Fibra de Vidrio y Poliuretano

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UNIVERISIDAD DON BOSCO TECNOLOGÍA INDUSTRIAL 4 ING. VICTOR CASTRO MARIELLA ARÉVALO

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información básica sobre estos materiales

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UNIVERISIDAD DON BOSCO

TECNOLOGÍA INDUSTRIAL 4

ING. VICTOR CASTRO

MARIELLA ARÉVALO

FIBRA DE VIDRIO

La fibra de vidrio se forma cuando el vidrio es extruido en muchos filamentos de

diámetro pequeño adecuado para el procesamiento textil. La técnica de

calefacción y moldeo de vidrio en fibras finas se conoce desde hace milenios, sin

embargo, el uso de estas fibras para aplicaciones textiles es más reciente. Hasta

entonces se conocía las fibras de hilos cortados. La primera producción comercial

de fibra de vidrio fue en 1936. En 1938, Owens-Illinois Glass Company y Corning

Glass Works se unieron para formar Owens-Corning Fiberglass Corporation.

Cuando las dos compañías se unieron para producir y promover la fibra de vidrio,

introdujeron en el mercado las fibras de vidrio de filamentos continuos. Hoy en día,

Owens-Corning sigue siendo el mayor productor de fibra de vidrio en el mercado.

Los tipos de fibra de vidrio más comúnmente utilizados son principalmente de

vidrio E (vidrio de alumino-borosilicato con menos del 1% p/p de óxidos alcalinos,

principalmente para plástico reforzado con fibra de vidrio), pero también se

utilizan: vidrio A (vidrio cálcico con un poco o nada de óxido de boro), vidrio E-CR

(con silicato alumino-cálcico, con menos del 1% p/p de óxidos alcalinos, tiene

alta resistencia a los ácidos), vidrio C (vidrio sódico-cálcico con alto contenido de

óxido de boro, que se utiliza, por ejemplo, para fibra de vidrio de primera

necesidad), vidrio D (vidrio borosilicato con alta constante dieléctrica), vidrio R

(vidrio aluminosilicato sin MgO y CaO para altos requerimientos mecánicos), y

vidrio S (vidrio aluminosilicato sin CaO, pero con alto contenido de MgO para alta

resistencia).

FABRICACIÓN

Fusión

Hay dos métodos principales de fabricación de fibra de vidrio y dos tipos

principales de productos de fibra de vidrio. La fibra se puede hacer por un

proceso de fusión directa o por un proceso de refundición. Ambos comienzan

con las materias primas en estado sólido. Los materiales se mezclan y se funden

en un horno. Entonces, para el proceso de refundición, el material fundido es

cortado y enrollado en bolitas, que son enfriados y envasados. Estas canicas son

llevadas a las instalaciones de fabricación de fibra en el que se insertan en un

cilindro y el material es refundido. El vidrio fundido se extruye a través de un

cabezal con boquillas, denominado bushing, que lo conforma en filamentos. En el

proceso de fusión directa, el vidrio fundido del horno va directamente al buje de

conformación.

PROCESOS DE FABRICACIÓN

Fusión

Hay dos métodos principales de fabricación de fibra de vidrio y dos tipos

principales de productos de fibra de vidrio. La fibra se puede hacer por un

proceso de fusión directa o por un proceso de refundición. Ambos comienzan

con las materias primas en estado sólido. Los materiales se mezclan y se funden

en un horno. Entonces, para el proceso de refundición, el material fundido es

cortado y enrollado en bolitas, que son enfriados y envasados. Estas canicas son

llevadas a las instalaciones de fabricación de fibra en el que se insertan en un

cilindro y el material es refundido. El vidrio fundido se extruye a través de un

cabezal con boquillas, denominado bushing, que lo conforma en filamentos. En el

proceso de fusión directa, el vidrio fundido del horno va directamente al buje de

conformación.

Conformación

La placa del bushing es la parte más importante de la maquinaria para la

fabricación de la fibra. Se trata de un cabezal calefaccionado de metal que

contiene las boquillas para que los filamentos se formen a través de estas.

El bushing es casi siempre hecho de platino aleado con rodio para una mayor

durabilidad debido a que se encuentra expuesto a elevadas temperaturas.

En el proceso de fusión directa, el bushing sirve como colector de vidrio fundido.

Se calienta en cierta medida para mantener el vidrio a la temperatura correcta

para la formación de fibras. En el proceso de refundición, el bushing actúa más

como un horno que derrite más el material.

Estos cabezales (bushings) son el mayor gasto en la producción de fibra de vidrio.

El diseño de la boquilla es también crítico, de esto depende en gran medida la

correcta formación de los filamentos de vidrio. El número de boquillas oscila entre

200 y 4000 en múltiplos de 200. El factor más importante de la boquilla en la

fabricación de filamentos continuos es el espesor de sus paredes en la región de

salida.

Hoy en día, las boquillas están diseñadas para tener un espesor mínimo a la salida.

Al fluir el vidrio a través de la boquilla se forma una gota que está suspendida de

la boquilla. A medida que cae, va formando un hilo, siempre y cuando la

viscosidad este en el rango correcto para la formación de fibras. Los filamentos

obtenidos al salir de las boquillas son enfriados al pasar por aletas de enfriamiento

(refrigeradas con agua) para luego ser enrollados en bobinas (fibra continua) o

tratados mediante una corriente de aire para la obtención de una felpa (mat).

Proceso de filamento continuo

En el proceso de filamento continuo, después de que la fibra se extrae, se aplica

un apresto. Este apresto ayuda a proteger la fibra al enrollarse en una bobina. El

apresto concreto aplicado es relativo al uso final que tenga la fibra. Mientras que

algunos aprestos son coadyuvantes de la elaboración, otros hacen de la fibra

tenga una afinidad por ciertas resinas, si la fibra se va a utilizar en un composite. El

apresto es generalmente añadido en un 0,5-2,0% en peso. El bobinado se lleva a

cabo en torno a 1000 m por minuto.

Proceso de fibras discontinuas

Para la producción de fibras discontinuas, hay una serie de formas para la

fabricación de la fibra. El vidrio es tratado con calor o vapor después de salir de la

máquina de formación. Por lo general, estas fibras forman una especie de mat

(felpa). El proceso más común es el proceso rotativo. En este caso, el vidrio entra

en un dispositivo giratorio, y debido a la fuerza centrífuga es lanzado

horizontalmente. Se aplican aglutinantes y corriente de aire. A continuación, la

felpa de fibra de vidrio es conformada por vacío en un filtro y luego entra en un

horno para el curado del aglutinante.

PROPIEDADES

1. Alta resistencia a la tensión

2. Incombustible

3. Biológicamente inerte

4. Excelente resistencia a la intemperie y a gran cantidad de agentes químicos

5. Excelente estabilidad dimensional

6. Baja conductividad térmica

USOS DE LA FIBRA DE VIDRIO

Antes de proceder a determinar los distintos usos que se le da a la fibra de vidrio,

es preciso señalar sus características más relevantes. Entre ellas podemos

destacar que es un excelente aislante térmico, al tiempo que es inerte a diversas

sustancias como el caso de los ácidos. fibra-de-vidrio-usosOtros rasgos son su

tendencia a la maleabilidad y su la resistencia a la tracción. Debido a todas esas

importantes cualidades, es empleada en muchos ámbitos, aunque los principales

son el industrial y el artístico. En el segundo caso se la emplea para la realización

de productos de manualidad o de bricolaje. Sin embargo, también es muy

común que se la utilice para la fabricación de piezas del mundo náutico, como

las tablas de surf y wind-surf, las lanchas e incluso los veleros. Asimismo, se puede

utilizar la fibra de vidrio para la realización de los cables de fibra óptica, que se

usan en las áreas de telecomunicaciones para la transmisión de señales lumínicas,

las cuales son producidas por un láser o por LEDs. Otro de los usos más comunes es

el de reforzar el plástico mediante el empleo de la fibra, que tiene como finalidad

muchas veces la construcción de tanques. Para esto, lo que hay que hacer son

unos laminados de dicho material junto con la resina, mezcla que servirá para el

armado del recolector de agua. Asimismo, se necesita un molde para el

laminado y la aplicación de capas finas de vidrio lustrado.

POLIURETANO

En 1937, realizando pruebas de laboratorio en las que se trataba de formular un

componente químico con las propiedades del pegamento, se descubre la espuma de

poliuretano; aunque no fue, sino en los años 50 cuando se desarrollaron e industrializaron

de un modo científico y progresista.

La producción de poliuretano a escala industrial no se inició hasta 1952. Entonces salían

de la fábrica de Bayer en Leverkusen unas 100 toneladas de materias primas de

poliuretano al año. Hoy día se estima el consumo mundial de poliuretano en cerca de

siete millones de toneladas anuales.

El hecho de que Bayer diera al fin con la espuma de poliuretano fue debido más a la

casualidad y a una serie de ensayos bastante fallidos. Si no era posible obtener fibras para

tejer bandas sintéticas, se quería elaborar al menos masas moldeables a base de las

creaciones macromoleculares. Pero las muestras presentadas de mezclas moldeables de

poliéster y diisocianatos tenían una alta cantidad de burbujas.

Al buscarse las causas del revés, se descubrió que la disociación del dióxido carbónico

daba lugar a la formación no deseada de burbujas en la masa. Agregándole a la masa

porciones de agua dosificadas con exactitud era posible provocar de forma controlada

la formación de burbujas definidas en la sustancia base. Ese fue el origen, pues, de la

espuma de poliuretano.

PROCESO DE FABRICACIÓN

1. Proceso de espumajeado.

Los químicos son llenados en el tanque de la máquina de espumajeado, luego el

molde es colocado debajo de la máquina y empieza su bombeo. Los químicos

son inyectados automáticamente dentro del tanque. Una vez que el tanque está

lleno, se abre la escotilla y la mezcla es descargada dentro del molde. Luego el

molde es transportado fuera de la máquina, los químicos empezarán el

henchimiento de la espuma y serán descargados. Después el molde es colocado

nuevamente debajo de la máquina, repitiendo automáticamente el proceso. El

bloque de espuma descargado es transportado al área de corte. Un ventilador

de escape expulsará todos los gases y vapores de la parte superior del tanque de

la máquina de espumajeado.

2. Proceso de corte.

El poliuretano puede ser cortado horizontalmente o verticalmente. Una máquina

de mesa vertical corre a través de un cojinete de bolas. La máquina presenta un

dispositivo de detención el cual está montado en su parte frontal y es equipado

con una escuadra movible. La escuadra puede ser movida de un lado al otro por

medio de un engranaje. Esta disposición permite al operador cortar nuevas

láminas de espuma de manera rápida y exacta. Para un corte horizontal, la

espuma es colocada dentro de la cabeza cortadora por medio de una mesa

deslizable. La espuma puede ser cortada en diversos espesores en un rango de

2mm a 160mm.

3. Proceso de triturado.

Este proceso está diseñado para desechos de poliuretano flexibles o rígidos. Tres

cuchillos cortadores manejados por un motor cortan rápidamente los trozos de

esponja en partículas pequeñas para ser utilizada en el repegado de las espumas.

4. Proceso de repegado de la espuma.

Esta máquina presenta un tonel de mezcla y un sistema de presión hidráulica.

Después que la espuma es destrozada en partículas, esta es fundida en el tonel

de mezcla. Este tonel de mezcla tiene un bastidor (con una sección de bombeo

interna), dos cabezales en su parte superior, y un tanque de presión. Los

cabezales tienen válvulas con boquillas rociadoras que usan aire comprimido

para la atomización de los químicos. Después de la atomización, se abre una

escotilla y la mezcla desciende a un molde estándar. El molde es colocado bajo

presión, transformando el aglutinado en espuma

5. Proceso de pelado.

Este proceso está diseñado para pelar los bloques de espuma desde los cilindros

de poliéster, poliéster, o desde los bloques cuadrados en láminas delgadas y

largas. El equipo de bobinado es sincronizado con la velocidad de la máquina

pelador. Esta lámina puede ser producida en cualquier longitud o espesor.

6. Proceso de laminado.

Este proceso lamina las espumas sobre varios tipos de placas. Los calentadores

son equipados con una sección de calentamiento eléctrico consistente de 9

elementos, cada uno operando a 1.7 Kw. La temperatura del laminado puede ser

ajustada desde 0°C hasta 250°C.

7. Proceso de productos de limpieza de enseres domésticos y de cocina.

Después de cortadas, las espumas son más pequeñas (piezas pequeñas) A través

de una máquina de molienda SA-11, se pueden obtener productos de limpieza

de casas, cocinas y de baño.

2.3 SISTEMA COMPUTARIZADO.

Opcionalmente, una computadora permitirá al operador fijar el color, tamaño,

densidad y dureza del bloque de espuma que desea elaborar. Una vez ingresado

estos datos en la computadora, se presentará un informe o resumen el cual

indicará qué químicos deben ser colocados en el tanque de soporte, cómo se

distribuirá la maquinaria y cuánto costará el bloque, cómo empaquetar el

producto, cómo minimizar los desechos, cómo cortar el bloque de acuerdo a las

exigencias del consumidor. Además, la computadora ayudará a solucionar otros

problemas, tales como la compra de materias primas, ajuste de averías,

problemas en el inventario, etc.

PROPIEDADES

Propiedades principales

En primer lugar decir que la mayoría de los poliuretanos son termoestables

aunque como ya veremos vamos a encontrarnos poliuretanos

termoplásticos en algunas aplicaciones especiales.

Posee un coeficiente de transmisión de calor muy bajo, mejor que el de los

aislantes tradicionales, lo cual permite usar espesores mucho menores en

aislaciones equivalentes.

Mediante equipos apropiados se realiza su aplicación "in situ" lo cual

permite una rápida ejecución de la obra consiguiéndose una capa de

aislación continua, sin juntas ni puentes térmicos.

Su duración, debidamente protegida, es indefinida.

Tiene una excelente adherencia a los materiales normalmente usados en la

construcción sin necesidad de adherentes de ninguna especie.

Tiene una alta resistencia a la absorción de agua.

Muy buena estabilidad dimensional entre rangos de temperatura desde -

200 ºC a 100 ºC.

Refuerza y protege a la superficie aislada.

Dificulta el crecimiento de hongos y bacterias.

Tiene muy buena resistencia al ataque de ácidos, álcalis, agua dulce y

salada, hidrocarburos, etc.

PROPIEDADES FÍSICAS

Aunque es evidente que las propiedades físicas dependen mucho del proceso de

fabricación aquí adjunto ejemplos de ciertos compuestos.

Densidad D-1622 Kg./m3 32 40 48 Resistencia Compresión D-1621 Kg./cm2 1.7 3.0 3.5 Módulo compresión D-1621 Kg./cm2 50 65 100 Resist. Tracción D-1623 Kg./cm2 2.5 4.5 6 Resist. Cizallamiento C-273 Kg./cm2 1.5 2.5 3 Coef Conductividad C-177 Kcal/m.hºC 0.015 0.017 0.02 Celdas cerradas D-1940 % 90/95 90/95 90/95 Absorción de agua D-2842 g/m2 520 490 450

PROPIEDADES MECÁNICAS

Las propiedades mecánicas dependen de la medida de su peso volumétrico; a

medida que este aumenta, aumenta su propiedad de resistencia. Los pesos

volumétricos más usuales se hallan comprendidos entre 30 y 100 kg/m3, dentro de

estos límites se obtienen los siguientes valores:

- Resistencia a la tracción entre 3 y 10 (Kp./cm2)

- Resistencia a la compresión entre 1,5 y 9 (Kp./cm2)

- Resistencia al cizallamiento entre 1 y 5 (Kp./cm2)

- Módulo de elasticidad entre 40 y 200 (Kp./cm2)

RESISTENCIA A LOS PRODUCTOS QUÍMICOS

El poliuretano es resistente al agua potable, al agua de lluvia y al agua de mar,

las soluciones alcalinas diluidas, los ácidos diluidos, los hidrocarburos alifáticos

como por ejemplo la gasolina normal, el carburante diesel, el propano, el aceite

mineral, así como los gases de escape y el aire industrial (SO2). Es

condicionalmente resistente (hinchamiento o encogimiento) a los siguientes

productos: los hidrocarburos clorados, las acetonas y los éteres, no es resistente a

los ácidos concentrados.

COMPORTAMIENTO IGNÍFUGO

En el sector de la construcción se emplean exclusivamente materias primas que

dan lugar a una espuma sintética autoextinguible. Mediante la combinación de

una capa cubriente incombustible se alcanza el predicado (difícilmente

inflamable), según DIN 4102.

PODER ADHESIVO

Una propiedad particularmente interesante del poliuretano aplicado "in situ" para

el empleo como material de construcción es su adhesión a diferentes materiales.

Durante la fabricación la mezcla experimenta su estado intermedio pegajoso y en

virtud de la fuerza adhesiva propia, automática y excelentemente se adhiere al

papel, al cartón y al cartón asfaltado para techos, así como a las maderas, a las

planchas de fibras duras y de virutas prensadas, a la piedra, al hormigón, al

fibrocemento, a las superficies metálicas y a un gran aumento de materias

plásticas.

Los poliuretanos tienen en general las siguientes características:

excelente tenacidad.

flexibilidad, alta capacidad de alargamiento.

excelente relleno de holgura.

puede pintarse una vez curado.

excelente resistencia química.

USOS DEL POLIURETANO

Las principales aplicaciones de los poliuretanos han sido para aislamiento térmico,

como las espumas, también los elastómeros, los adhesivos y recubrimientos

superficiales.

Los usos más conocidos son: fuelles, tubos hidráulicos, paragolpes en la industria

automotriz, juntas, empaquetaduras. Los más duros se emplean para piezas

deslizantes, cápsulas, suelas para zapatillas, ruedas especiales.