Moldeo y conformación de plásticos y materiales compuestos

Moldeo y conformación de plásticos y materiales

compuestos

Ing. Fausto Oviedo F. MSc.

Escuela Politécnica Nacional

Facultad de Ing. Mecánica

Abril 2013

Polímeros

Polímeros sintéticos

Constitución de los polímeros:

Constitución de los polímeros:Arquitectura de las cadenas

Clasificación de los polímeros por su comportamiento con la temperatura, en concordancia con la arquitectura de sus cadenas:

Constitución de los polímeros:

Constitución de los polímeros:Ovillo estadístico y orientación

Constitución de los polímeros:Orientación

Constitución de los polímeros:Orientación; anisotropía

Constitución de los polímeros:Cristalinidad

Constitución de los polímeros:Enlaces Intermoleculares, Puente de Hidrogeno

Carácter Visoelástico de los polímeros

Conformado de plásticos

Extrusión

Extrusión

Productos extruidos

Comportamiento reológico del material

Extrusora

Partes constitutivas de la extrusora

Husillo

Funciones del Husillo

Relación L/D

Relación de compresión CR

Valores referenciales de L/D y CR

Tipos de Husillos

Tipos de extrusora

Extrusora convencional de un husillo

Extrusora de un husillo de alto rendimiento

Extrusora de doble husillo contra-rotante

Extrusora de doble husillo co-rotante

Extrusora planetaria

Plato Rompedor

Sistemas periféricos

Perfilería extruida

Extrusión soplado de film

Extrusión soplado

Coextrusión

Recubrimiento de Cable

Conformado de plásticos

Inyección

Proceso de Inyección

Unidad de Inyección

Unidad de Inyección: Anillos de Retención

Ciclo de Inyección

c) Mantenimiento

La presión en el ciclo de inyección:

La temperatura en el ciclo de Inyección

Presión y Temperatura en el ciclo de inyección

Piel fría

Conformado de Materiales

Compuestos

Introducción

Material Compuesto

Un material compuesto es un sistema formado por dos materiales de distintas fases, cuya combinación proporciona propiedades que son diferentes a las de sus constituyentes

Características de un Material Compuesto

1. Constar de 2 o más materiales ( Químicamente distintos; Separados por una interface; Separables mecánicamente)

2. Propiedades únicas, superior alguna(s) a las de los componentes

3. Dispersión del un material en el otro controlable

Componentes un Material Compuesto1. Matriz: Fase continua

2. Refuerzo: fase dispersa, cambia las propiedades de la matriz

3. Aleantes: Agentes de acoplamiento, rellenos, revestimientos

Interfaz: Superficie de conexión M/R, También influye en las propiedades

Materiales de los Compuestos

Tanto la Matriz como los refuerzos pueden ser:

• Metales

• Cerámicos

• Polímeros

Propiedades del Material CompuestoDependen de:

1. Propiedades de las fases de los materiales constituyentes.

2. Proporciones relativas de las fases

3. Geometría de las fases de refuerzo

4. Características de la interfaz

El uso de los Materiales Compuestos

• Necesidad de materiales con propiedades inusuales

• Mayor resistencia específica

• Disminución del costo de los refuerzos

• Posibilidad de automatización del proceso de fabricación

Clasificación

Unidireccionales

Multidireccionales

Tejidos

Mat.

Comp.

Reforzados con

partículas

Reforzados con

Fibras

Estructurales

Grandes (interacción

no atómica o molecular)

Consolidados por

dispersión (10-100 nm)

Continuas

Discontinuas

Laminares

Paneles sandwich

Alineadas

Orientadas al azar

Nanométricas

MatricesFunciones de la matriz

• Juntar a los materiales de refuerzo • Proteger a los materiales de refuerzo del medio

ambiente, humedad, ataque químico y del daño mecánico (desgaste)

• Transferir los esfuerzos a los materiales de refuerzo, y protegerlos de los esfuerzos de compresión

• Proveer la forma a una estructura• Proveer acabado superficial de buena calidad

• Proveer propiedades como tenacidad, resistencia al impacto, etc.

• Aislar una fibra o partícula de otra de modo que la propagación de grietas se detenga o su velocidad se reduzca

• La matriz controla las propiedades químicas y eléctricas del compuesto.

La matriz debe:

• Poseer buena resistencia química

• Presentar poco encogimiento

• Adaptarse con facilidad al procesamiento final del compuesto

• Presentar estabilidad dimensional

Matriz de AluminioReforzado con partículasDe alúmina

Tipos de Matriz

• Metálicas

• Cerámicas

• Poliméricas

• Ejemplos de Matrices metálicas:

– Fibras de SiC o de boro en matriz de aluminio

– SiC en una matriz de titanio

– Fibras de carbono en matrices de magnesio, cobre o aluminio

• Aplicaciones:

– Cabezas de pistones para motores automotrices

– Alabes de turbinas de gas

– Paquetes electrónicos

– Aplicaciones espacialesHerramientas de corteWC-Co

• Matrices Cerámicas:

– SiC reforzado con SiC

– Nitruro de silicio reforzado con SiC

– Vidrio reforzado con fibras de carbono

Aplicaciones:

– Turbinas para turboreactores

– Herramientas de corte

– Partes de válvulas

– Cojinetes

– HormigónFibras de SiC reforzando una

matriz de nitruro de silicio.

• Matrices Poliméricas:– Compuestos reforzados con

carbono para partes de aviones

– Resina epoxi con fibras de boro para palas de rotor de helicópteros

– Compuestos con fibra de aramidapara disminuir pesos

– Termoplásticos con fibras naturales para partes de autos y madera plástica

– Neumáticos

– Equipos deportivos

– Barcos

RefuerzosFunciones del material de refuerzo:

• Soportar la carga

• Proveer rigidez, resistencia, estabilidad térmica y otras propiedades estructurales

• Proveer conductividad eléctrica o aislamiento

Tipos de materiales de refuerzo

• Partículas

• Fibras

Partículas

De acuerdo al mecanismo de consolidación:

• Partículas grandes o agregados

• Consolidados por dispersión

De acuerdo al material:

– De vidrio

– Minerales

– Polvos metálicos

Tipos de Fibras

En función de los materiales:

1. Inorgánicas

Ti, Ni, Acero, SiC, C, B, Vidrio

2. Poliméricas

Aramida, polietileno

3. Vegetales

cabuya, abacá, sisal

En función de su diámetros y características:

Whiskers

Fibras

Alambres

En función de la continuidad:

Continuas

Discontinuas

Compuesto de PP con fibra de vidrio (FV)

FV PP

PP-gAM-FV

AM mejora interfase PP-FV

Interfaz

RellenosFunciones

• Reducir costos

• Incrementar el módulo

• Reducir el encogimiento en el molde

• Controlar la viscosidad

• Producir una superficie menos rugosa

Ej: sílice, carbonato de calcio, etc.

• Matriz y fibras de carbono

• Propiedades especiales:

– Temperaturas de servicio mayores a 3000ºC

– Gran resistencia específica

– Excelente resistencia al desgaste

– Resistencia al choque térmico

– Facilidad de maquinado razonable

• Aplicaciones:

– Componentes de frenos

– Pantallas térmicas

– Toberas de cohetes

Compuestos especiales

Conformación de material compuesto con Matriz polimérica

a.- Preimpregnados


b.- Moldeo de láminas


c.- Moldeo con bolsa de vacío y con bolsa a presión


d.- Devanado de filamento


e.- Pultrusión


d.- Devanado de filamento

Conformación de material compuesto con Matriz Metálica

a.- Procesamiento en fase líquidab.- Procesamiento en fase sólida

Conformación de material compuesto con Matriz Metálica

a.- Infiltración por escurrimientoFibra prensada en caliente e impregnación de un lodo de matriz en polvob.- Síntesis QuímicaUn sol, fluido coloidal con fibra se convierte en un gel que es tratado térmicamente

Bibliografía:-Kalpakjian; MANUFACTURA INGENIERÍA

Y TECNOLOGÍA;2002; Ed. PE; 1176p.-Groover; FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA; 1997; Ed. Prentice Hall; 1056p-Quiroz F.; Conformado de plásticos -Guerrero V; Conformado de materiales Compuestos

Moldeo y conformación de plásticos y materiales compuestos

Engineering

Transcript of Moldeo y conformación de plásticos y materiales compuestos