UNIVERSIDAD DE HUANUCOFACULTAD DE INGENIERIA

E.A.P. ARQUITECTURA

2023

POLIMEROS REFORZADOS CON FIBRA

Nombres: Herrera Lopez, Percy

Docente: Millan Suarez, Denis L.

Curso: Tecnologia De Los Materiales

Huánuco - Perú

2015

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-POLIMEROS -

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POLIMEROS

Conocidos también como PLASTICOS. La aparición y el desarrollo de los materiales plásticos puede considerarse una de las grandes revoluciones del siglo pasado en lo referente a los materiales. Los avances conseguidos en los métodos de producción de estos materiales (que comportaron unos precios muy asequibles), unidos a sus excelentes características hicieron que fueran rápidamente aceptados y empleados por el sector de la industria y el de la construcción. El perfeccionamiento de estas características el siguiente paso en la consecución de materiales cada vez más adecuados a las necesidades productivas, y el refuerzo con fibras de los materiales plásticos es, sin duda, el mejor ejemplo de dicho perfeccionamiento. La aparición y el desarrollo de los materiales plásticos puede considerarse una de las grandes revoluciones del siglo pasado en lo referente a los materiales. Los avances conseguidos en los métodos de producción de estos materiales (que comportaron unos precios muy asequibles), unidos a sus excelentes características hicieron que fueran rápidamente aceptados y empleados por el sector de la industria y el de la construcción. El perfeccionamiento de estas características el siguiente paso en la consecución de materiales cada vez más adecuados a las necesidades productivas, y el refuerzo con fibras de los materiales plásticos es, sin duda, el mejor ejemplo de dicho perfeccionamiento.

COMPOSICION:

Los plásticos reforzados con fibras (PRF) están compuestos por un polímero (también llamado la matriz) que junto a las cargas y aditivos forman la resina, y unas fibras determinadas.

MATRICES:

Podemos clasificar los plásticos básicamente en termoplásticos y termoestables. Los primeros tienen las macromoléculas unidas por fuerzas de baja intensidad, que pueden ser rotas con un simple calentamiento, dando lugar al plástico fundido. En cambio, las macromoléculas de los plásticos termoestables están unidas por fuerzas que llegan a igualar las que unen a los propios átomos dentro de ellas mismas, por lo que se romperán antes de separarse. Esto conlleva que no pasen de estado sólido a líquido al incrementar la temperatura. Podemos clasificar los plásticos básicamente en termoplásticos y termoestables. Los primeros tienen las macromoléculas unidas por fuerzas de baja intensidad, que pueden ser rotas con un simple calentamiento, dando lugar al plástico fundido. En cambio, las macromoléculas de los plásticos termoestables están unidas por fuerzas que llegan a igualar las que

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Unen a los propios átomos dentro de ellas mismas, por lo que se romperán antes de separarse. Esto conlleva que no pasen de estado sólido a líquido al incrementar la temperatura.

MATRICES TERMOESTABLES:

Las resinas líquidas termoestables consisten en una serie de precursores líquidos o semilíquidos, que deben curarse para alcanzar el estado sólido, por medios químicos, térmicos (altas temperaturas), o por medio de radiaciones (UV, gamma, electrones o microondas). Una vez curadas, tienen gran cantidad de enlaces cruzados, y no pueden volver a fundir sin sufrir una grave degradación. Las resinas más utilizadas son:

RESINAS EPOXI:

La importancia de las matrices epoxi está en la capacidad del radical epóxido para reaccionar con una gran

variedad de otros radicales orgánicos y formar enlaces cruzados sin la aparición de un producto condensado. Las

resinas epoxi se caracterizan por tener baja retracción, buen comportamiento a temperatura elevada (hasta

180 °C) y buena resistencia a los agentes químicos.

Podemos distinguir dos tipos principales de resinas epoxi, según la estructura química en la que se basan:

TGMDA (dianilina tetraglicil metileno): esta molécula es el componente más importante de las

formulaciones de resinas epoxi para aplicaciones de alta tecnología. Presenta una alta densidad de

entrecruzamiento.

DGEBA (diglicil éter de bisfenol A): cura a menor densidad de entrecruzamiento que la anterior.

La diferencia entre la densidad de entrecruzamientos en el curado será la que determinará las diferentes

propiedades de las resinas.

Además de estas dos, podemos encontrar otras resinas epoxi con características en función de las anteriores,

como son las novolacas, las resinas epoxi trifuncionales y la resina epoxi bisfenol F

En las resinas epoxi es muy importante la elección del agente de curado, ya que éste determina las propiedades

térmicas y mecánicas últimas de la resina. Hay tres tipos básicamente:

Aminas: las aminas alifáticas curan la resina a temperatura ambiente, pero poseen baja temperatura de

servicio; las aromáticas proporcionan las resinas con mejores propiedades, pero requieren temperaturas de

curado de 120-175 °C; y las cicloalifáticas tienen propiedades intermedias entre las dos anteriores.

Anhídridos: curan resinas epoxi Bisfenol A a 120-175 °C

RESINAS DE POLIESTER NO SATURADO:

Constituyen la familia más importante de resinas termoestables utilizadas en materiales compuestos. El curado de

estas resinas puede realizarse de múltiples maneras, con aditivos químicos, calentamiento o radiación. Además, la

configuración y composición química de la resina poliéster endurecida determinan sus características y sus

propiedades (flexibilidad, dureza, resistencia mecánica, química, etc.), de manera que mediante una elección

acertada de dichos parámetros, podemos variar considerablemente las características de la resina elegida. En

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Definitiva, las resinas de poliéster no saturado es el sistema más versátil, pudiendo ser adaptado a multitud de

procesos y necesidades.

Como hemos dicho, dentro de esta familia hay gran variabilidad de propiedades, he aquí los rangos de valores que

podemos encontrar:

Resistencia a flexión (MPa): 80 – 140

Resistencia a tracción (MPa): 40 – 85

Módulo de tracción (GPa): 2 – 3.5

Porcentaje de elongación: 1.2 – 4.8

MATRICES TERMOPLASTICAS:

Por otra parte, es posible encontrar matrices termoplásticos reforzadas con altas prestaciones. Estas matrices se

han desarrollado con el doble objetivo de obtener materiales aptos para altas temperaturas que tengan elevada

resistencia al impacto. El resultado de los avances en este campo son matrices más duras, con mayores

resistencias que las termoestables y una menor absorción de agua. Además no tienen un tiempo determinado para

su moldeo ni necesitan curado, lo que supone menores costes, y el proceso de reciclaje es más fácil.

Las matrices más importantes son el polieter eterketona (PEEK), el sulfuro de polifenileno (PPS) y la polieterimida

(PEI), y la poliamidaimida (PAI). Sus características más relevantes son:

PEEK: El PEEK es un material termoplástico parcialmente cristalino, que ofrece una combinación única de

altas propiedades mecánicas, resistencia a la temperatura (rango de temperaturas de trabajo entre -60  °C y

250 °C) y excelente resistencia química. Otras características:

Alto límite de fatiga y elevada tenacidad

Muy buena resistencia al desgaste

Resistencia intrínseca a la llama

Muy bajo nivel de humo durante la combustión

Buenas propiedades dieléctricas y de aislamiento eléctrico

PPS: Al igual que el anterior, este material presenta propiedades termoplásticas incluso en el material

compuesto final. Presenta una resistencia química y térmica sobresaliente (232 °C continuos) y una excelente

resistencia a la baja temperatura. Además es inerte a la mayoría de los compuestos químicos en un amplio

rango de temperaturas. Requiere alta temperatura para su proceso.

PEI: Características más importantes: Resistencia inherente a la llama, baja emisión de humos, resistencia a

altas temperaturas por largo tiempo, estabilidad dimensional, estabilidad química e hidrolítica.

PAI: Esta matriz se moldea como un material termoplástico pero que tras el post curado presenta

propiedades parcialmente termoestables, lo que permite aumentar la resistencia a altas temperaturas.

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CARGAS:

En la industria de los materiales compuestos se utilizan diferentes productos que pueden ser incorporados al material compuesto fibra-resina para aportar características particulares o reducir el coste del mismo. En general, establecemos la distinción entre cargas y aditivos según la cantidad: las cargas siempre se utilizan en mayores cantidades que los aditivos.

Podemos dividir las cargas en dos grandes grupos, las reforzantes y las no reforzantes, que buscan la disminución

del costo global del material compuesto.

CARGAS REFORZANTES:

Entre las cargas reforzantes, las más utilizadas son las microesferas de vidrio, cuyo interés principal reside en su

geometría que reparte regularmente los esfuerzos de las piezas, evitando de esta forma las concentraciones de

tensiones. Como la relación superficie/volumen es mínima, no influyen mucho en la viscosidad de la resina, por lo

que se pueden usar en porcentajes altos. Pueden ser macizas o huecas, y tienen un diámetro comprendido entre

10 y 150 micras.

En algunos casos concretos pueden emplearse otros tipos de microesferas, con características superiores a las de

vidrio pero considerablemente más caras:

Microesferas huecas de carbono: densidad de 120 kg/m³ y diámetro entre 5 y 150 micras.

Microesferas huecas orgánicas (epoxi, fenólicas, poliestireno o cloruro de vinilo/acronitrilo): densidad

entre 100 y 500 kg/ m³ y diam. entre 10 y 800 micras y prestaciones sensiblemente menores.

Entre las cargas reforzantes, las más utilizadas son las microesferas de vidrio, cuyo interés principal reside en su

geometría que reparte regularmente los esfuerzos de las piezas, evitando de esta forma las concentraciones de

tensiones. Como la relación superficie/volumen es mínima, no influyen mucho en la viscosidad de la resina, por lo

que se pueden usar en porcentajes altos. Pueden ser macizas o huecas, y tienen un diámetro comprendido entre

10 y 150 micras.

En algunos casos concretos pueden emplearse otros tipos de microesferas, con características superiores a las de

vidrio pero considerablemente más caras:

Microesferas huecas de carbono: densidad de 120 kg/m³ y diámetro entre 5 y 150 micras.

Microesferas huecas orgánicas (epoxi, fenólicas, poliestireno o cloruro de vinilo/acronitrilo): densidad

entre 100 y 500 kg/ m³ y diam. entre 10 y 800 micras y prestaciones sensiblemente menores.

CARGAS NO REFROZANTES:

Entre las cargas no reforzantes, las más utilizadas son de origen mineral y se incorporan a la resina en

proporciones compatibles con las características buscadas y el precio, que generalmente es bajo, debido a que

estas cargas son simplemente extractos de rocas o minerales. Las más utilizadas son carbonatos, silicatos y sílices.

Además hay otra serie de cargas no reforzantes, entre las que destacan por su uso extendido las siguientes:

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Cargas ignífugas: hidrato de aluminio, óxido de antimonio, boratos de zinc, productos orgánicos variados

Cargas conductoras (de la electricidad o del calor): Polvos metálicos, microesferas metalizadas, negro de

humo, filamentos metálicos muy finos.

ADITIVOS:

Los aditivos son sustancias empleadas en los PRF en menor cantidad que las cargas con el objeto de incrementar

las prestaciones del material. Cada tipo de aditivo tiene generalmente la propiedad de intervenir en una sola

característica específica, por lo que es común emplear más de un tipo de aditivo conjuntamente, siempre que sean

compatibles. Sin embargo es necesario advertir que si empleamos demasiados aditivos a la vez corremos el riesgo

de modificar otras propiedades del polímero base, por lo que es conveniente limitar el número de aditivos

utilizados en una misma matriz.

Estos son los tipos de aditivos más empleados:

Lubrificantes: interno (modifica las fuerzas de cohesión intermoleculares, diminuyendo la viscosidad de la

resina sin alterar sus propiedades) o externo (aflora a la superficie de la resina para reducir su tendencia a

pegarse a los moldes).

Agentes antiestáticos: empleados en resinas incapaces de dispersar las cargas iónicas que se puede dar

sobre la superficie del producto durante la fabricación.

Agentes antioxidantes: garantizan unas prestaciones prolongadas del material frente a la acción de los rayos

UV y del ozono.

Agentes que modifican las propiedades mecánicas: se trata de Monoceros añadidos durante la fabricación

del compuesto polimérico de base y que influyen en un parámetro específico (p.e. la rigidez del material)

manteniendo casi invariables las demás características.

Agentes retardantes de la llama e ignífugos.

Conservantes: impiden que el material sea ataca por microorg., insectos o roedores.

Pigmentos: preparados a partir de productos insolubles, en forma sólida, de origen mineral u orgánico

Colorantes: compuestos solubles en agua o disolvente orgánico que se utilizan poco debido a su mala

resistencia química.

Pastas colorantes: son dispersiones de pigmentos en un soporte pastoso, de fácil incorporación y dispersión

en la resina.

FIBRAS:

La fibra es el componente de refuerzo del material compuesto, por lo que las características del PRF

(especialmente su resistencia mecánica, rigidez y dureza) van a estar muy determinadas por la fibra utilizada en

su fabricación.

Estas son las fibras más utilizadas y sus características más importantes:

La fibra es el componente de refuerzo del material compuesto, por lo que las características del PRF

(especialmente su resistencia mecánica, rigidez y dureza) van a estar muy determinadas por la fibra utilizada en

su fabricación.

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Estas son las fibras más utilizadas y sus características más importantes:

FIBRA DE VIDRIO:

Esta es la fibra más empleada en los PRF, especialmente en aplicaciones industriales, debido a su gran

disponibilidad, sus buenas características mecánicas y a su bajo coste.

Existe una gran variedad de fibras de vidrio disponibles en el mercado, en las que priman distintas características,

entre las que destacan:

aislamiento eléctrico

resistencia química

alta resistencia mecánica

elevado módulo de elasticidad

propiedades dieléctricas

transparencia a los rayos X

Y, por supuesto, también encontramos vidrios que aúnan dos o más de estas características. Las diferencias

radican básicamente en los silicatos presentes en el vidrio, normalmente un silicato alcalino y uno alcalinotérreo.

CARACTERISTICAS:

Alta adherencia fibra-matriz

Resistencia mecánica, con una resist. Específica (tracción/densidad) superior a la del acero.

Características eléctricas: aislante eléctrico, buena permeabilidad. dieléctrica, permeable a las ondas

electromagnéticas.

Incombustibilidad. No propaga la llama ni origina humos o toxicidad.

Estabilidad dimensional (bajo coef. de dilatación).

Compatibilidad con las materias orgánicas.

Imputrescibilidad, insensible a roedores e insectos.

Débil conductividad térmica (ahorro de calefacción).

Excesiva flexibilidad.

Bajo coste.

El proceso de fabricación consiste en el estiramiento a muy alta temperatura, por tracción mecánica o por acción

de fluidos en movimiento, de una veta de vidrio fundido y su inmediata solidificación.

Alta adherencia fibra-matriz

Resistencia mecánica, con una resist. Específica (tracción/densidad) superior a la del acero.

Características eléctricas: aislante eléctrico, buena permeabilidad. dieléctrica, permeable a las ondas

electromagnéticas.

Incombustibilidad. No propaga la llama ni origina humos o toxicidad.

Estabilidad dimensional (bajo coef. de dilatación).

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Compatibilidad con las materias orgánicas.

Imputrescibilidad, insensible a roedores e insectos.

Débil conductividad térmica (ahorro de calefacción).

Excesiva flexibilidad.

Bajo coste.

El proceso de fabricación consiste en el estiramiento a muy alta temperatura, por tracción mecánica o por acción

de fluidos en movimiento, de una veta de vidrio fundido y su inmediata solidificación.

FIBRA DE CARBONO:

Para muchas aplicaciones en las que la fibra de vidrio presenta una rigidez insuficiente, es necesario sustituirla

por fibras de carbono, siempre que la gran diferencia de precio esté justificada.

Básicamente podemos encontrar tres tipos de fibras de carbono en el mercado:

Fibra de carbono de alto módulo de elasticidad (HM)

Fibra de carbono de alta resistencia (HR)

PROPIEDADES:

Elevado módulo de elasticidad y resistencia a tracción:

No presenta plasticidad, el límite de rotura coincide con el límite elástico.

Baja densidad.

Elevada resistencia a las altas temperaturas (a temperaturas del orden de los 1500–2000  °C presenta un

incremento de sus prestaciones).

Coeficiente de dilatación térmica lineal prácticamente nulo.

Elevada resistencia a las bases.

Buena conductividad eléctrica y térmica.

Alto coste.

Baja resistencia al impacto de baja energía.

Produce diferencias de potencial al contacto con los metales, lo que puede favorecer corrosiones.

Proceso de fabricación: las fibras de carbono se fabrican mediante pirólisis controlada y ciclización de precursores

de cierta fibra orgánica, el más común de los cuales es el precursor poliacrilonitrilo (PAN), y el alquitrán. El

primero es una fibra sintética, con una conversión en fibra entre el 50 y el 55 %, y el segundo se obtiene de la

destilación destructiva del carbón, siendo este relativamente más barato.

Elevado módulo de elasticidad y resistencia a tracción:

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No presenta plasticidad, el límite de rotura coincide con el límite elástico.

Baja densidad.

Elevada resistencia a las altas temperaturas (a temperaturas del orden de los 1500–2000  °C presenta un

incremento de sus prestaciones).

Coeficiente de dilatación térmica lineal prácticamente nulo.

Elevada resistencia a las bases.

Buena conductividad eléctrica y térmica.

Alto coste.

Baja resistencia al impacto de baja energía.

Produce diferencias de potencial al contacto con los metales, lo que puede favorecer corrosiones.

Proceso de fabricación: las fibras de carbono se fabrican mediante pirólisis controlada y ciclización de precursores

de cierta fibra orgánica, el más común de los cuales es el precursor poliacrilonitrilo (PAN), y el alquitrán. El

primero es una fibra sintética, con una conversión en fibra entre el 50 y el 55 %, y el segundo se obtiene de la

destilación destructiva del carbón, siendo este relativamente más barato.

FIBRAS ORGANICAS:

Dentro de esta denominación se hallan incluidas otras como las fibras de polietileno de cadena alargada o las

fibras de polímeros de líquido termotrópico cristalino, pero nos centraremos en las fibras de aramida, debido a su

uso mayoritario y a sus excepcionales características.

Tipos de aramida:

Fibras de bajo módulo (E = 70 GPa)

Fibras de alto módulo (E = 130 GPa)

Quizás la característica más llamativa de las aramidas es su alta resistencia al impacto, su gran tenacidad y su alta

capacidad de absorción de energía, motivos por los cuales es usada incluso en chalecos antibala.

Sin embargo, podemos destacar estas otras características:

Elevada resistencia específica a la tracción (5 veces más resistente que el acero).

Buena estabilidad mecánica en el rango (-30 °C/200 °C)

Alto módulo de elasticidad y baja elongación a la rotura.

Gran estabilidad química, excepto contra ácidos fuertes y bases muy concentradas. Además son resistentes a

la llama y auto extinguibles.

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Y en cuanto a desventajas podemos destacar una baja resistencia a compresión y flexión, pérdidas de resistencia

en presencia de humedad y baja adherencia a determinadas matrices, por ejemplo las termoplásticos; además, su

precio es elevado en comparación con otras fibras.

La fibra de aramida se fabrica mediante un proceso de extrusión e hilado.

OTRAS FIBRAS:

Los tres tipos de fibras anteriores son claramente los más utilizados. Sin embargo podemos referenciar aquí, más

brevemente, otras fibras presentes en el mercado, con prestaciones más altas pero con costes prohibitivos en

muchos casos.

FIBRAS CERAMICAS:

Estas fibras surgen por la necesidad en sector aeroespacial de refuerzos para altas temperaturas. Además de esta

resistencia, presentan altísimas prestaciones en cuanto a resistencia a tracción y estabilidad química. Sin embargo,

su fabricación y manipulación es extremadamente complicada y costosa, por lo que su utilización se he limitado a

este sector y a la industria metalmecánica, en hornos de carburizado para tratamientos termoquímicos, los cuales

pueden llegar a alcanzar temperaturas de hasta 950 °C.

Dentro de las fibras cerámicas destacan los whiskers: fibras inorgánicas cortas de estructura perfectamente

cristalina, con resistencias a tracción entre 3 y 14 GPa y módulos de elasticidad entre 400 y 700 GPa, además de

una resistencia a altas temperaturas.

Estas fibras surgen por la necesidad en sector aeroespacial de refuerzos para altas temperaturas. Además de esta

resistencia, presentan altísimas prestaciones en cuanto a resistencia a tracción y estabilidad química. Sin embargo,

su fabricación y manipulación es extremadamente complicada y costosa, por lo que su utilización se he limitado a

este sector y a la industria metalmecánica, en hornos de carburizado para tratamientos termoquímicos, los cuales

pueden llegar a alcanzar temperaturas de hasta 950 °C.

Dentro de las fibras cerámicas destacan los whiskers: fibras inorgánicas cortas de estructura perfectamente

cristalina, con resistencias a tracción entre 3 y 14 GPa y módulos de elasticidad entre 400 y 700 GPa, además de

una resistencia a altas temperaturas.

FIBRA DE BORO:

Son fibras obtenidas a partir de la deposición en substrato de wolframio o de carbono, siendo las primeras las más

utilizadas, aunque únicamente en el sector espacial, militar o aeronáutico, debido a su elevado coste.

Destacan las siguientes propiedades:

Densidad: 2570 kg/m³

Alta resistencia: 3600 MPa

Alto módulo de elasticidad: 400 GPa

Posibilidad de combinar con epoxi, matrices de aluminio y titanio.

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FIBRA DE CARBURO DE SILICIO:

Esta fibra ha sido utilizada con éxito como refuerzo de matrices orgánicas y cerámicas. Tiene un coste menos

elevado que la de boro, por lo que se está utilizando en mayor medida que éste como refuerzo. El proceso de

fabricación es bastante similar al de la fibra de boro. Éstas son las propiedades más importantes:

Densidad: 2800 kg/m³

Resistencia a tracción: 2.5 a 3 GPa

Módulo de elasticidad: 200 GPa

Elevada temperatura máxima de servicio: 1250 °C

FIBRA DE CUARZO:

A partir de cristales de cuarzo natural se forman filamentos. Alrededor de 200 filamentos combinados dan lugar a

una fibra flexible y con alta resistencia. Se puede utilizar con la mayoría de las resinas. He aquí algunas de

sus propiedades:

Densidad: 2200 kg/m³

Resistencia a tracción: 3.45 GPa

Módulo de elasticidad: 71 GPa

Deformación a la rotura del 1%, son fibras perfectamente elásticas.

Excelente resistencia al choque térmico: es posible calentarlas hasta 1100 °C y enfriarlas rápidamente en

agua sin ningún cambio.

A partir de cristales de cuarzo natural se forman filamentos. Alrededor de 200 filamentos combinados dan lugar a

una fibra flexible y con alta resistencia. Se puede utilizar con la mayoría de las resinas. He aquí algunas de

sus propiedades:

Densidad: 2200 kg/m³

Resistencia a tracción: 3.45 GPa

Módulo de elasticidad: 71 GPa

Deformación a la rotura del 1%, son fibras perfectamente elásticas.

Excelente resistencia al choque térmico: es posible calentarlas hasta 1100 °C y enfriarlas rápidamente en

agua sin ningún cambio.

FIBRAS METALICAS:

Tienen la desventaja de su densidad y coste, pues son más caras que la fibra de vidrio (a excepción del acero).

Éstas son las más utilizadas y sus principales características:

Hierro y aleaciones: alta resist. y mod. elast. Ferromagnéticos.

Aceros inoxidables: resistencia a la corrosión

Superaleaciones de níquel y cobalto: resist. Mecánica y química a altas temperaturas.

Titanio, tantalio, níquel: refractarios, resist. a la corrosión.

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Cobre y aleaciones: conductividad eléctrica y térmica

Aluminio y aleaciones: baja densidad, conductor elec. y térmico.

Plata, oro y metales preciosos: conductor elec. y term. No se corroen.

INTERFAZ FIBRA – MATRIZ:

Las propiedades del PRF están determinadas por la matriz y las fibras empleadas, así como por las cargas o

aditivos que pueda contener. Sin embargo, para ello es esencial asegurar una correcta unión entre los refuerzos y

la matriz, de manera que su resistencia y rigidez sea transmitida al material compuesto. El comportamiento a

fractura también depende de la resistencia de la interfase.

Una interfase débil da como resultado un material con baja rigidez y resistencia, pero alta resistencia a la fractura,

mientras que una interfase fuerte resulta en un material rígido y resistente, pero con una frágil resistencia a la

fractura.

En relación con la interfase es importante considerar la impregnabilidad. Ésta se define como la capacidad de un

líquido de extenderse por una superficie sólida. En algunas etapas de la fabricación del material compuesto, la

matriz se debe comportar como un líquido, por lo que una buena impregnabilidad significará que la matriz fluirá

perfectamente por la superficie del refuerzo y desplazara todo el aire. Un buen impregnado se dará cuando la

viscosidad de la matriz no sea muy alta y cuando exista un descenso de la energía libre del sistema

Además, en la unión de la interfase pueden darse varios tipos de unión:

Unión mecánica: cuanto más rugosa sea la superficie más efectiva será la unión. Esta unión en efectiva

cuando la fuerza se aplica paralela a la superficie (esfuerzos cortantes), sin embargo será poco efectiva para

esfuerzos de tracción.

Unión electrostática: La unión entre refuerzo y matriz ocurre cuando una superficie está cargada

positivamente y la otra negativamente. Estas uniones son efectivas únicamente en distancias pequeñas, del

orden de átomos.

Unión química: Puede estar formada entre grupos químicos en la superficie del refuerzo y grupos químicos

compatibles en la matriz. La resistencia de la unión depende el número de uniones por unidad de área. Para

este tipo de uniones pueden utilizarse agente apareantes.

Unión mediante reacción o interdifusión: Los átomos o moléculas de los componentes del material

compuesto pueden difundirse en la interfase para da lugar a este tipo de unión. Para interfases en las que

estén involucrados polímeros, este tipo de unión puede considerarse como un entrelazado entre moléculas.

Para los sistemas en los que estén involucrados metales y cerámicas la difusión de componentes de ambos

materiales puede dar lugar a una frontera en la interfase de diferente estructura y composición que dichos

materiales.

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UTILIZACION:

Dada la gran cantidad de fibras y matrices disponibles, se pueden conseguir una variedad inmensa de

combinaciones que podrán adecuarse a las necesidades de cada caso.

Para dicho fin, es necesario tener en cuenta los cinco elementos que determinan las características de un PRF:

fibras, matriz, cargas, aditivos e interfaz fibra-matriz, comprobando su compatibilidad dadas sus características

individuales. Para ello es habitual hacer ensayos de los PRF antes de su utilización. Sin embargo, se tiene bastante

experiencia sobre el comportamiento de algunas combinaciones particulares, dada su extensa aplicación, por lo

que para dichas combinaciones puede no ser resultar necesario un ensayo tan exhaustivo como en otros casos.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS:

+

CUADRO DESCRIPTIVO:

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APLICACIÓN EN LA CONSTRUCCION:

VENTAJAS DE USAR CFRP Y GFRP COMO REFUERZO PARA APLICACIONES EN CONSTRUCCIÓN

Refuerzo ligero, reducción de peso frente a los materiales tradicionales.

Permiten menores recursos logísticos y humanos: REDUCCIÓN DE COSTES.

Eficacia estructural: Por su relación Resistencia/densidad se consiguen estructuras ligeras con altas

capacidades mecánicas.

Proceso de ejecución más rápido y gran flexibilidad en el montaje de elementos y piezas, facilidad de

transporte, no es necesario remover servicios ni instalaciones.  Por tanto se REDUCEN LOS PLAZOS DE

ENTREGA Y PUESTA EN FUNCIONAMIENTO.

Sistema no Intrusivo. Mínimas afecciones a la estructura y al entorno.

Mínimo Mantenimiento: materiales resistentes a la corrosión y ambientes agresivos (ataques químicos).  

No necesitan pintura y no se 

Pudren: REDUCCIÓN DE COSTES.

Inalterabilidad e Impermeabilidad en ambientes agresivos: Especialmente aplicables a obras en plantas

químicas, industriales, ambientes marinos, etc.

Libertad de diseño y Versatilidad de Acabados (texturas, color, etc.)

Uniones Químicas: Unión mediante adhesivos químicos.

No crean interferencias frente a ondas electromagnéticas: Idóneos para zonas de navegación aérea.

Si bien los costes de estos materiales son mayores a los costes de los materiales empleados

tradicionalmente, debido a las ventajas mencionadas existe una reducción de los costes globales de

construcción al emplear FRPs.

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CONCRETO POLIMERICO (PC)

Es un material compuesto formado por la combinación de agregados minerales (arena, grava, agua entre otros) y resina poliméricas.

VENTAJAS

Rápido secado, valores alto en propiedades mecánicas y capacidad de soportar ambientes corrosivos.Bajo peso específico, alta resistencia Qca y baja absorción de humedad.

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Excelentes propiedades de amortiguación de las vibraciones, propiedades aislantes.

SIMILITUD CON CONCRETO PORTLAND

CONCRETO POLIMERICO CONCRETO PORTLAND

Resina Cemento

Cargas ( arena, talco, carbonato de calcio) Arenas y Gravas

Catalizador Agua

Fibras Refuerzos ( Varillas )

COMPARACION CON CONCRETO NORMAL

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RESITENCIA A SOLVENTES Y QUIMICOS

PROPIEDADES DEL HORMIGON POLIMERICO

Varían mucho y dependen del contenido de aglutinante, la distribución de tamaño de los agregados, la naturaleza y el contenido relleno microscópico, las condiciones de curado y así sucesivamente.

LIMITACIONES PARA EL USO

Presentan gran potencial respecto a los concretos convencionales. Sin embargo, antes de que el potencial de estos materiales como un material alternativo pueda ser plenamente aprovechado, una metodología para la evaluación de las propiedades a largo plazo debe estar disponible.

ESTUDIOS DE FATIGA HORMIGON POLIMERICO (PC)

Los estudios sobre el comportamiento a fatiga del hormigón polímero son muy escasos.El límite de resistencia a la fatiga de dos millones de ciclos ha sido reportado como un nivel de tensión de 59%, muy similar a la del hormigón de cemento.

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Ejemplo:

PUENTES Y PASARELAS DE POLIMERICO REFORZADO CON FIBRAS

Los nuevos materiales compuestos basados en polímeros reforzados con fibras (PLR), están presentes en casi todos los objetos de nuestra vida diaria. También se usan en el mundo de la construcción: elementos estructurales, cerramientos opacos o traslúcidos, sanitarios, pavimentos, conducciones, elementos de instalaciones eléctricas, etc.

Suelen ser estructuras híbridas, donde se combinan elementos tradicionales con nuevos materiales. En general son de dos tipos:

Las que el tablero superior es de PRF que se apoya sobre vigas de acero, de madera o de hormigón Las que las vigas son de PRF y sobre ellas apoya un tablero tradicional (hormigón armado, madera)

Entre las ventajas de los puentes y pasarelas realizados con plásticos reforzados con fibras, podemos resaltar las siguientes:

Ligereza Elevada resistencia y rigidez específica Gran resistencia a la corrosión y agentes ambientales Baja conductividad térmica No producen interferencias en campos electro-magnéticos Gran libertad de formas, tamaños y diseños

Entre las desventajas:

Elevado precio inicial (necesario un análisis a lo largo de toda la vida) Degradación de sus propiedades a temperaturas no excesivamente altas, especialmente de la matriz

polimérica (100ºC) Inercia del sector Falta de experiencia Inexistencia de normas y recomendaciones Mal comportamiento en caso de incendio

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CONCLUSION:

PC alta resistencia, fácil fraguado, es más estable, fácil fabricación de cualquier pieza, bajo precio, contribuyen al proceso de curado y se convierte hoy en días en una alternativa para darle uso a los productos que son desechos del consumo humano como las botellas PET, las fibras de polipropileno, etc.

Se requiere dosificar la resina y acción sostenible más que reutilizar.