Materiales Compuestos Y Sus Procesos

MATERIALES COMPUESTOS

ANTECEDENTES

En años recientes los materiales compuestos estructurales, han asumido un rol importante en el mundo.

La superior perfomance y resistencia a la rotura, a la corrosión y al agua, junto al desarrollo de una tecnología avanzada, han permitido crear una nueva industria, la de los materiales compuestos, con un creciente número de aplicaciones, en distintos campos aprovechando las propiedades de los materiales, substituyendo a materiales convencionales o posibilitando nuevas aplicaciones.

Aprovechando sus propiedades dieléctricas, bajo peso y gran resistencia se los encuentra en la industria de la electricidad en borneras, cajas, postes y torres de distribución de energía, columnas de iluminación, llaves, gabinetes de motores, escaleras dieléctricas, aisladores orgánicos, etc. Aprovechando su gran resistencia y bajo peso se lo encuentra en la industria del: transporte en carrocerías, interiores de transportes colectivos, partes de automóviles, carrocerías frigoríficas etc., en la industria aeroespacial en fuselaje de aviones, interiores de aeronaves, antenas parabólicas, radares, etc., en la industria de la construcción en fachadas de edificios, techos, pasamanos, puentes peatonales, perfiles de ventana, puertas, cañerías, Su resistencia a la corrosión lo hace ideal para estructura de galpones, techados, canaletas de desagüe, pisos, bateas, tanques, cañerías en las industrias con materiales corrosivos.

PULTRUSION

La pultrusión es un proceso automático de fabricación de materiales compuestos de perfiles continuos de sección transversal constante. Se aplica a materiales no homogéneos o a una combinación de materiales (compuestos). El proceso consiste en pasar a través de una matriz o hilera , el refuerzo de fibra de vidrio, en sus distintas formas y cantidades de acuerdo al diseñó de cada pieza, y a su vez la inyección de los otros componentes (resinas y aditivos), en la cámara de inyección que posee la matriz de pultrusión.

De esta manera, mediante un proceso complejo de balance de las distintas variables (resina, catalizadores, temperatura, aditivos, cargas, y velocidad de trabajo), se procede a integrar la fibra de vidrio que le confiere a los perfiles, propiedades mecánicas superiores a aquellas de los materiales clásicos. La parte polimérica, se formulará de manera de satisfacer las exigencias estructurales, químicas, ignífugas, eléctricas, anticorrosivas y ambientales más estrictas.

Las posibilidades de concepción son muchas, y los compuestos pultruídos presentan todas las características de los productos compuestos, relación resistencia - peso ideal, resistencia a la corrosión, aislaciòn eléctrica, y estabilidad dimensional. Es posible realizar las formas más complejas de perfiles abiertos o cerrados, en los cuales todas las caras, internas y externas son lisas y presentan una terminación de superficie.

PROCESO DE FABRICACION

El proceso de pultrusiòn comprende seis elementos claves:

1) Sistema de tratamiento de refuerzo y tipo.

a) bobinas de roving

b) rollos de mat

c) tejidos de roving

d) rollos de velo de superficie

2) Preformado de todos estos elementos

3) Inyección de polímero

4) Hilera o matriz (de acero cromada de alta precisión

5) Dispositivo de tiraje

6) Sierra de corte

La velocidad de producción, depende de la composición del compuesto y de la complejidad del perfil y se encuentra entre 0,3 metros y 1,5 metros por minuto. El movimiento de salida del perfil se obtiene mediante un tren alternativo hidráulico que le confiere un movimiento de tracción continua.

La calidad de los perfiles se obtiene a partir de la relación de todas las variables críticas del proceso y de la exacta medición de las mismas.

Las principales variables del proceso de pultrusiòn son :

1) La temperatura de polimerización en la hilera (relación de temperatura del perfil a lo largo de la matriz)

2) Velocidad de tiraje

3) La reactividad de la formulación de la resina ( que depende del tipo, de los aditivos y de los iniciadores)

4) Los tipos y concentración de fibra de vidrio

5) La temperatura inicial de la formulación (relacionada principalmente a la viscosidad)

6) La presión interna (presión del perfil relacionada a la longitud de la hilera)

Durante la producción, dos variables, la temperatura de la hilera y la velocidad de tiraje, son directamente medidas y controladas en la línea que juntamente con el control de viscosidad de la resina y el control de la dureza a la salida de la matriz nos permiten asegurar las características del material.

DISEÑO

El diseño estructural de materiales compuestos no es exactamente igual al diseño con materiales convencionales ya que el comportamiento de los materiales compuestos depende no solo de los porcentajes de los componentes sino también de su distribución en el perfil. Las diferentes capas actúan en conjunto pero también es importante la interacción entre las mismas y los esfuerzos a que cada una está sometida. _____________________________________________________________________________

Pultrusión

Existe una gran variedad de procesos para la fabricación de composites, en general, consiste en colocar el refuerzo impregnado con una resina termoestable en la forma y dirección requeridas para que se consigan unas determinadas características. Siempre, el compuesto final tendrá unas propiedades superiores a los componentes por separado.

La pultrusión es un proceso continuo, automático y de molde cerrado, especialmente diseñado para altos volúmenes de producción, en cuyo caso es económicamente muy rentable. Básicamente consiste en tirar de los refuerzos impregnados con resina y el correspondiente sistema catalítico, a través de un molde a alta temperatura, de tal manera que se produce el curado de la resina en su interior y se obtienen perfiles de sección constante con la geometría del molde. Los refuerzos son impregnados con la resina mediante un baño de resina situado a la entrada del molde o por inyección de ésta en el interior del molde.

El proceso de pultrusión se utiliza para la obtención de piezas sólidas o huecas de sección constante, sustituyendo así a materiales tradicionales como son el acero, el hormigón o la madera. Una de las principales características de este proceso es la gran variedad de materiales que se pueden utilizar diferentes tipos de resinas, fibras, cargas, etc.) cubriendo un amplio espectro de propiedades del composite final.

Más del 90% de los productos fabricados mediante pultrusión son de fibra de vidrio-poliéster. Cuando se requiere una alta resistencia a la corrosión se usan resinas de viniléster. Si es una combinación de altas propiedades mecánicas y eléctricas se usan las resinas de epoxi y cuando se necesitan combinar una alta resistencia a la temperatura y altas propiedades mecánicas se usan las resinas epoxi combinadas con fibras de aramida o de carbono

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

La pultrusión es un proceso utilizado para la producción de tramos continuos de formas estructurales de plásticos reforzados con fibra. Las materias primas incluyen una mezcla de resina líquida (que contiene resinas, cargas y aditivos especializados) y fibras de refuerzo. El proceso consiste en tirar de estas materias primas (en lugar de empujar, como es el caso de extrusión) a través de una matriz de acero caliente, para formar, usando un dispositivo de tracción continua. Los materiales de refuerzo son suministrados en forma continua, tales como, rollos de fieltro de fibra de vidrio (mat) y/o hilos de fibra de vidrio (roving).

Refuerzos

Los refuerzos son saturados con la mezcla de resina ("wet-out") en la impregnación de resina y tirados a través de la matriz. La gelificación (o endurecimiento) de la resina se inicia por el calor del dado. El perfil rígido curado, formado se corresponde con la forma del dado.

Mientras que el diseño de la máquina de pultrusión varía con la geometría de la pieza, el concepto básico del proceso de pultrusión se describe en el siguiente esquema.

Elementos del proceso de pultrusión

Dispensador de refuerzo

Este consta de nasas o estanterías de hilo, dispensadores de fieltro y el velo. En algunos casos se pueden usar también bobinadoras o trenzadoras si la trama de refuerzo axial es necesaria.

Impregnador de resina

Esto puede consistir en un baño de resina simple o de un dispositivo de impregnación con a presión o vacío.

El impregnador de resina satura (humedece) el refuerzo con una solución que contiene la resina, cargas, pigmentos y catalizadores, además de los otros aditivos necesarios. El interior de impregnador de resina es cuidadosamente diseñado para optimizar el "wet-out" (saturación completa) de los refuerzos.

Dado de preformado o preformador

Estos sirven de guía para que el refuerzo impregnado adopte la posición correcta, quite el exceso de resina, ofrecer pre-compactación aproximado del perfil con el fin de ayudar a la eliminación del aire, humedad y para reducir la presión en la matriz principal. Los materiales comúnmente utilizados para la formación de guías son: teflón, polietileno de ultra alto peso

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