UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATO
CARRERA DE INGENIERA MECNICA
PROCESOS DE FABRICACIN I
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATO
FACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y MECNICA
CARRERA DE INGENIERA MECNICA
PROCESOS DE FABRICACIN I
Sexto Semestre A
DOCENTE:
Ing. Juan Paredes
INTEGRANTES:
Fernando Fiallos
Eduardo Aleaga
Andrs Almache
Leonel Salazar
AMBATO ECUADOR
0512-2014
NDICE.
1. ndice
2. Tema
3. Objetivos
3.1. Objetivo General
3.2. Objeticos Especficos
4. Introduccin
5. Marco Terico
6. Materiales y Equipos
6.1. Sustancias
6.2. Materiales
6.3. Equipos
7. Procedimiento
8. Clculos
9. Conclusiones
10. Recomendaciones
11. Bibliografa
2. TEMA
3.- OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GENERAL:
Reproducir una pieza utilizando material compuesto mediante el
proceso de moldeo.
3.2 OBJETIVOS ESPECFICOS:
Determinar un modelo adecuado, cuyas dimensiones y forma
faciliten su reproduccin, es decir que permita su moldeo.
Aplicar los porcentajes obtenidos por medio de clculo para
aplicarlos en la elaboracin del modelo a producir.
Establecer una diferencia entre un modelo y la matriz.
Conocer y aprender la aplicacin de la resina Poliester
4.- INTRODUCCIN
Los materiales compuestos son aquellos que estn formados por
combinaciones de metales, cermicos y polmeros, las propiedades que
se obtienen de estas combinaciones son superiores a la de los
materiales que los forman por separado, lo que hace que su
utilizacin cada vez sea ms imponente sobre todo en aquellas piezas
en las que se necesitan propiedades combinadas, en la que un
material (polmero, metal o cermico) por s solo no nos puede
brindar.
En general, la desventaja ms clara de los materiales compuestos
es el precio. Las caractersticas de los materiales y de los
procesos encarecen mucho el producto. Para ciertas aplicaciones las
elevadas propiedades mecnicas, tales como la alta rigidez
especfica, la buena estabilidad dimensional, la tolerancia a altas
temperaturas, la resistencia a la corrosin, la ligereza o una mayor
resistencia a la fatiga que los materiales clsicos compensan el
alto precio
Adems del refuerzo y la matriz existen otros tipos de
componentes como cargas y adictivos que dotan a los materiales
compuestos de caractersticas peculiares para cada tipo de
fabricacin y aplicacin.
5.- MARCO TEORICO
MATERIAL COMPUESTO RESINA POLISTER MS FIBRA DE VIDRIO
El plstico reforzado con fibra de vidrio es un material
compuesto o un plstico reforzado por fibra (FRP) hecho de polmero
armado con fibras de vidrio delgadas. Al igual que el plstico
reforzado con fibra de carbono, al referirse al material compuesto.
Puede usarse la fibra presentada en CSM que es en esencia una tela
en rollos hecha de trozos sueltos. [1]
Las caractersticas de los materiales y de los procesos encarecen
mucho el producto, para ciertas aplicaciones las elevadas
propiedades mecnicas, tales como la alta rigidez especfica, la
buena estabilidad dimensional, la tolerancia a altas temperaturas,
la resistencia a la corrosin, la ligereza o una mayor resistencia a
la fatiga que los materiales clsicos compensan el alto precio,
adems del refuerzo y la matriz existen otros tipos de componentes
como cargas y adictivos que dotan a los materiales compuestos de
caractersticas peculiares para cada tipo de fabricacin y aplicacin.
[1]
En la Estructura de los Materiales Compuestos tenemos que en la
Matriz es el volumen donde se encuentra alojado el refuerzo, se
puede distinguir a simple vista por ser continuo, los refuerzos
deben estar fuertemente unidos a la matriz, de forma que su
resistencia y rigidez sea transmitida al material compuesto, el
comportamiento a la fractura tambin depende de la resistencia de la
interface ya que una interface dbil da como resultado un material
con baja rigidez y resistencia pero alta resistencia a la fractura
y viceversa. [1]
Mientras las resinas polimricas son fuertes a cargas de
compresin fsica, son relativamente dbiles a la tensin de rotura; la
fibra de vidrio es muy fuerte en tensin pero tiende a no resistir
la compresin; as que al combinar ambos materiales, la GRP se
convierte en un material que resiste tanto compresin como tensin en
rangos aceptables y determinados. [1]
RESINA POLISTER
Se presentan en forma de lquido algo viscoso (la viscosidad podr
ser mayor o menor segn de cul de ellas se trate). Para fraguar
requieren del agregado de un acelerador (lquido color violeta
oscuro) y de un catalizador (lquido transparente cristal). El
acelerador es el componente que regula los tiempos de la reaccin de
fraguado mientras que el catalizador es el que inicia la reaccin.
Es importante destacar que hasta que no se incorpora el catalizador
no se produce ninguna reaccin por lo que este componente debe ser
siempre el ltimo en ser incorporado; puede dejarse preparada la
resina con acelerador, pigmentos, cargas, etc. y luego catalizarla
al momento de ser usada. De hecho, las resinas transparentes
cristal vienen preaceleradas (con el acelerador ya incorporado) de
fbrica requiriendo del usuario slo el agregado de catalizador.
[2]
Las resinas de polister no saturado son polmeros duraderos de
resinas derivadas del estireno. Habitualmente se utilizan en
combinacin con un material de refuerzo como la fibra de vidrio para
formar un plstico reforzado con fibra (FRP), que tiene
caractersticas excelentes. [2]
El polister (C10H8O4) es una categora de elastmeros que contiene
el grupo funcionalster en su cadena principal. Los polisteres que
existen en la naturaleza son conocidos desde 1830, pero el trmino
polister generalmente se refiere a los polisteres sintticos
(plsticos), provenientes de fracciones pesadas del petrleo. El
polister termoplstico ms conocido es el PET. El PET est formado
sintticamente con etilenglicol ms tereftalato de dimetilo,
produciendo el polmero. Como resultado del proceso de
polimerizacin, se obtiene la fibra, que en sus inicios fue la base
para la elaboracin de los hilos para coser y que actualmente tiene
mltiples aplicaciones, como la fabricacin de botellas de plstico
que anteriormente se elaboraban con PVC. Las resinas de polister
(termoestables) son usadas tambin como matriz para la construccin
de equipos, tuberas anticorrosivas y fabricacin de pinturas. Para
dar mayor resistencia mecnica suelen ir reforzadas con cortante,
tambin llamado endurecedor o catalizador, sin purificar. [2]
Este producto ofrece:
La posibilidad de curado a temperatura ambiente.
No es necesario aplicar presin para la transformacin y
moldeado.
Obtencin de gran nmero de diferentes formas.
Posibilidad de moldeo de piezas grandes y complejas a precios
competitivos a pequeas y medias escalas de produccin. [2]
ACELERANTE (COBALTO CO)
La habilidad de algunos compuestos para acelerar la
descomposicin de ciertos perxidos orgnicos abre un amplio campo de
aplicaciones para polisteres insaturados. Esta propiedad, y la
posibilidad de procesar resinas polister en moldes abiertos sin
ninguna presin es entre otras cosas la razn del uso tan amplio de
este producto como material de construccin. [3]
Estos productos se conocen con el nombre de aceleradores (en los
Estados Unidos son denominados como promotores), los cuales son
capaces de descomponer un perxido orgnico en radicales libres por
debajo de las temperaturas crticas de los productos involucrados.
No obstante que muchos compuestos han sido propuestos como
aceleradores, solamente unos cuantos se emplean por la industria
para el propsito mencionado. [3]
COMPUESTOS DE COBALTO
Las sales de cobalto principalmente son derivados de cidos
grasos como el cido -etil hexanoico, acido -trimetil hexanoico y
tambin de cido naftnico. La parte cida slo juega un papel en la
solubilidad de la resina. La actividad del acelerador depende de la
concentracin de cobalto divalente. Los aceleradores de cobalto se
pueden obtener comercialmente con varias cantidades de cobalto. Los
productos son 1%, 6%, 10%, 12% de contenido de cobalto son los ms
comunes. Los aceleradores de cobalto se agregan en cantidades que
van del 0.002% a 0.05% calculado como contenido metlico en la
resina. En la industria de los recubrimientos de superficies,
ciertas resinas polister que secan al aire requieren de incrementar
a 0.06% de cobalto para obtener propiedades finales ptimas. Los
aceleradores de cobalto son casi exclusivamente empleados con
perxidos de cetonas. La combinacin de perxidos de cetonas-cobalto
ofrece a la industria un sistema casi ideal para el curado a
temperatura ambiente. El tiempo de gelado velocidad de curado se
puede ajustar fcilmente por variacin en un amplio rango de la
cantidad de acelerador o perxido, o bien de ambos componentes.
[3]
CATALIZADORES
Los perxidos orgnicos, son la fuente principal de radicales
libres empleada en la industria de procesado de polister. Sin
embargo, otros productos como los compuestos AZO y los compuestos
carbono-carbono tambin son aplicables como catalizadores, solo que
son usados raramente. Esto se ha debido a ciertas propiedades que
los hacen menos aplicables, como la evolucin de gas durante la
descomposicin y la imposibilidad de incrementar la reactividad. Los
perxidos orgnicos tienen el grupo qumico caracterstico O-O en comn.
Estos pueden ser considerados como derivados del perxido de
hidrgeno. [3]
H O O H
Por el reemplazo de uno o ambos tomos de hidrgeno por un grupo
orgnico, se pueden formar varias clases de perxidos orgnicos.
R1 O O R2
R1 es un grupo orgnico y R2 puede ser hidrgeno o tambin un grupo
orgnico.
A continuacin, se da un resumen de aquellos perxidos aplicables
en la industria del polister. [3]
Los hidroperxidos orgnicos raramente, son utilizados como
catalizadores nicos, pero se utilizan en mezclas con perxidos de
cetonas. Estos reducen la actividad de los ltimos y as viene a
expresarse en mayores tiempos de gelado y menores picos de
temperatura. Por esta razn, tales mezclas se recomiendan para el
curado de secciones gruesas a manera de evitar exotermias demasiado
altas. Varios catalizadores accesibles comercialmente se basan en
mezclas de hidroperxido de terbutilo y perxido de metil etil cetona
o perxido de acetil acetona y resultan algunas especialidades para
el curado de secciones gruesas y tcnicas de molde cerrado. [3]
FIBRA DE VIDRIO
La fibra de vidrio (del ingls fiberglass) es un material fibroso
obtenido al hacer fluir vidrio fundido a travs de una pieza de
agujeros muy finos (espinerette) y al solidificarse tiene
suficiente flexibilidad para ser usado como fibra. [4]
Sus principales propiedades son: buen aislamiento trmico, inerte
ante cidos, soporta altas temperaturas. Estas propiedades y el bajo
precio de sus materias primas, le han dado popularidad en muchas
aplicaciones industriales. Las caractersticas del material permiten
que la fibra de vidrio sea moldeable con mnimos recursos, la
habilidad artesana suele ser suficiente para la autoconstruccin de
piezas de bricolaje tales como kayak, cascos de veleros,
terminaciones de tablas de surf o esculturas, etc. Debe tenerse en
cuenta que los compuestos qumicos con los que se trabaja en su
moldeo daan la salud, pudiendo producir cncer. [4]
La fibra de vidrio, tambin es usada para realizar los cables de
fibra ptica utilizados en el mundo de las telecomunicaciones para
transmitir seales lumnicas, producidas por lser o LEDs. Tambin se
utiliza habitualmente como aislante trmico en la construccin, en
modo de mantas o paneles de unos pocos centmetros. Se recomienda
utilizar fibra de vidrio para la fabricacin de artculos que estn
expuestos a agentes qumicos y degradacin por corrosin. [4]
Grupos:
Existen cinco grupos:
Tipo E: Es el tipo de fibra ms empleado, se caracteriza por sus
propiedades elctricas, representa el 90% de refuerzo.
Tipo R: Se caracteriza porque tiene muy buenas prestaciones
mecnicas, demandndose en los sectores de aviacin, espacial y
armamento.
Tipo D: Su principal caracterstica es su excelente poder
dielctrico, por ello su aplicacin en radares, ventanas
electromagnticas
Tipo AR: Posee un alto contenido en xido de circonio, el cual le
confiere una buena resistencia a los lcalis.
Tipo C: Se caracteriza por su alta resistencia a agentes
qumicos. [4]
Caractersticas:
- Posee la capacidad de soportar altsimas temperaturas.
- Buena adherencia fibra-matriz.
- Resistencia mecnica especfica muy alta.
- Buenas propiedades dielctricas.
- Incombustibilidad.
- Estabilidad dimensional.
- Buena resistencia a los agentes qumicos.
Se presenta en forma de hilos cortados o paos. Se embebe con el
polister para el refuerzo de superficies. El uso de los hilos
cortados es recomendable en el caso de superficies irregulares. El
pao de vidrio tambin denominado mat es una tela o fieltro de fibra,
que conforma una trama. Su venta es por kilo y viene en diferentes
grosores. [4]
CERA DE DESMOLDE
Con el molde ya impermeabilizado se aplica esta cera especial
para resinas polister. Se pasa a pincel o trapo; lustrar luego de
su colocacin. [4]
AGENTE DE DESPEGUE
Especial para el despegue de las resinas polister. Se presenta
en estado lquido. Aplicar por lo menos dos manos de agente de
despegue, esperando que seque entre mano y mano.
En el caso de moldes sobre los que pintaremos con la resina se
recomienda el encintado de los bordes de los tseles para que estos
no se ensucien con resina, lo cual podra dificultar el correcto
encaje de los mismos. [4]
6.- MATERIALES Y EQUIPOS
6.1.- SUSTANCIAS PARA EL PROCESO
Resina Polister (Resina + Cobalto + Estireno)
[Figura 1] Resina Polister
Meck
[Figura 2] Meck.
Cera de Piso
[Figura 3] Cera para piso
Fibra de Vidrio
[Figura 4] Fibra de vidrio.
6.2.- MATERIALES
Guantes y mascarilla
[Figura 5] Guantes y mascarilla
Casco
[Figura 6] Casco
Mandil
[Figura 7] Mandil
Brochas
[Figura 8] Brochas
Molde
[Figura 9] Molde
Tijera y jeringuilla.
[Figura 10] Tijeras y jeringuilla
6.3 EQUIPOS
Balanza
[Figura 11] Balanza
7.- PROCEDIMIENTO
1. Elegir un modelo verificando que cumpla con los parmetros
como, ngulos de salida, ngulos mnimos con la direccin del desmoldeo
y redondeos,
2. Con el guaipe se procede a pasar la cera de piso sobre la
pieza.
3. Cortar la fibra de vidrio segn el modelo original
4. Colocamos la fibra de vidrio cortado en la balanza para
comprobar con los clculos realizados.
5. Se procede a preparar la resina segn las cantidades
especificadas en los clculos realizados.
6. Colar cada capa de fibra de vidrio y sobre cada capa colocar
una porcin de resina polister con la brocha en todas las partes del
molde.
7. Dejar que se seque durante 24 horas y luego de someterse al
secado se pudo obtener lo siguiente
8.- CALCULO
Volumen
A1=bh
A1=32.511
A1=107.25cm^2
v1=28.270.3
v1=107.25 cm^3
A2=(bh)/2
A2=(1616)/2
A2=128cm^2
v2=1280.3
v2=38.4 cm^3
A3=(bh)/2
A3=(1511)/2
A3=82.5cm^2
v3=1280.3
v3=38.4 cm^3
A4=r^2
A4=28.27cm^2
v4=28.270.3
v4=8.48 cm^3
A5=bh
A5=57
A5=35cm^2
v5=350.3
v5=10.5 cm^3
Volumen total
AT=A1+A2+A3+A4+A5
AT=82.5+357.5+128+28.27+35
AT=631.27 cm^2
VT=V1+V2+V3+V4+V5
VT=107.25+38.4+24.75+8.48+10.5
VT=189.38 cm^3
Vc=195 cm^3
Volumen de trabajo
70% Resina Polister
30% Fibra de vidrio
Masa
MEK
8.- Conclusiones
Mediante los procesos de moldeo, utilizando un material
compuesto, es posible reproducir un determinado modelo
La unin de la fibra de vidrio con la resina polister forman un
material compuesto con propiedades excelentes como elasticidad
resistencia a la traccin y compresin
9.- Recomendaciones
Seleccionar un modelo que tenga condiciones adecuadas como son
ngulos de salida y relieves resaltados ya que as no presentara
problemas al momento de moldear.
Ocupar mascarilla de carbn activado para cubrirse de los vapores
orgnicos.
Utilizar el equipo adecuado para el proceso de moldeo como son
el mandil, guantes, casco ya que es muy importante para la
seguridad personal y de esta manera se puede evitar accidentes
10.- Bibliografa
[1]
http://usuaris.tinet.cat/jaranda/Poliester_archivos/Page400.htm
[2] http://www.escoprem.com/fibra-de-vidrio.asp
[3] http://www.plasticseurope.es/que-es-el-plastico/tipos
[4]
http://www.slideshare.net/miguelangelrdz/poliester-insaturado-up
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