Plástico reforzado con fibra, Definición del proceso, Historia, Descripción del proceso, Ventajas y limitaciones, Requisitos de los materiales, Ejemplos de polímeros más adecuados para el proceso de, Aplicaciones de plástico reforzado con fibra, Aplicaciones estructurales de FRP, Consideraciones de diseño

Plástico reforzado con fibras es un material compuesto hecho de una matriz de polímero reforzado con fibras. Las fibras son generalmente de vidrio, de carbono, de basalto o de aramida, aunque otras fibras tales como papel o madera o de amianto se han utilizado a veces. El polímero es generalmente un epóxido, éster de vinilo o plástico termoestable de poliéster y resinas de fenol formaldehído están todavía en uso. FRP se utilizan comúnmente en la industria aeroespacial, automotriz, marina y la industria de la construcción.

Definición del proceso

Un polímero se fabrica generalmente mediante polimerización por crecimiento en etapas o polimerización por adición. Cuando se combina con diversos agentes para mejorar o alterar de cualquier forma las propiedades del material de polímeros el resultado se conoce como un plástico. Plásticos compuestos se refieren a aquellos tipos de plásticos que resultan de la unión de dos o más materiales homogéneos con diferentes propiedades del material para derivar un producto final con cierto material deseado y las propiedades mecánicas. Plásticos reforzados con fibra son una categoría de compuestos plásticos que utilizan específicamente materiales de fibra para mejorar mecánicamente la fuerza y la elasticidad de los plásticos. El material plástico original sin refuerzo de fibra se conoce como la matriz. La matriz es un plástico duro, pero relativamente débil que se ve reforzada por fuertes filamentos de refuerzo o fibras más rígidas. La medida en que la fuerza y la elasticidad se han mejorado en un plástico reforzado con fibra depende de las propiedades mecánicas de tanto la fibra y la matriz, su volumen respecto a la otra, y la longitud de la fibra y la orientación dentro de la matriz. Refuerzo de la matriz se produce por definición, cuando el material de FRP exhibe mayor resistencia o elasticidad en relación con la fuerza y la elasticidad de la matriz sola.

Historia

Baquelita fue el primer plástico reforzado con fibra. Dr. Baekeland había establecido originalmente para encontrar un reemplazo de la goma laca. Los químicos habían comenzado a reconocer que muchas resinas naturales y fibras eran polímeros, y Baekeland investigado las reacciones de fenol y formaldehído. El primero produjo una soluble en fenol formaldehído laca llamada "Novolak" que nunca llegó a ser un éxito en el mercado, y se volvió hacia el desarrollo de un ligante para el amianto, que, en aquel momento, fue moldeado con goma. Mediante el control de la presión y la temperatura aplicada al fenol y formaldehído, se encontró en 1905 que podría producir su soñada material moldeable endurecido baquelita. Dio a conocer su invento en una reunión de la American Chemical Society de 5 de febrero de 1909.

El desarrollo de plástico reforzado con fibra para uso comercial se está investigando mucho en la década de 1930. En el Reino Unido, una considerable investigación se llevó a cabo por pioneros como Norman de Bruyne. Fue particularmente de interés para la industria de la aviación.

La producción en masa de filamentos de vidrio fue descubierto en 1932, cuando un investigador en Owens-Illinois dirigido accidentalmente un chorro de aire comprimido en una corriente de vidrio fundido y las fibras producidas. Owens se unió a la empresa Corning en 1935 y el método fue adaptado por Owens Corning a producir sus patentadas "fibreglas". Una resina adecuada para la combinación de los "fibreglas" con un plástico fue desarrollado en 1936 por Du Pont. El primer antepasado de resinas de poliéster modernos es de Cyanamid de 1942 - los sistemas de curado de peróxido se utilizaron para entonces.

Ray Greene de Owens Corning se acredita con la producción de la primera embarcación compuesta en 1937, pero que no llegó más lejos en el tiempo debido a la naturaleza frágil del plástico utilizado. En 1939 se informó de que Rusia ha construido un barco de pasajeros de los materiales plásticos, y los Estados Unidos un fuselaje y las alas de un avión. El primer coche que tiene un cuerpo de fibra de vidrio fue el 1946 Stout Scarab. Sólo uno de este modelo fue construido.

El primer avión de plástico reforzado con fibra de fuselaje fue utilizado en una versión modificada Vultee BT-13, designado el XBT-16 con base en Wright Field a finales de 1942. En 1943 se llevaron a cabo más experimentos construcción de piezas de aviones de materiales compuestos estructurales resultantes en el primer avión, un Vultee BT-15, con un fuselaje GFRP, denominado XBT-19, de ser trasladado en 1944. Un avance significativo en los procesos de mecanizado de componentes GFRP había sido hecho por Republic Aviation Corporation en 1943.

Producción de fibra de carbono se inició a finales de 1950 y fue utilizado, aunque no mucho, en la industria británica a partir de la década de 1960, las fibras de aramida se estaban produciendo en esta época también, apareciendo por primera vez bajo el nombre comercial Nomex por DuPont. Hoy en día cada una de estas fibras se utiliza ampliamente en la industria para las aplicaciones que requieren plásticos con resistencia específica o cualidades elásticas. Las fibras de vidrio son los más comunes en todos los sectores, aunque la fibra de carbono y materiales compuestos de fibra de aramida se encuentran ampliamente en la industria aeroespacial, automoción y deportivas buenas aplicaciones.

Producción de polímeros Mundial sobre la escala hoy presente comenzó a mediados del siglo 20, cuando los costes de producción, las nuevas tecnologías de producción y nuevas categorías de productos bajo el material y se combinan para hacer que la producción de polímeros económico. La industria finalmente maduró a finales de 1970, cuando la producción de polímeros del mundo superó a la de acero, fabricación de polímeros del material omnipresente que es hoy. Plásticos reforzados con fibra han sido un aspecto importante de esta industria desde el principio. Hay tres categorías importantes de fibra utilizados en FRP, vidrio, carbono, aramida y.

Descripción del proceso

FRP implica dos procesos distintos, la primera es el proceso mediante el cual el material fibroso es fabricado y formado, la segunda es el proceso por el que los materiales fibrosos están unidos con la matriz durante el proceso de moldeo.

Proceso de Fibra

 La fabricación de tejido de fibra

Refuerzo de fibra se fabrica en ambos dos orientaciones dimensionales dimensionales y tres

  • Dos de fibra de polímero reforzado dimensional se caracterizan por una estructura laminada en la que las fibras están alineadas a lo largo de sólo el plano en la dirección x e y-dirección del material. Esto significa que no hay fibras se alinean en el espesor o a través de la dirección z, esta falta de alineación en el espesor puede crear a través de una desventaja en coste y el procesamiento. Costos y aumentar la mano de obra debido a las técnicas de procesamiento convencionales utilizados para la fabricación de materiales compuestos, como las manos mojadas lay-up, autoclave y resina de moldeo por transferencia, requieren una gran cantidad de mano de obra calificada para cortar, apilar y agrupar en un componente preformado.
  • Fibra tridimensional compuestos reforzados con materiales de polímero son con tres estructuras dimensionales de fibra que incorporan fibras en la dirección x, y-dirección y la dirección z. El desarrollo de orientaciones tridimensionales surgió de la necesidad de la industria para reducir los costes de fabricación, para aumentar las propiedades mecánicas a través de espesor, y para mejorar el impacto de la tolerancia al daño; todos eran problemas asociados con dos polímeros reforzados con fibras dimensionales.
  •  La fabricación de preformas de fibra

    Preformas de fibra son cómo se fabrican las fibras antes de ser unido a la matriz. Preformas de fibra se fabrican a menudo en hojas, esteras continuas, o filamentos continuos como para aplicaciones de pulverización. Las cuatro formas principales para la fabricación de la preforma de fibra es a través de las técnicas de procesamiento de textiles de tejido, tejido, trenzado y cosido.

  • Tejiendo se puede hacer de una manera convencional para producir fibras de dos dimensiones, así como en un tejido multicapa de que puede crear fibras tridimensionales. Sin embargo, se requiere tejido multicapa de tener múltiples capas de hilos de urdimbre para crear fibras en la dirección z creando algunas desventajas en la fabricación, es decir, el tiempo para crear todos los hilos de urdimbre en el telar. Por lo tanto la mayor parte de múltiples capas tejido se utiliza actualmente para producir productos con anchos relativamente estrechos, o productos de alto valor donde el coste de la producción de preformas es aceptable. Otro de los principales problemas que enfrenta el uso de tejidos de múltiples capas es la dificultad en la producción de un tejido que contiene fibras orientadas con ángulos distintos de 0 "y 90" el uno al otro, respectivamente.
  • La segunda forma importante de fabricación de preformas de fibra está trenzado. Trenzado es adecuado para la fabricación del ancho de la tela plana o tubular estrecha y no es tan capaz como el tejido en la producción de grandes volúmenes de tejidos anchos. Trenzado se realiza sobre la parte superior de mandriles que varían en forma de sección transversal o dimensión a lo largo de su longitud. Trenzado se limita a los objetos sobre un ladrillo de tamaño. A diferencia del proceso de tejido estándar, trenzado puede producir tejido que contiene fibras a 45 grados ángulos entre sí. Trenzar fibras tridimensionales se pueden hacer usando cuatro paso, de dos pasos o de múltiples capas de paso Braiding.Four de enclavamiento o de la fila y el trenzado de la columna utiliza un lecho plano que contiene filas y columnas de portadores de hilo que forman la forma de la preforma deseada. Portadores adicionales se añaden a la parte exterior de la matriz, la ubicación precisa y la cantidad de los cuales depende de la preforma forma exacta y la estructura requerida. Hay cuatro secuencias distintas de la fila y el movimiento de la columna, que actúan para entrelazar los hilos y producir la preforma trenzada. Los hilos se ven obligados mecánicamente en la estructura entre cada paso de consolidar la estructura en un proceso similar al uso de una caña en weaving.Two-paso de trenzado es a diferencia del proceso de cuatro pasos debido a que el de dos etapas incluye un gran número de hilos fijado en la dirección axial y un menor número de hilos de trenzado. El proceso consta de dos pasos en el que los portadores de trenzado se mueven completamente a través de la estructura entre las portadoras axiales. Esta relativamente simple secuencia de movimientos es capaz de formar preformas de esencialmente cualquier forma, incluyendo formas circulares y hueco. A diferencia del proceso de cuatro pasos del proceso de dos pasos no requiere compactación mecánica de los movimientos que participan en el proceso permite la trenza que se tira firmemente por la tensión del hilo solo. El último tipo de trenzado es trenzado de enclavamiento de múltiples capas que consta de un número de trenzadoras circulares estándar están unidas entre sí para formar un bastidor cilíndrico trenzado. Este marco tiene un número de pistas de trenzado paralelo alrededor de la circunferencia del cilindro, pero el mecanismo permite la transferencia de portadores de hilo entre pistas adyacentes que forman un tejido trenzado de múltiples capas con hilos entrelazados a las capas adyacentes. La multicapa enclavamiento trenza difiere tanto de los cuatro paso y trenzas de dos pasos en el que los hilos entrelazados son principalmente en el plano de la estructura y por lo tanto no reducen significativamente las propiedades en el plano de la preforma. El de cuatro pasos y dos procesos de paso producen un mayor grado de interconexión como el trenzado de hilos de viajes a través del grosor de la preforma, pero por lo tanto, contribuyen menos a la ejecución en el plano de la preforma. Una desventaja de los equipos de enclavamiento de múltiples capas es que, debido al movimiento sinusoidal convencional de los portadores de hilo para formar la preforma, el equipo no es capaz de tener la densidad de portadores de hilo que es posible con el paso dos y cuatro máquinas de paso.
  • Knitting preformas de fibra se puede hacer con los métodos tradicionales de la Urdimbre y hacer punto, y el tejido producido a menudo se considera por muchos como tejido de dos dimensiones, pero las máquinas con dos o más planchas de agujas son capaces de producir tejidos de múltiples capas con ñame de que atravesar entre el capas. Los avances en controles electrónicos para la selección de agujas y de transferencia de lazo de punto, y en los mecanismos sofisticados que permiten áreas específicas del tejido que se celebrará y sus movimientos controlados. Esto ha permitido la tela para formar a sí mismo en la forma preforma tridimensional requerida con un mínimo de desperdicio de material.
  • Costura es sin duda el más simple de los cuatro principales técnicas de fabricación de textiles y uno que se pueden realizar con la menor inversión en maquinaria especializada. Básicamente, el proceso de costura consiste en la inserción de una aguja, que lleva el hilo de la puntada, a través de una pila de capas de tela para formar una estructura 3D. Las ventajas de la costura son que es posible puntada tanto tejido seco y preimpregnado, si bien la pegajosidad del material preimpregnado hace difícil el proceso y, en general crea más daño en el material preimpregnado que en la tela seca. Costuras también utiliza las telas bidimensionales estándar que suelen utilizarse en la industria de los compuestos por lo tanto hay un sentido de familiaridad sobre los sistemas materiales. El uso de la tela estándar también permite un mayor grado de flexibilidad en la tela lay-up del componente del que es posible con los otros procesos textiles, que tienen restricciones sobre las orientaciones de las fibras de que se pueden producir.
  • Procesos de formación

    Una estructura rígida se utiliza por lo general para establecer la forma de los componentes de FRP. Las piezas pueden ser establecidas arriba sobre una superficie plana se hace referencia como "placa de presión" o en una estructura cilíndrica que se refiere como "mandril". Sin embargo, las piezas de plástico reforzado con fibra de la mayoría se crean con un molde o "instrumento". Los hongos pueden ser moldes cóncavos mujeres, moldes macho o el molde puede encerrar completamente la pieza con un molde superior e inferior.

    Los procesos de moldeo de plásticos FRP comienza mediante la colocación de la preforma de fibra sobre o en el molde. La preforma de fibra puede ser de fibra seca, o fibra que ya contiene una cantidad medida de resina llamada "preimpregnado". Fibras secas se "mojan" con resina ya sea con la mano o la resina se inyecta en un molde cerrado. La pieza se cura entonces, dejando la matriz y las fibras en la forma creada por el molde. El calor y/o presión a veces se utilizan para curar la resina y mejorar la calidad de la pieza final. A continuación se enumeran los diferentes métodos de formación.

     Vejiga moldeo

    Hojas individuales de material preimpregnado se establecen arriba y se colocaron en un molde de tipo hembra a lo largo con una vejiga de globo. El molde se cierra y se coloca en una prensa calentada. Por último, la vejiga es presurizado obligando a las capas de material contra las paredes del molde. La parte se cura y se retira del molde caliente. Vejiga moldeo es un proceso de moldeo cerrado con un ciclo de curado relativamente corto entre 15 y 60 minutos por lo que es ideal para hacer formas geométricas huecas complejos a un costo competitivo.

     El moldeo por compresión

    Cuando la materia prima contiene fibras de refuerzo, una parte moldeada por compresión califica como un plástico reforzado con fibra. Más típicamente la preforma de plástico utilizado en el moldeo por compresión no contiene fibras de refuerzo. En moldeo por compresión, una "preforma" o "carga" de SMC BMC se coloca en la cavidad del molde. El molde se cierra y el material se forma y se cura dentro por la presión y el calor. El moldeo por compresión ofrece excelentes detalles de formas geométricas que van desde el patrón y el alivio de detalle de curvas complejas y formas creativas, a la ingeniería de precisión de todo dentro de un tiempo máximo de secado de 20 minutos.

     Autoclave/bolsa de la aspiradora

    Hojas individuales de material preimpregnado se ponen en marcha y se colocan en un molde abierto. El material está cubierto con película de protección, material de purga/ventilación y una bolsa de vacío. Un vacío se tira en parte y todo el molde se coloca en un autoclave. La pieza se cura con un vacío continuo para extraer los gases atrapados en laminado. Este es un proceso muy común en la industria aeroespacial, ya que ofrece un control preciso sobre el proceso de moldeo debido a un ciclo de curado lento durante mucho tiempo que es en cualquier lugar de una a varias horas. Este control preciso crea las formas geométricas laminado exactos necesarios para asegurar la resistencia y la seguridad en la industria aeroespacial, pero también es lento y mano de obra intensiva, es decir, los costes a menudo se limitan a la industria aeroespacial.

     Envoltura de mandril

    Láminas de material preimpregnado se envuelven alrededor de un mandril de acero o de aluminio. El material preimpregnado se compacta de nylon o cinta cello polipropileno. Las piezas son típicamente lote curado por bolsa de vacío y que cuelga en un horno. Después de la cura se quitan el violonchelo y el mandril dejando un tubo hueco de carbono. Este proceso crea tubos de carbono huecas fuertes y robustas.

     Bandeja Wet

    Formando bandeja húmedo combina refuerzo de fibra y la matriz, ya que se colocan en la herramienta de formación. Capas de refuerzo de fibra se colocan en un molde abierto y luego saturados con una húmeda vertiéndola sobre la tela y de trabajo en el tejido. El molde se deja a continuación, de manera que la resina se cura, generalmente a temperatura ambiente, aunque el calor se utiliza a veces para asegurar un proceso de curado apropiado. A veces una bolsa de vacío se utiliza para comprimir una bandeja húmeda. Las fibras de vidrio son los más utilizados para este proceso, los resultados son ampliamente conocidos como fibra de vidrio, y se utiliza para hacer productos comunes como los esquís, canoas, kayaks y tablas de surf.

     Gun Chopper

    Hebras continuas de fibra de vidrio se empujan a través de una pistola de mano que ambos chuletas de las hebras y los combina con una resina catalizada, tal como poliéster. El vidrio picado impregnado se disparó en la superficie del molde en cualquier espesor de la concepción y operador humano piensa que es apropiado. Este proceso es bueno para la producción de grandes series a un costo económico, pero produce formas geométricas con menos fuerza que en otros procesos de moldeo y tiene poca tolerancia dimensional.

     Filamento bobinado

    Máquinas tiran de haces de fibras a través de un baño húmedo de la resina y de la herida sobre un mandril giratorio de acero en orientaciones Partes específicas se curan o bien temperatura ambiente o temperaturas elevadas. Mandril se extrae, dejando una forma geométrica final, pero se puede dejar en algunos casos.

     Pultrusión

    Haces de fibras y telas de hendidura se tira a través de un baño de resina húmeda y se forman en la forma la pieza en bruto. Material de saturada es extruido a partir de un troquel cerrado climatizada curado al ser tomado continuamente a través de troquel. Algunos de los productos finales del proceso de extrusión por estirado son formas estructurales, es decir, que la viga, ángulo, canal y la hoja plana. Estos materiales se pueden utilizar para crear todo tipo de estructuras de fibra de vidrio tales como escaleras, plataformas, los sistemas de tanque de pasamanos y soportes de tubería de la bomba.

     RTM y VARTM

    También se llama infusión de resina. Las telas se colocan en un molde que se inyecta a continuación en resina húmeda. La resina es normalmente presurizado y forzado en una cavidad que se encuentra bajo vacío en el proceso de RTM. La resina se retiró por completo en la cavidad en vacío en el proceso VARTM. Este proceso de moldeo permite tolerancias precisas y detalladas que dan forma, pero a veces puede fallar para saturar totalmente el tejido que lleva a los puntos débiles en la forma final.

    Ventajas y limitaciones

    FRP permite la alineación de las fibras de vidrio de los termoplásticos para adaptarse a los programas de diseño específicos. Especificación de la orientación de las fibras de refuerzo puede incrementar la fuerza y la resistencia a la deformación del polímero. Polímeros reforzados de vidrio son más fuertes y más resistente a fuerzas de deformación cuando las fibras de polímeros son paralelas a la fuerza que se ejerce, y son más débiles cuando las fibras son perpendiculares. Por lo tanto esta habilidad es a la vez tanto una ventaja o una limitación en función del contexto de uso. Los puntos débiles de las fibras perpendiculares se pueden utilizar para bisagras naturales y las conexiones, sino que también pueden dar lugar a fallo del material cuando los procesos de producción no pueden orientar apropiadamente las fibras paralelas a las fuerzas que se espera. Cuando las fuerzas se ejercen perpendicular a la orientación de las fibras de la fuerza y la elasticidad del polímero es menor que la matriz sola. En los componentes de resina fundidas de polímeros reforzados de vidrio tales como UP y EP, la orientación de las fibras puede ser orientado en los tejidos bidimensionales y tridimensionales. Esto significa que cuando las fuerzas son posiblemente perpendicular a una orientación, que son paralelas a la otra orientación, lo que elimina la posibilidad de puntos débiles en el polímero.

    Modos de fallo

    Fallo estructural puede ocurrir en materiales FRP cuando:

    • Las fuerzas de tracción estiran la matriz más de las fibras, haciendo que el material de corte en la interfase entre la matriz y las fibras.
    • Las fuerzas de tracción cerca del extremo de las fibras exceden las tolerancias de la matriz, la separación de las fibras de la matriz.
    • Las fuerzas de tracción también pueden exceder las tolerancias de las fibras que causan las propias fibras a la fractura que lleva a la falla del material.

    Requisitos de los materiales

    La matriz también debe satisfacer ciertos requisitos para ser el primero adecuado para el proceso de FRP y asegurar un refuerzo éxito de por sí. La matriz debe ser capaz de saturar adecuadamente, y el vínculo con las fibras dentro de un período de curado adecuado. La matriz debe preferentemente enlace químicamente con el refuerzo de fibra para la adherencia máxima. La matriz debe también completamente sobre las fibras para protegerlos de los cortes y muescas que reducirían su fuerza, y para transferir las fuerzas a las fibras. Las fibras también deben mantenerse separados unos de otros de manera que si se produce un fallo que se localiza tanto como sea posible, y si se produce un fallo de la matriz también deben DEBOND de la fibra por razones similares. Por último la matriz debe ser de un plástico que permanece químicamente y físicamente estables durante y después de los procesos de refuerzo y moldeo. Para ser apto para los aditivos material de la fibra de refuerzo debe aumentar la resistencia a la tracción y módulo de elasticidad de la matriz y cumplir las siguientes condiciones, las fibras deben exceder el contenido fundamental de la fibra, la resistencia y la rigidez de las fibras en sí debe superar la resistencia y rigidez de la matriz sola , y debe haber una unión óptima entre las fibras y la matriz

    Material de fibra de vidrio

     Más información: plástico reforzado con vidrio

    FRP utilizan fibras de vidrio textiles, fibras textiles son diferentes de otras formas de fibras de vidrio utilizadas en aplicaciones de aislamiento. Fibras de vidrio textiles comienzan como combinaciones variables de SiO2, Al2O3, B2O3, CaO, MgO o en forma de polvo. Estas mezclas se calientan luego a través de un proceso de fusión directa a temperaturas de alrededor de 1300 grados centígrados, después de lo cual los troqueles son utilizados para extruir filamentos de fibra de vidrio de diámetro entre 9 y 17 m. Estos filamentos se enrollan a continuación en hilos más grandes y se centrifugaron en bobinas para el transporte y posterior procesamiento. La fibra de vidrio es, con mucho, el medio más popular para reforzar plásticos y, por tanto goza de una gran variedad de procesos de producción, algunos de los cuales son aplicables a aramida y fibras de carbono también debido a sus cualidades fibrosos compartidos.

    Roving Es un proceso en el que los filamentos se hilan en temas de mayor diámetro. Estos hilos se utilizan comúnmente para el tejido de refuerzo de tejidos de vidrio y alfombras, y en aplicaciones de pulverización.

    Tejidos de fibra son en forma de cinta de tela material que tiene direcciones de la urdimbre y la trama de refuerzo. Esteras de fibra son de formato web esteras no tejidas de fibras de vidrio. Tapetes se fabrican en las dimensiones de corte con fibras cortadas o en alfombras continuas utilizando fibras continuas. Fibra de vidrio cortada se utiliza en procesos en los que las longitudes de hilos de vidrio se cortan entre 3 y 26 mm, hilos se utilizan a continuación en los plásticos más comúnmente destinados a procesos de moldeo. Hebras cortas de fibra de vidrio son cortos 0,2-0,3 mm hebras de fibras de vidrio que se utilizan para reforzar termoplásticos más comúnmente para el moldeo por inyección.

    La fibra de carbono

    Fibras de carbono se crean cuando las fibras de poliacrilonitrilo, resinas de tono, o de rayón, se carboniza a altas temperaturas. A través de otros procesos de grafitización o el estiramiento de la fuerza o la elasticidad de las fibras se pueden mejorar, respectivamente. Las fibras de carbono se fabrican en diámetros análogas a las fibras de vidrio con diámetros de 9 a 17 m. Estas fibras enrolladas en temas más grandes de transporte y más procesos de producción. Otros procesos de producción incluyen tejer o trenzar en las telas de carbono, paños y alfombras análogos a los descritos para el vidrio que a continuación se puede utilizar en los procesos de refuerzo reales.

    Proceso de material de fibra de aramida

    Las fibras de aramida son conocidos más comúnmente Kevlar, Nomex y Technora. Aramidas se preparan generalmente mediante la reacción entre un grupo amina y un grupo haluro de ácido carboxílico; comúnmente esto se produce cuando una poliamida aromática se hila a partir de una concentración de líquido de ácido sulfúrico en una fibra cristalizado. Las fibras son luego girar en temas más grandes con el fin de tejer en grandes cuerdas o telas tejidas. Las fibras de aramida se fabrican con distintos grados de base en diferentes calidades de resistencia y rigidez, de modo que el material puede ser un poco adaptado a las necesidades específicas de las preocupaciones de diseño, tales como el corte del material resistente durante la fabricación.

    Ejemplos de polímeros más adecuados para el proceso de

    Aplicaciones de plástico reforzado con fibra

    Plásticos reforzados con fibras son los más adecuados para cualquier programa de diseño que exige la reducción de peso, ingeniería de precisión, tolerancias finitos, y la simplificación de las partes en la producción y operación. Un artefacto polímero moldeado es más barato, más rápido y más fácil de fabricar que el aluminio fundido o artefacto de acero, y mantiene tolerancias similares ya veces mejores y fortalezas materiales. El Mitsubishi Lancer Evolution IV también se utiliza FRP para su material alerón.

    La fibra de carbono reforzado con polímeros

    Timón de Airbus A310

    • Ventajas sobre un timón tradicional a base de chapa de aluminio son:

      • Reducción del 25% en peso
      • 95% de reducción en los componentes mediante la combinación de partes y piezas moldeadas en formas más simples.
      • Reducción general de los costes de producción y de funcionamiento, economía de piezas se traduce en menores costos de producción y el ahorro de peso crea un ahorro de combustible que reducen los costes operativos de volar el avión.

    Fibra de vidrio reforzada polímeros

    Colectores de admisión del motor están hechos de fibra de vidrio reforzada PA 66.

    • Las ventajas que esto ha terminado emitidos colectores de aluminio son:

      • Hasta un 60% de reducción en el peso
      • Mejora de la calidad de la superficie y la aerodinámica
      • Reducción en los componentes mediante la combinación de partes y las formas en formas moldeadas simples.

    Gas Automoción y pedales de embrague de fibra de vidrio reforzada PA 66

    • Ventajas sobre aluminio estampado son:

      • Los pedales se pueden moldear como unidades individuales que combinan los dos pedales y los vínculos mecánicos simplificación de la producción y el funcionamiento del diseño.
      • Las fibras pueden estar orientadas a reforzar contra tensiones específicas, aumentando la durabilidad y la seguridad.

    Aplicaciones estructurales de FRP

    FRP se puede aplicar para reforzar las vigas, columnas y losas de edificios y puentes. Es posible aumentar la fuerza de los miembros estructurales, incluso después de que se han visto gravemente dañado debido a las condiciones de carga. En el caso de elementos de hormigón armado dañadas, esto sería primera requerir la reparación del miembro mediante la eliminación de los residuos sueltos y rellenando las cavidades y grietas con mortero o resina epoxi. Una vez que el miembro se ha reparado, el fortalecimiento se puede lograr a través de la mano mojada poner en marcha el proceso de impregnación de las láminas de fibra con resina epoxi luego se aplican a las superficies limpias y preparadas del miembro.

    Dos técnicas se adoptan normalmente para el fortalecimiento de las vigas, relativo a la mejora de la resistencia deseada: fortalecimiento a la flexión o el fortalecimiento de corte. En muchos casos, puede ser necesario proporcionar tanto mejoras de resistencia. Para el fortalecimiento a la flexión de una viga, hojas o placas de FRP se aplican a la cara del miembro de tensión. Fibras de tracción principales son orientadas en el eje longitudinal del haz, similar a su refuerzo de acero a la flexión interna. Esto aumenta la resistencia a la flexión y su rigidez, sin embargo, disminuye la capacidad de deflexión y ductilidad.

    Para el fortalecimiento de cizallamiento de un rayo, el FRP se aplica en la web o caras laterales del miembro con fibras orientada transversal al eje longitudinal del haz. Esto es necesario para resistir las fuerzas de corte, de una manera similar como estribos de acero internos, por puente grietas de cizalla que forman virtud de la carga y la restricción de su crecimiento. El FRP se puede aplicar en varias configuraciones, dependiendo de las caras expuestas del miembro y el grado de refuerzo deseado, esto incluye: la unión lateral, U-abrigos o chaquetas en U, y envolturas cerradas o vueltas completas. Como el nombre sugiere, implica la aplicación de unión lateral de FRP a ambos lados de sólo el haz. Se ofrece la menor cantidad de fortalecimiento de cizallamiento debido a fallos causados por la desunión de la FRP de la superficie de hormigón en los bordes libres. Una configuración de fortalecimiento más deseable es el uso de T-envolturas, para que el FRP se aplica continuamente en una forma de "U" alrededor de los lados y la cara inferior de la viga. Si todas las caras de un haz son accesibles, a continuación, es deseable proporcionar la mejora de la resistencia más el uso de envolturas cerrado. Envoltura cerrada implica la aplicación de FRP alrededor de todo el perímetro del miembro de con una superposición de FRP previstas, de tal manera que no hay extremos libres y el modo de fallo típico es la rotura de las fibras. Para todas las configuraciones de envoltura, el FRP puede ser aplicado a lo largo de la longitud del miembro como una lámina continua o en forma de tiras discretas, que tiene una anchura mínima predefinida y el espaciamiento.

    Las losas pueden reforzarse mediante la aplicación de tiras de FRP en su cara inferior. Esto dará lugar a mejor rendimiento a la flexión, ya que la resistencia a la tracción de las losas se complementa con la resistencia a la tracción de FRP. En el caso de vigas y losas, la eficacia de FRP fortalecimiento depende del rendimiento de la resina elegida para la unión. Esto es particularmente un problema para el fortalecimiento de corte con unión lateral o U-secreto. Las columnas se envuelven típicamente con FRP alrededor de su perímetro, como con el embalaje cerrado o completa. Esto no sólo resulta en una mayor resistencia al corte, pero más cruciales para el diseño de la columna, que se traduce en un aumento de resistencia a la compresión bajo carga axial. La envoltura de FRP funciona mediante la restricción de la expansión lateral de la columna, lo que puede mejorar el confinamiento de una manera similar como refuerzo espiral hace para el núcleo de la columna.

    Compuestos reforzados con fibra también se han aplicado en los casos de retener agua. Malecones alrededor del mundo están siendo reemplazados por FRP debido a su capacidad para soportar las duras condiciones de los mat/océano pero son tan fuertes como el acero. El sector de la piscina también ha adoptado Composites FRP como generadores de sal y otras sustancias químicas se deterioran rápidamente acero galvanizado y paredes de madera. Los propietarios y gerentes de proyectos están encontrando el peso ligero, es necesaria relación de alta resistencia para extender la longevidad de las piscinas.

    Consideraciones de diseño

    FRP se utiliza en diseños que requieren una medida de fuerza o módulo de elasticidad que los plásticos no reforzados y otras opciones de material son bien adecuados para enfermos mecánicamente o económicamente. Esto significa que la consideración de diseño principal para el uso de FRP es para asegurar que el material se utiliza económicamente y de una manera que se aprovecha de sus mejoras estructurales específicamente. Sin embargo, esto no es siempre el caso, la orientación de las fibras también crea una debilidad material perpendicular a las fibras. Por lo tanto el uso de refuerzo de fibra y su orientación afecta a la resistencia, rigidez, y la elasticidad de una forma final y por lo tanto la operación del propio producto final. La orientación de la dirección de las fibras o bien, unidireccional, 2-dimensionalmente, o 3-dimensionalmente durante la producción afecta el grado de fuerza, flexibilidad, y elasticidad del producto final. Las fibras orientadas en la dirección de las fuerzas de mostrar una mayor resistencia a la distorsión de estas fuerzas y viceversa, por lo tanto las zonas de un producto que debe soportar fuerzas serán reforzadas con fibras en la misma dirección, y áreas que requieren flexibilidad, tales como bisagras naturales, se utilizar fibras en una dirección perpendicular a las fuerzas. El uso de más dimensiones evita este escenario ya sea o y crea objetos que pretenden evitar los puntos débiles específicos debido a la orientación unidireccional de las fibras. Las propiedades de resistencia, la flexibilidad y la elasticidad también pueden ser aumentados o disminuidos a través de la forma geométrica y el diseño del producto final. Estos incluyen tales consideraciones de diseño tales como asegurar espesor adecuado y la creación de formas geométricas multifuncionales que se pueden moldeando como piezas únicas, creando formas que tienen más material y la integridad estructural mediante la reducción de las uniones, conexiones y hardware.

    Relativas a la eliminación y reciclaje de las preocupaciones

    Como un subconjunto de plásticos FR plásticos son susceptibles a una serie de cuestiones y preocupaciones en la eliminación de residuos plásticos y el reciclaje. Plásticos representan un desafío particular en los procesos de reciclaje, ya que se obtienen a partir de polímeros y monómeros que a menudo no pueden ser separados y devueltos a sus estados virgen, por eso no todos los plásticos pueden ser reciclados para su reutilización, de hecho, algunas estimaciones afirman que sólo el 20% a 30% de los plásticos se pueden reciclar en absoluto. plásticos reforzados con fibra y sus matrices comparten estas preocupaciones de eliminación y ambientales. Además de estas preocupaciones, el hecho de que las propias fibras son difíciles de eliminar de la matriz y conservar para su reutilización significa FRP de amplificar estos desafíos. FRP son inherentemente difíciles de separar en materiales de base, es decir en la fibra y de la matriz, y la matriz en plásticos separados utilizables, polímeros y monómeros. Todas estas son preocupaciones para el diseño ambientalmente informada hoy. Plásticos no suelen ofrecer ahorros en ahorro energético y económico en comparación con otros materiales. Además, con el advenimiento de nuevas más respetuosas del medio ambiente matrices tales como bioplásticos y plásticos UV-degradables, FRP ganará sensibilidad ambiental.