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Propiedades y Aplicaciones de Polímeros Reforzados con Fibras Sintéticas y Naturales, Apuntes de Materiales

Una detallada descripción de los polímeros reforzados con fibras, conocidos como frp (fiber reinforced plastics). Se abordan los componentes básicos de estos materiales compuestos: la matriz resinosa y el refuerzo de fibras. Se explica cómo se fusionan para crear un material con propiedades superiores, donde la función estructural principal se desarrolla en el refuerzo de fibras, mientras que la resina desempeña tareas complementarias. Se incluyen información sobre las propiedades mecánicas de las matrices y las fibras naturales y sintéticas, así como sus aplicaciones en diferentes industrias.

Tipo: Apuntes

2020/2021

Subido el 22/03/2021

Chasemus
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POLÍMEROS REFORZADOS CON FIBRAS SINTÉTICAS Y NATURALES
Los polímeros reforzados con fibras, denominados FRP (Fiber Reinforced
Plastics), se destaca por su composición basada esencialmente en dos elementos:
1. La matriz resinosa: que puede ser de resina de poliéster o algún otro tipo como
epoxi, poliuretano, acrílica, etc.
2. Un refuerzo: Fibras o tejidos de vidrio o de carbono, etc.
Cada elemento, poseyendo su identidad propia y definida, se fusionan para formar
este nuevo material, el cuál posee propiedades superiores, en la cual en este
material compuesto avanzado su función estructural está desarrollado
principalmente por el refuerzo constituido por las fibras, mientras que la resina
desarrolla tareas estructurales complementarias, absorbiendo y distribuyendo
(gracias a la circulación de la matriz entorno a las fibras) los golpes y/o empujes.
Como ya se mencionó, las fibras son las responsables de brindarle las
propiedades estructurales al material compuesto debido a que su rigidez y
resistencia es mucho mayor que la de la matriz. Las fibras empleadas propiamente
como refuerzo consisten en fibras pequeñas, continuas y con una direccionalidad
dada.
La matriz de un material compuesto se encarga de proteger las fibras contra la
abrasión y la corrosión ambiental, mantiene las fibras unidas y distribuye la carga
entre ellas. Esta puede ser del tipo termoendurecible (tipo más común) o
termoplástico. Los materiales termoendurecibles son materiales originalmente
suaves que al recibir calor se convierten en sólidos insolubles; una acción que no
es reversible. Por el otro lado, los materiales termoplásticos se comportan como
un líquido cuando se les transfiere calor. La matriz utilizada influye grandemente
en muchas de las propiedades mecánicas del material tales como su módulo y
resistencia transversal y sus propiedades de cortante y compresión. Los tipos de
matrices más comunes son las resinas epóxicas, el poliéster y el viniléster.
Polímeros reforzados con fibras naturales
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POLÍMEROS REFORZADOS CON FIBRAS SINTÉTICAS Y NATURALES

Los polímeros reforzados con fibras, denominados FRP (Fiber Reinforced Plastics), se destaca por su composición basada esencialmente en dos elementos:

  1. La matriz resinosa: que puede ser de resina de poliéster o algún otro tipo como epoxi, poliuretano, acrílica, etc.
  2. Un refuerzo: Fibras o tejidos de vidrio o de carbono, etc. Cada elemento, poseyendo su identidad propia y definida, se fusionan para formar este nuevo material, el cuál posee propiedades superiores, en la cual en este material compuesto avanzado su función estructural está desarrollado principalmente por el refuerzo constituido por las fibras, mientras que la resina desarrolla tareas estructurales complementarias, absorbiendo y distribuyendo (gracias a la circulación de la matriz entorno a las fibras) los golpes y/o empujes. Como ya se mencionó, las fibras son las responsables de brindarle las propiedades estructurales al material compuesto debido a que su rigidez y resistencia es mucho mayor que la de la matriz. Las fibras empleadas propiamente como refuerzo consisten en fibras pequeñas, continuas y con una direccionalidad dada. La matriz de un material compuesto se encarga de proteger las fibras contra la abrasión y la corrosión ambiental, mantiene las fibras unidas y distribuye la carga entre ellas. Esta puede ser del tipo termoendurecible (tipo más común) o termoplástico. Los materiales termoendurecibles son materiales originalmente suaves que al recibir calor se convierten en sólidos insolubles; una acción que no es reversible. Por el otro lado, los materiales termoplásticos se comportan como un líquido cuando se les transfiere calor. La matriz utilizada influye grandemente en muchas de las propiedades mecánicas del material tales como su módulo y resistencia transversal y sus propiedades de cortante y compresión. Los tipos de matrices más comunes son las resinas epóxicas, el poliéster y el viniléster. Polímeros reforzados con fibras naturales

Durante miles de años los materiales naturales constituyeron los materiales primordiales para el hombre. La madera se utilizaba para la construcción de casas y barcos, con las fibras de lino y cáñamo se hacían cabos y textiles técnicos como velas y sacos para cereales. Con la llegada de la edad moderna y de la revolución industrial surgieron nuevos ámbitos de aplicación. La industria química desarrolló aglutinantes que brindaron la posibilidad de procesar las fibras naturales y convertirlas en componentes estables que fueron de gran utilidad en diferentes sectores industriales. El motivo por el que las fibras naturales son tan apreciadas son sus propiedades específicas: los valores de resistencia mecánica, como la resistencia a la tracción y al impacto, la elongación y el módulo de elasticidad, combinados con un peso reducido. La base de materias primas renovables, los excelentes balances energéticos y de CO2, así como el precio competitivo produjeron un aumento considerable de sus aplicaciones y, en consecuencia, de los volúmenes de producción. Entre los ámbitos de aplicación más relevantes se encuentran la industria automovilística, aérea y de la construcción. Las fibras naturales más empleadas para este tipo de materiales compuestos son: el yute, kenaf, sisal, henequén, fibra de agave, cáscara de coco, fibras celulósicas o lignocelulósicas, fibra de caña, tallo de maíz, corteza de árbol (pino, álamo, abedul, entre otros), borra de algodón, cascarilla de arroz, bagazo de guayule, harina o aserrín de madera seca, bagazos, celulosa, entre otras. Entre los materiales plásticos más reportados en la literatura se encentran el polipropileno (PP), polietileno (PE), cloruro de polivinilo (PVC), polietileno de alta densidad (HDPE), poliéster, entre otros. Así como una mezcla en diferentes proporciones de estos polímeros antes mencionado Plásticos reforzados con partículas inorgánicas Se ha encontrado que la adición de partículas inorgánicas en matrices poliméricas confiere nuevas características al material. Hoy en día se reemplazan los compuestos bromados con hidróxidos metálicos, sales, óxidos, grafito, fosfinatos, oxiamidas entro otros, con el fin de evitar la degradación térmica del plástico sin el

húmeda de láminas de fibra impregnadas con resina epoxi, aplicadas a las superficies limpias y preparadas del miembro. Normalmente se adoptan dos técnicas para el refuerzo de vigas, según el aumento de resistencia deseado: refuerzo a flexión o refuerzo a cortante. En muchos casos, puede ser necesario proporcionar ambas mejoras de resistencia. Para el refuerzo por flexión de una viga, se aplican láminas o placas de FRP a la cara de tensión del miembro (la cara inferior de un miembro simplemente soportado con carga superior aplicada o carga por gravedad). Las principales fibras de tracción se orientan paralelas al eje longitudinal de la viga, similar a su refuerzo interno de acero a flexión. Esto aumenta la resistencia de la viga y su rigidez (carga requerida para provocar la deflexión de la unidad), pero disminuye la capacidad de deflexión y la ductilidad.