Infome Practico de Compuestos

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  • 8/19/2019 Infome Practico de Compuestos

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    Grupo 7-8 Materiales industriales

    Informe practico de materiales compuestosMateriales industrialesFaolain chaparro

    Grupos 7-8 (fibra de vidrio-resina de poliéster)

    Resinas de poliéster (MT1)

    Las resinas de poliéster son líuidas a temperatura ambiente ! pueden ser llevadas a estados"lido# en el caso de las resinas pre-aceleradas# por la adici"n de un catali$ador% ! pararesinas no pre-aceleradas un acelerador ! un catali$ador& Las resinas se presentan enforma de pl'sticos termo-estables ue son los ue se emplean en los materialescompuestos& Los pl'sticos termoestables son auellos ue necesitan un aente eterno(catali$ador) para cambiar su estructura en otra diferente% una ve$ producida# esta no

     puede volver a su estado anterior# a diferencia de los pl'sticos termopl'sticos&Los materiales compuestos son auellos ue oriinalmente eran dos o m's ! por medio de

    diferentes procesos se convierten en uno# siendo sus propiedades finales diferentes delos materiales oriinales& *+emplo claro de esto es el laminado de fibra de vidrio conresina de poliéster& *isten diferentes clases de resinas entre las cuales se encuentranresinas de poliéster# vinilester ! ep"ica& ,on diferentes características en cada una deellas& *ntre las resinas de poliéster podemos encontrar como las m's comunes lasortoft'lticas ! las isoft'lticas& .re-aceleradas ! no pre-aceleradas (vírenes)&

    • /rtoftalticas 0e uso eneral en ambientes no aresivos&• Isoftalticas 1uen desempe2o mec'nico# resistente al aua ! a aentes uímicos&• Isoftalticas con neopentillicol (I3/-4.G) alta resistencia uímica ! al ambiente&

    Endurecimiento de las resinas*l proceso de transformaci"n de estado líuido a s"lido se llama curado# polimeri$aci"n o

    endurecimiento ! viene acompa2ado de una reacci"n eotérmica (ue desprendecalor)& *ste cambio de estado no se presenta inmediatamente se adicionan los

     promotores de curado (acelerador ! catali$ador)# es una reacci"n ue ocurre a medidaue transcurre el tiempo ! 3e enera de forma radual# pasando de estado líuido aestado elatinoso (conocido como estado o tiempo de el) ! finalmente ha estados"lido& *n las resinas de poliéster el acelerante o acelerador se llama octoato de

    cobalto ! el catali$ador se llama me5 (metil-etil-cetona) per"ido&Los principales factores ue intervienen en el proceso de curado son

    • *l tipo ! referencia de resina empleada&• La temperatura ambiente# la ma!oría de las resinas no curan a temperaturas inferiores

    a 6,&• La naturale$a ! cantidad de catali$ador ! acelerador& 9 ma!or cantidad de ambos#

    menos tiempo de elificaci"n&• La naturale$a ! cantidad de las caras& 3i estas son elevadas retrasan el curado&• La humedad relativa& *s necesario mantener una humedad relativa entre : ! el ;:

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    • *l eceso de eposici"n al sol&• *l incremento de la temperatura del proceso# la cual reduce el tiempo de elificaci"n&

    9 temperatura ambiente no se debe sobrepasar los =7>, por cuestiones puramentel"icas&

    • *spesor del laminado# cu!o aumento disminu!e el tiempo de elificaci"n&

    9dem's de lo antes mencionado ha! ue tener en cuenta lo siuiente ?odas las resinas de poliéster disponen de una ho+a de seuridad# adem's de una formulaci"n específica oficha técnica en la ue se menciona# entre otros# la cantidad de catali$ador ! de ser necesario la cantidad de cobalto# si permite o no la utili$aci"n de estireno ! en ué

     porcenta+es& *n el caso de las resinas pre-aceleradas# es posible encontrar (dependiendo del lote de fabricaci"n o de la empresa ue la produce) ue la cantidadde cobalto no sea siempre la misma# lo cual hace difícil la tarea de prever un tiempode el ! de curado se@n la cantidad de catali$ador ue ha!a ue adicionar ! seconvierte en decisi"n del eperto en resinas por medio de cheueo visual decidir el

     porcenta+e de catali$ador !Ao acelerador tomando como base las recomendaciones delfabricante# adem's de todos los factores auí mencionados& /tro factor a tener encuenta# es ue las resinas tienen un tiempo de vida# ! desde su fabricaci"n# pasando

     por el proceso de distribuci"n hasta llear al consumidor final puede haber pasado untiempo considerable ue afecta la calidad ! viscosidad de la resina# adem's el luar !la temperatura de almacenamiento pueden influir en forma neativa&

    Bna ve$ se ha destapado un recipiente ue contiene resina ! comien$a a utili$arse# debeastarse en el menor tiempo posible# de lo contrario es posible ue dicha resina pierda

     propiedades de mane+o ! características en el producto final& *l molde es otroelemento importante a considerar# éste puede interferir en la buena reali$aci"n de un

    vaciado de resina de muchas formas# !a sea por humedad de éste# temperaturadiferente a la recomendada# puntos de amarre# volumen ! hasta la forma de la pie$a aser vaciada# !a ue la eotérmica de la resina cambia ! puede enerar fracturas enésta& Las resinas de poliéster son líuidas a temperatura ambiente de = a =; rados !

     pueden ser llevadas a estado s"lido# por la adici"n de un catali$ador siendo un reactor ! acelerador de moléculas en cual ase ue este aumente de temperatura llev'ndola aestado líuido

    La resina de poliéster# en su orien# es similar a un tro$o de vidrio& .or ello# se le a2ade para un me+or mane+o una proporci"n de C*stirenoD# un disolvente ue la convierte enese fluido ue todos conocemos& 9l a2adirle catali$ador# la combinaci"n crea una

    serie de radicales libres ue provocan ue los elementos uímicos de la resina seenlacen# formando una red cada ve$ m's tupida ue# en una primera fase# hace ue seelifiue# !# finalmente# se endure$ca& 9l haberse aplicado sobre la fibra de vidrio# leda estructura# dure$a# cuerpo ! resistencia& ?iene una ebullici"n inferior a los > ,(3u disolvente ue es el estireno tiene un punto de inflamaci"n de EE> por ello es mu!recomendable uardar las resinas le+os de cualuier foco inflamable&

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    Preparando la resina de poliéster

    *n un recipiente limpio ! preferiblemente descartable se vierte una cantidad de resina ! se le area !me$cla el catali$ador en una relaci"n del 6#; < al =< dependiendo de la temperatura&  9 mascalor menos catali$ador !a ue con una temperatura alta ! mucho catali$ador la me$cla

    reaccionaria mu! r'pido ! tendríamos poco tiempo para aplicarla antes de ue elatificar'&a! ue tener en cuenta ue una ve$ a2adido el catali$ador la reacci"n se inicia ! el tiempode utili$aci"n del material comien$a una cuenta reresiva ue finali$ar' con la polimeri$aci"ndel producto& *l tiempo de traba+o es de aproimadamente de 6 a 6; minutos# por lo ue nose debe me$clar m's cantidad de la ue pueda utili$ar en ese tiempo& (*s aconse+able preparar  peue2as cantidades hasta familiari$arse con el producto)&

    en la pr'ctica& Hcomo calculamos las cantidades de esta me$cla & *isten dos maneras# por volumen ! por peso&

    .or volumen (Jecomendada)&

    Los peue2os recipientes del catali$ador tienen marcadas una líneas indicando el volumen ue ha!entre ellas& (*+& 9sí en el potecito puede indicar la cantidad de catali$ador entre dos líneaseuivale a ; cc& )& .ara una ma!or precisi"n mediremos la cantidad con una +erinuilla o una peue2a probeta de vidrio& *n el potecito también nos indica el porcenta+e recomendado por el fabricante del producto& 3uponemos ue vamos a utili$ar = c&c& de resina (ue es lo uecabe en un vaso de pl'stico) ! el fabricante recomienda una relaci"n del =

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    • .alito de helado• *lementos de protecci"n personal

    (Guantes ! tapabocas)&

    PRO$E%ME&TO#

    .ara este procedimiento se utili$" un vaso desechable transparente de aproimadamente ==ml# al cual se introdu+o constantemente resina poliéster hasta alcan$ar una altura de 6cm dentro del vaso# una ve$ allí# se adicionaron 6 otas de catali$ador ! una de otade tinta a$ul# se me$cl" usando un palito de helado ! finalmente se lor" una me$clahomoénea ( tiempo de me$clado aproimado de dos minutos a velocidadconstante)&

      *n vista de ue la resina poliéster efect@a su proceso de transformaci"n naturalmentelueo de ser aplicado el acelerante ! el catali$ador# simplemente se de+" la me$cla atemperatura ambiente# en un luar ventilado para ue endureciera&

    O'"ERA$O&E"#

    -0urante el proceso de transformaci"n (curado) de la resina# hubo una reacci"n eotérmica# lacual ener" ue el material aumentara su temperatura ! causara lieras deformacionesen el vaso de pl'stico&

    -*n todas las etapas del proceso se evidenciaron fuertes olores provenientes de la me$cla&

    -*l tono de color ue uedara en la resina depende de ue tan disuelta uede la tinta en lame$cla&

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    PO!RETA&O (MT)

    C*s un polímero ue se obtiene mediante condensaci"n de bases hidroílicas combinadas condisocianatos& Los poliuretanos se clasifican en dos rupos# definidos por su estructura

    uímica# diferenciados por su comportamiento frente a la temperatura# ue son.oliuretanos termoestables o poliuretanos termopl'sticos& Los poliuretanostermoestables m's habituales son espumas# utili$adas como aislantes térmicos& *ntrelos poliuretanos termopl'sticos m's habituales destacan los empleados enelast"meros# pinturas# fibras tetiles# entre otros&D

    *l poliuretano& *s una resina sintética ue se caracteri$a por su escasa permeabilidad a losases# alta resistencia uímica# ecelente aislamiento eléctrico&3e obtiene por

     polimeri$aci"n de determinados compuestos ue contienen el rupo isocianato(4,/) con compuestos ue contenan el rupo hidroilo /-J& Los poliuretanosson resinas ue van desde las formas duras ! aptas para recubrimientos resistentes a

    los disolventes hasta cauchos sintéticos resistentes a la abrasi"n ! espumas fleibles&La obtenci"n de los poliuretanos se basa en la ran reactividad del enlace doble delrupo isocianato ue adiciona f'cilmente compuestos con hidr"enos activos enreacciones de condensaci"n como la siuiente /

    Las proporciones de isocianto ! poliol es de ;< ! ;< respectivamente para una "ptimareacci"n entre ellas ( buena celulaci"n ! estabilidad dimensional)# con una tasa decrecimiento ue depende de factores eternos como presi"n atmosférica# temperatura! me$cla continua de los compuestos&

     

    socianatoel isocianato es un rupo uímico con f"rmula -4,/& Los compuestos or'nicos ue

     presentan esta funcionalidad (J-4,/) son también denominados isocianatos& ,uandouna sustancia uímica presenta dos rupos isocianatos se denomina di-isocianato& Losisocianatos son productos de partida en diversos procesos uímicos# entre otros en laobtenci"n de los poliuretanos& 4o se ha de confundir el rupo isocianato con elcianato (-/-,4) ni con el isocianuro (-4,)&

    • Poliol

    *l poliol es un alcohol polihídrico con varios rupos hidroilo& La f"rmula uímica enerales ,n=nN=/n& Bn poliol es un carbohidrato ue contiene m's rupos hidroilo ueel a$@car al cual est' asociado& *l poliol es un polímero de cadena corta ue aporta ensus puntas rupos /& Jeciben el nombre de poliol por este car'cter de polímerocorto# no porue contenan necesariamente numerosas funciones alcohol& .or e+emplo# si un rupo hidroilo rempla$a al rupo cetona de una cetosa o al rupoaldehído de una aldosa se obtiene un alcohol de a$@car&

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    PROPE%A%E" %E! PO!RETA&O

    • Gran tolerancia a las elevadas presiones de cara• 9lta resistencia a os impactos por deformaciones• 9lta resistencia a la abrasi"n• Jano de temperatura de traba+o -:>, NO>,&•  9lta resistencia mec'nica&• 9lto poder amortiuador&• 1uena resistencia a los hidrocarburos• 3e puede fabricar en distintas dure$as ! colores• Jesistencia a aentes corrosivos• *levado poder térmico ! aislante# ba+o coeficiente de trasmisi"n del calor# menor ue

    los aislantes tradicionales (,orcho# fibra de vidrio# poliestireno epandido# etc&)&• 9islante continuo sin +untas elimina puentes térmicos• Impermeabilidad al aua (en alta densidad)• 0uraci"n indefinida• Jesistencia al fueo

    Marco metodológico Objetivos

    • *ntender las reacciones ue se eneran al formarse espumas de poliuretano&• 0istinuir los procesos b'sicos de fabricaci"n de espumas de poliuretano&• 0iferenciar los diferentes cambios en la viscosidad del material• 9prender sobre el comportamiento ue se tiene ! las propiedades de la espuma de

     poliuretano&

    M*TO%O

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    Grupo 7-8 Materiales industriales

    La me$cla de los dos componentes poliol e isocianato# ue son líuidos a temperaturaambiente# estos producen una reacci"n uímica eotérmica& *sta reacci"n uímica secaracteri$a por la formaci"n de enlaces entre el poliol ! el isocianato# una estructuras"lida# uniforme ! mu! resistente& 9dem's# el calor ue desprende la reacci"n puedeutili$arse para evaporar un aente hinchante ue rellena las cedillas ue se forman# detal modo ue se obtiene un producto s"lido# llamado poliuretano# el cual posee unaestructura celular# con un volumen mu! superior al ue ocupaban los productoslíuidos&

    MATERA!E"

    • aso desechable transparente de == ml (apro&)• aso desechable con un nivel de = cm de altura de isocianato• aso desechable con un nivel de = cm de altura de poliol• ?inta de color a$ul# nera# ro+a# morada•

    .alitos de helado• ?apa (baldosa)• *lementos de protecci"n personal

    (Guantes ! tapabocas)&

    Procedimiento+

    *n primer momento se adecua el luar en caso de derramamiento de material# colocandorecubrimiento en los luares de procedimiento en el caso ho+as de papel#

     posteriormente se euipan todo los elementos de seuridad personal# posteriormentese escoe una tapa de atore de 6#; cm de radio ! 8 mm de profundidad% en vista de

    ue la tasa de crecimiento al me$clarlo era desconocida# se procedía a hacer : intentosa diferentes alturas de la tapa para mirar su desempe2o# en el primer intento se llen" :mm de isocianato# otros : mm de poliol ! una ota de tinta del color a probar#

     posteriormente se disminu!" a E mm lueo# =mm ! a =#;mm# la tercer ! cuarta prueba se determin" ue se debía tapar e vaso para ue este se llenara adecuadamente&.osteriormente se de+aba solidificar moment'neamente de dos a ; minutos ! se leuita la tapa# ! se de+a curar entre = ! ; horas antes de comen$ar a traba+ar el material&

    O'"ERA$O&E"

    • La reacci"n no es inmediata ! nisiuiera al me$clarlo se enera una reacci"n en

    cadena# en promedio se demor" 6#; minutos entre ue se +untan los componentes !ue este comiencen a crecer la me$cla&

    • La reacci"n entre ue comien$a a crecer ! para de hacerlo depende mucho de lacantidad de componentes me$clados&

    • 3i la me$cla no es homoénea el material no es tan duro como debería ser# de echocualuier cantidad ecedente de cualuiera de sus componentes eneraba unadisminuci"n masiva de su dure$a&

    • La reacci"n eotérmica se hace evidente después de ue la me$cla comien$a a crecer ! no se detiene hasta dos o tres minutos después de ue de+a de crecer&

    • Mientras seca la me$cla esta es mu! pea+osa ! viscosa con ran facilidad moldeo

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    Grupo 7-8 Materiales industriales

    • Bna ve$ seca la me$cla es mu! difícil ue se caliente ! solo se puede traba+ar por disminuci"n en el volumen

    PO!RETA&O (RO"A)

     

    PO!RETA&O (A,!)

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    Grupo 7-8 Materiales industriales

     

    PO!RETA&O (&E-RO) 

    PO!RETA&O (MORA%O) 

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    .ibra de vidrio / resina de poliéster (MT)

    .ibra de vidrio

    Resistencia a la temperatura

    *l vidrio de clase * no puede derretirse realmente# pero a cambio se suavi$a# definiéndose su

     punto de ablandamiento como Pla temperatura a la ue una fibra con un di'metroentre #;; ! #77 mm de =E; mm de lonitud# se alara con su propia cara a una ratade 6 mmAmin cuando est' suspendida verticalmente ! se ha calentado a una tasa de ;Q, por minutoP& *l punto de deformaci"n se alcan$a cuando el vidrio tiene unaviscosidad de 6& *l punto de atenuaci"n (enfriamiento)# ue es la temperatura en laue las tensiones internas se reducen a un límite comercialmente aceptable de 6;minutos# est' determinado por una viscosidad de 6&

    Las fibras de vidrio son buenos aislantes térmicos debido a su alto índice de 'reasuperficial en relaci"n al peso& 3in embaro# un 'rea superficial incrementada la hace

    mucho m's vulnerable al ataue uímico& Los bloues de fibra de vidrio atrapan aireentre ellos# haciendo ue la fibra de vidrio sea un buen aislante térmico# conconductividad térmica del orden de #; RA(mST)7&

    PROPIEDADES DE LA FIBRA DE VIDRIO

    • Propiedades mecánicas: Alta resistencia a la compresión, fexión eimpacto.

    • i!ere"a: #u peso espec$%co es de 1.& a di'erencia del aluminio con unpeso de (.7 o del acero con un peso de 7.8

    • )i!ide" diel*ctrica: a %+ra no conduce electricidad, por eso se utili"a

    como aislante estructural.• s un excelente aislante de las altas temperaturas, impidiendo la

    trans'erencia de calor.• lexi+ilidad de diseo: a %+ra de /idrio se de0a moldear 'ácilmente

    permitiendo un !ran /alor est*tico 'uncional de los diseos.• )esistencia a la corrosión: a %+ra de /idrio no se oxida, es resistente a

    am+ientes a!resi/os.• Alta dure"a, 'ra!ilidad transparencia

    Marco Metodológico

    Objetivos

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    Grupo 7-8 Materiales industriales

    • 9prender hacer un material compuesto ( Fibra de vidrio - resina)• *videnciar propiedades ! características del proceso de creaci"n de fibra de vidrio -

    resina• /bservar características propias del proceso de la fibra de vidrio- resina

    Reali0ación .ibra %e idrio

    Materiales#

    • Jecipiente pl'stico

    • Jesina poliéster • ,atali$ador • ,olorante (?inta)• Molde (cuchara)• ?ro$os de fibra de vidrio• .ala de me$cla• 1rocha• *lementos de protecci"n (tapabocas# uantes)

    PRO$E%ME&TO

    3e toma el recipiente pl'stico donde se deposita la resina poliéster ! el catali$ar en iualescantidades# se ad+unta el colorante el cual nos brinda el color# se me$cla con una palahasta obtener una me$cla homoénea&

      3e cubre el molde (cuchara) con 6= tro$os de fibra de vidrio de dimensiones ; cmU ; cm# con una brocha se empie$a a untar la me$cla recubriendo la fibra de vidrio

     por completo& .or @ltimo se dispone a proceso de secado en un espacio abierto&

    O'"ERA$O&E"

    0urante el proceso de me$clado se percibieron fuertes olores uímicos ! una temperaturaconstante&

    .asadas = horas el material seca en su totalidad# obteniendo una superficie s"lida ! fuerte&

      3u superficie al ponerse en contacto con el material muestra una capa delada de resina&

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    mgenes del montaje

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    ,onclusiones

    • *n la creaci"n de materiales compuestos las reacciones eotérmicas con elevadastemperaturas son mu! comunes en el momento de Gelificaci"n ! curado del material&

    • Las propiedades del nuevo material se pueden observar a plena vista una ve$ comience lareacci"n pero solo hasta ue este cure se pueden contemplar a su perfecci"n

    • Las reacciones entre materiales de distintas características con su catali$ador o acelerador noes instant'nea pero tampoco se demora amucho en comen$ar a reaccionar 

    • .oseer un molde para ob+eto a recubrir para cada material compuesto es crucial en desarrollode la actividad# ofreciendo aplicaciones o solo apreciaciones educacionales&

    • *n vista del tiempo promedio de producci"n estas técnicas pueden ser aplicadas en masa en procesos productivos de prototipado # con resultados concisos ! traba+ables&

    • Los elementos de protecci"n ! de adecuamiento de las personas ! el luar respectivamenteson esenciales para el desarrollo de cualuiera de las técnicas para una eficiencia en el

    desarrollo de la técnica2E'3-RA.4A

    • Marco te"rico de la resina poliéster # tomado dehttpAAVVV&eafit&edu&coAserviciosAcentrodelaboratoriosAinfraestructuraAlaboratoriosA0ocumentsAGuia