforzados con fique”, Bogota 2007, Trabajo de grado, Universidad de los Andes, Facultad de ingeniería, Departamento de ingeniería mecánica. PEIJS Ton, “Composites turn green,” e-polimers2002, No T 002, Publicado el 11 de febrero de 2002. QUIJANO Amparo, Tejeduría 1 y 2, Presentación de clase introducción a los textiles.

yan sanabria pinilla - repositorio.uniandes.edu.co

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