Plásticos Reforzados Con Fibra De Vidrio

Introducción

Un plástico reforzado está constituido por una matriz de resina polimérica combinada con algún agente de refuerzo. La matriz polimérica permite la conformación del material, dándole cohesión, y las fibras de refuerzo confieren propiedades mecánicas como resistencia y rigidez. Las fibras de refuerzo más utilizadas en aplicaciones para ingeniería son las de vidrio y las de carbono, pudiendo recurrir para aplicaciones específicas las fibras de boro o aramida.

Normalmente el material compuesto está formado por la matriz polimérica y un solo tipo de fibras, de diferente tamaño (cortas, continuas) y disposición (unidireccional, trenzada), siendo menos común la combinación de fibras de distinta naturaleza (vidrio y carbono).

La utilización de los materiales compuestos se ha incrementado en diversos campos de la ciencia y la tecnología debido a su elevada rigidez y resistencia específica, bajo peso, buena resistencia al desgaste y la corrosión, estabilidad dimensional, excelente relación resistencia a fatiga/peso y propiedades direccionales, ofreciendo claras ventajas sobre los materiales convencionales como componentes resistentes o estructurales en un gran número de aplicaciones en los sectores de aeronáutica, automoción, construcción de máquinas y biomecánica. La mayor funcionalidad y la menor necesidad de mantenimiento son también dos razones adicionales para el desarrollo de estos materiales.

Las fibras de vidrio constituyen el refuerzo utilizado de forma mayoritaria debido a que reducen la tasa de expansión, incrementan el módulo de elasticidad, tienen características deseables como su alta rigidez y durabilidad y resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión y su bajo precio.

Los materiales compuestos de matriz polimérica se utilizan ampliamente en diversas estructuras como aeronaves, robots, máquinas y prótesis. Estas aplicaciones requieren de una alta calidad superficial, incluyendo exactitud y integridad superficial.

Procedimiento

Para construir las piezas en fibra de vidrio, previamente, se realizó la confección de un diseño, en nuestro caso fue un plato.

Primero se procedió a cortarla con las tijeras y en forma paralela se realizó la operación de mezclar el catalizador con la resina y el acelerante, lo cual debió realizarse rápidamente y con mucho cuidado, pues de lo contrario endurecería de forma dispareja, lo que ocasiona que la mezcla sea defectuosa.

En un clima caluroso se aconseja poner un poco menos de catalizador cosa contrario en clima frío.

La superficie de trabajo fue cubierta con abundantes capas de cera en forma pareja para facilitar su desmoldaje. Luego se colocó la fibra de vidrio y con una brocha se le aplico la mezcla poniendo más resina en cada operación, de forma que se moje completamente la fibra, cambiando de color, lo que indicará que está sumergida en la resina. Cuando se pica la fibra, se debe tener cuidado de ir sacando las burbujas de aire hacia los extremos, para que de esta forma quede completamente adherida entre las capas. Esto es lo que marca la diferencia entre un trabajo fino y uno burdo.

Las esquinas deberán hacerse con mayor precaución, pues es donde más se presentan las burbujas de aire. La fibra mientras más rica esté de resina quedará mejor, pero pesará más y una mala proporción de catalizador, provocará que quede quebradiza o flexible, poco catalizador y será pegajosa. Mientras la resina cura o cataliza, se genera calor, mayor cantidad de catalizador habrá más reacción química y por lo tanto se producirá mucho más calor en la pieza, lo cual si es excesivo, podría deformar y dañar la pieza. Por esa razón hay que cuidar mucho las proporciones de catalizador y acelerador.

Siempre existe calor en las piezas antes de fraguar. En ocasiones los sobrantes de resina que no se usan generan tanto calor en los botes de preparación que llegan hasta humear pues alcanzan temperaturas mayores a los 70 grados centígrados.

Posteriormente, se limpian los elementos utilizados en el proceso, como brochas con abundante acetona.

Una vez realizado este procedimiento, se deja en reposo por un lapso de tiempo de 48 horas y se procede a desmoldar para realizar el maquinado adecuado para la terminación superficial requerida de la pieza.

Materiales utilizados

En este laboratorio se utilizó:

Resina de poliéster: Es un polímero o plástico termoendurente. Esto significa que cuando endurece o polimeriza no puede volver a su estado original contrariamente a lo que ocurre con los termoplásticos que si son reciclables, como lo son el polietileno, el PVC, etc. Existen distintos tipos de poliésteres. Su diferente formulación los hace apropiados para distintos usos (náutica, carrocerías, tanques para productos químicos, estructuras autoextinguibles o resistentes al calor). Su combinación con la fibra de vidrio, utilizada como refuerzo, lo convierte en un poderoso material compuesto para realizar producción de piezas con un bajo número de copias. Por ello se adapta perfectamente a industrias de pequeña escala, diseños especiales, productos a medida, etc. En la formulación del poliéster intervienen un ácido dibásico (isoftálico, maleico, etc.) un glicol dietilén glicol, propilén glicol, etc.) y un monómero (monómero de estireno o monómero de metacrilato).

Catalizador: (Peróxido de Metil-Etil-Cetona) aplicado al 2 %. Sustancia altamente reactiva e inflamable, en este caso se utilizó Peroxido MEK.

Acelerante: Octoato de cobalto, no es tan necesario, sin embargo, se utiliza eficientemente para disminuir tiempos en el proceso.

El porcentaje de acelerante varia de acuerdo a la temperatura ambiente:

15º...........4%

20º...........3%

25º...........2%

30º...........1%

Fibra de vidrio: Colchoneta y/o Tela marina – Petatillo, lo que dependerá del tipo de trabajo y capas que se vayan a aplicar. En ambos casos, su espesor y peso se encuentran clasificados por onzas. Se utilizó una del tipo multifuncional.

Cera desmoldante: Neutra o especial para desmoldar piezas de fibra de vidrio y esponja para la aplicación de la película.

Brochas: Para la aplicación de la mezcla.

Cubetas o recipientes plásticos: Para la preparación de la resina.

Tijeras: Para cortar la fibra de vidrio.

Protecciones y elementos de seguridad:

Guantes plasticos, delantal y mascarilla.

CONSIDERACIONES Y PRECAUCIONES:

Hay que tener en cuenta y con especial interés lo siguiente.

Las sustancias son de difícil manejo además de inflamables, en especial en el caso del CATALIZADOR (Peróxido de Metil-Etil-Cetona), pues es altamente volátil y reactivo, mismo que no se puede dejar al sol o calor extremo, además de que tiene una vida útil aproximada de un mes a mes y medio, lo cual a su vez lo convierte aún más reactivo. Esto se puede confirmar si a trasluz, si se observan dos partes de líquido (como agua y aceite), lo que quiere decir, que ya no es útil. Aunque en mi experiencia me he encontrado con catalizadores que han servido después de seis meses.

Por esa razón cuando se adquiera material hay que marcarlo con la fecha de compra.

NUNCA POR NINGUN MOTIVO deberán mezclarse el CATALIZADOR y EL AZUL COBALTO (ACELERADOR) pues estos reaccionan violentamente.

El Azul Cobalto es lo que preacelera o provoca el tiempo de GELADO en la resina, esto quiere decir que es lo que causa que la resina se ponga más viscosa o gelatinosa y a mayor cantidad de AZUL COBALTO en la proporción de la resina, mas gelatinosa y espesa será y catalizará más rápido también.

Hay otras cosas que se utilizan para diluir la RESINA como el MONOMERO (que se utiliza para casos muy específicos), pero a mayor dilución la resina pierde muchas de sus propiedades. Por esa razón es aconsejable usar RESINAS PREPARADAS o PREACELERADAS, en las que no hay que hacer nada más que catalizarlas en el momento de aplicarlas.

Los catalizadores viejos, no deben vaciarse en coladeras, fregaderos, etc., por que pueden reaccionar con lo que contengan los drenajes como jabón, u otras sustancias químicas. Se recomienda hacer un hoyo en la tierra vaciarlo ahí y quemarlo cuando su vida útil acabe o residuos viejos. Se aconseja no almacenarlo.

Técnicas empleadas para la obtención de elementos mecánicos a base de plásticos reforzados con fibras

Los sistemas de fabricación de los plásticos reforzados son relativamente numerosos y dependen no sólo de las dimensiones, de la forma y de la terminación superficial del elemento a producir, sino también de las características mecánicas de éste y del programa de fabricación, o sea de la cantidad de piezas que deban producirse y del ritmo de trabajo previsto.

Ningún elemento en PRFV puede, en efecto, ser producido en condiciones técnicas y económicamente convenientes si el sistema de fabricación no es exactamente el que corresponde a las necesidades del caso específico y sin un suficiente conocimiento de las propiedades que se refieren para las piezas terminadas.

Los distintos métodos de producción

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