Elaboración de material compuesto de madera y lona de

PVC

1. Introducción

Desde la aparición de los polímeros hasta la fecha, son múltiples las aplicaciones y las

facilidadesparatransformarloquelohanhechoatractivoparaserutilizadosencamposdondeantes solo se

usaba metales, maderas, o cerámicos. El mejoramiento de los polímeros con refuerzos de

fibrasvegetales,hanhechoqueseproduzcanlosmaterialesreforzados(compositeseninglés),lo cual

permite diseñar el material a usar. Para eso es necesario conocer las propiedades de los materiales

de partida y de los nuevos materiales compuestos. Esta investigación utiliza la mezcla en

proporciones adecuadas de PVC reciclados, como matriz polimérica, reforzada con cantidades

óptimas de fibras naturales concretamente de bambú.

Los plásticos contenidos en los residuos sólidos urbanos (RSU) son polietileno (PE) y

polipropileno (PP) también están el poliestireno(PS),clorurode

polivinilo(PVC),polietilentereftalato(PET),poliestireno-butadieno (PS-BD), polimetacrilato de

metilo (PMMA). En la presente investigación usaremos el PVC de las gigantografías como fibra

para nuestro compuesto.

I. Materiales compuestos

1.1. Definición:

Los materiales compuestos son materiales formados por dos o más materiales distintos sin que se

produzca reacción química entre ellos.

Según Besednjak (2005), señala que “se define material compuesto todo sistema o combinación de

materiales constituido a partir de la unión de dos o más componentes, que da lugar a uno nuevo con

propiedades y características específicas, no siendo estas nuevas propiedades ninguna de las

anteriores” (p.15).[1]

Por lo tanto nos da a entender que todo material compuesto tiene propiedades distintas a los

materiales que lo conforman.

1.2. Tipos de materiales compuestos

Debido a los diferentes componentes de un material compuesto, se han divido en los siguientes

tipos:

1.2.1. Compuestos de matriz metálica (CMM)

Este tipo de compuesto ha sido desarrollado principalmente para componentes aeroespaciales

y de motores de automoción. Se clasifican en tres grandes grupos, de acuerdo con el tipo de

1

refuerzo incorporado: reforzados con fibra continua, reforzados con fibras discontinuas y

reforzadas con partículas. (Salán, 2005, p.144). [2]

1.2.2. Compuestos de matriz cerámica (CMC)

Estos compuestos han sido desarrollados para superar la fragilidad intrínseca y la falta de

confiabilidad causada por la alta variabilidad en los valores de propiedades mecánicas de los

cerámicos de uso común en ingeniería y, sobre todo, para introducir compuestos basados en

cerámicos cuyas aplicaciones se adapten a condiciones de uso muy extremas (Salán, 2005,

p.145).[2]

1.2.3. Compuestos de matriz polimérica (CMP)

Este tipo de compuesto consiste en un polímero incorporado a una fase de refuerzo como

fibras o polvos. Consiste en una fase primaria de polímero, la cual es embebida por una fase

secundaria a base de fibras, partículas u hojuelas. Estos, son los de mayor

importancia comercial de las tres clases de compuestos sintéticos (Salán, 2005, p.145). [2]

II. La Madera.

2.1 Definición

La madera es un material constituido por un conjunto de células que forman una masa de

celulosa, lignina, resina, almidón y azúcares. Comercialmente, sólo se aprovecha la madera de

de los vegetales leñosos de ciertas dimensiones, formando básicamente, el tronco, las raíces y

las ramas excluida la corteza de los árboles. Se trata de un material orgánico, fibroso,

heterogéneo y organizado. Debido a su estructura tubular y a su formación mediante sucesivas

capas concéntricas resulta ser también un material anisótropo.

Respecto al uso como afirma Heiss (2006) “La madera es uno de los materiales más valorados

y utilizados por el hombre, a lo largo de los siglos. Su vital importancia en la construcción de

casas o en los muebles del hogar son sólo dos de las contribuciones posibles” (p. 5) [3] Esto

sobre todo por las facilidades para la transformación, adecuación, transporte y bajo costo de

este material.

Respecto a la cantidad de la oferta de madera a nivel mundial, se tiene, según informan

Vignote y Martínez (2006) “[…]valores cercanos a los 400.000 millones de m3, cifra

totalmente irrealizable, primero porque no sería un aprovechamiento sostenido, segundo

porque gran parte de la superficie forestal actual no es accesible […] y por último, porque gran

parte de las especies y maderas de la oferta no son comerciales”(p. 24) [4]Siendo así se puede

decir que la oferta de este material siempre será mayor a la demanda. Sin embargo, es

importante reflexionar acerca de la “sostenibilidad” mencionada por los autores citando

tácitamente al impacto ambiental que puede representar la explotación de estos recursos.

2

2.2 Tipos y estructura de la madera

Existen dos grandes grupos en los cuales se puede clasificar a los árboles y por derivación, al

material obtenido de estos árboles. Siendo así, de acuerdo con sus características, tenemos las

maderas blandas o denominadas botánicamente como coníferas y las maderas duras o llamadas

también frondosas.

.

Las coníferas, según Capuz (2005) “[…] muestran una estructura relativamente sencilla en la

que del 90 al 95% son células denominadas traqueidades (sic). Éstas tienen forma alargada con

una longitud de 2 a 5 mm y un diámetro de 10 a 50 μm [micrómetros] con los extremos

cerrado en forma afilada o plana. Estas fibras crecen en sucesivas capas de anulares, y tienen

su eje longitudinal paralelo al eje del tronco del árbol” (p. 18) [5] Estas células tienen

funciones conductoras y de sostén.

La anatomía de las frondosas en cambio, es más compleja, como indica Capuz (2005) “[…] el

tejido básico […] con funciones estructurales está constituido por fibras libriformes y

traqueidas. Dentro de este tejido existen conductos denominados vasos, con diámetros

interiores de cierta entidad y con longitudes variables […]” (p.19) [5] Estas y otras

características definirán ciertas propiedades del material.

2.3 El Bambú

2.3.1 Definición

El bambú es uno de los materiales usados desde más remota antigüedad por el hombre para

aumentar su comodidad y bienestar. En el mundo de plástico y acero de hoy, el bambú

continúa aportando su centenaria contribución y aun crece en importancia. Los programas

internacionales de cooperación técnica han reconocido las cualidades excepcionales del

bambú y están realizando un amplio intercambio de variedades de esa planta y de los

conocimientos relativos a su empleo. En seis países latinoamericanos se adelantan hoy

proyectos destinados a ensayar y s4eleccionar variedades sobresalientes de bambú

coleccionadas en todo el mundo, y también a determinar al lugar potencial de ese material

en la economía locales. Estos proyectos, que ahora son parte del programa de cooperación

técnica del punto cuarto han venido realizándose durante varios años y algunos de ellos

han llegado ya a un grado de desarrollo en el que la multiplicidad de usos del bambú ha

llegado a ser una estimulante realidad.

El uso del bambú según en la construcción, principalmente en el sector vivienda es muy

amplio en algunos países americanos. Como Colombia y Costa Rica se promueve

programas de investigación y construcción de viviendas con este material. Su aplicación

3

posee maneras muy diferentes, desde el desarrollo de armaduras para cubiertas con las

cañas de bambú completas cortadas solamente a la longitud requerida por el diseño, hasta

las cañas cortadas en tiras para fabricar paneles para muros de viviendas, sobre los

cuales se coloca una capa de mortero para sellar los muros. (Hidalgo, 1978, p.10)

2.3.2 Propiedades mecánicas y físicas del Bambú

Centrándonos en una revisión de la información disponible acerca del bambú como

material para la construcción se le observan cualidades muy interesantes, principalmente

sus propiedades mecánicas, las que superan a varios de los materiales comunes de la

construcción (Tabla 1).

Para completar la información y efectuar una revisión comparativa entre las propiedades

de diferentes especies de bambú y de lugares diferentes se presentan, en la tabla 2,

resultados de estudios efectuados en Colombia con la Guadua (Guadua angustifolia) en

condición seca (Hidalgo, 1978, p.22) [6] . Se realizaron ensayos con la especie Bambusa

blumeana obteniendo valores de resistencia para material de 1, 2 y 3 años de edad ya

diferentes alturas del tallo definidas como base (B), parte media (M) y extremo(E). En

la tabla 3 se presentan los resultados de este estudio con respecto a la resistencia de esta

especie de bambú, donde se observa que la resistencia varía con respecto a estos dos

factores (Mohmod, 1993, p.156) [7] .

Revisando los valores de resistencia presentados en las tablas, se observa que el

bambú tiene propiedades mecánicas muy altas con relación a la madera y aún con el

concreto. Esto le da un potencial estructural excelente que poco se explota en el

mundo, excepto por algunos países que tienen larga tradición en su uso como son

India, Malasia, China, y apenas hace pocos años en el continente americano: en

Colombia ,Costa Rica, Perú y Ecuador se han iniciado estudios de gran alcance para

utilizar sus recursos de bambú para satisfacer necesidades de vivienda así como de

estructuras para otros fines(Janssen, 1980, p.27) [8].

4

III. Plásticos

3.1 Definición

Los plásticos  son materiales orgánicos compuestos fundamentalmente de carbono y otros

elementos como el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno o el azufre. Según Navarro Arellano

(2005), “estos materiales son polímeros de gran peso molecular que se caracterizan por la

relación resistencia-densidad, que le otorga propiedades para el aislamiento eléctrico y

térmico, así también buena resistencia a sustancias como el ácido” (p.26) [9]. Se obtienen

mediante polimerización de compuestos derivados del petróleo y del gas natural aunque

también existen los plásticos naturales que se consigue a partir de las materias primas animales

y vegetales (celulosa, látex, leche de vaca). El término polímero significa “muchos meros” (o

unidades) comúnmente repetidos cientos o miles de veces en una estructura en cadena. La

mayor parte de los monómeros son materiales orgánicos en los cuales los átomos de carbono

están unidos por uniones covalentes con otros átomos como el hidrógeno, oxígeno, nitrógeno,

flúor, cloro, azufre y silicio.

3.2 Propiedades de los plásticos

Se caracterizan por una relación resistencia/densidad alta, unas propiedades excelentes para el

aislamiento térmico y eléctrico y una buena resistencia a los ácidos, álcalis y disolventes,

tienen baja conductividad eléctrica y térmica, y no son adecuados para utilizarse a

temperaturas elevadas. Las propiedades químicas más relevantes de los polímeros son:

Resistencia al ataque químico: Depende de la clase y organización de los monómeros.

Por lo tanto, existirán diversas conductas ante los agentes químicos de los diferentes

materiales.

Resistencia al envejecimiento: Son susceptibles de oxidación, especialmente por el

producto combinado de luz solar, calor y oxígeno en condiciones atmosféricas.

Estabilidad térmica: El calor genera cambios químicos como la fragmentación,

reacciones de eliminación y de los grupos funcionales, despolimerización.

Permeabilidad: Es importante en el sector de envase y embalaje la permeabilidad a

los gases.

5

Adherencia: Es empleado en el sector de adhesivos.

Propiedades mecánicas: La tracción, la rigidez, la densidad y la resistencia al impacto

son determinados por los factores antes mencionados.

Propiedades ópticas: Afecta en la transparencia, brillo o turbidez el índice de

refracción o número de Abbe.

Solubilidad: Los polímeros de cadena lineal presentan comportamientos más variados

a los disolventes; los polímeros termoestables son insolubles en disolvente ya que no

pueden separar las cadenas entrecruzadas que son parte de la estructura.

Propiedades eléctricas: Pueden ser aplicados en circuitos electrónicos, sistemas de

almacenamiento de datos, sensores y detectores (Elías y Jurado, 2012, pp.1001-

1002) [10].

Es decir, el plástico es un material flexible, resistente, ligero y aislante de la electricidad y

del calor. Fácil de trabajar y de moldear, económico y ligero. Admite pigmentos de gran

variedad de colores. Además, puede combinarse con otro tipo de materiales para mejorar sus

propiedades.

IV. Policloruro de vinilo (PVC)

El Policloruro de Vinilo (PVC) es un moderno, importante y conocido miembro de la familia de los

termoplásticos. Según EIS.UVA (2012), “Es un polímero obtenido de dos materias primas naturales cloruro

de sodio o sal común (NaCl) (57%) y petróleo o gas natural (43%), siendo por lo tanto menos dependiente

de recursos no renovables que otros plásticos. El PVC se presenta en forma original como un polvo blanco

amorfo y opaco” (párr. 1). [11] En la Figura 1 se puede observar la formación del PVC según sus

componentes en porcentajes. Por lo tanto nos da a entender que este material es conformado por dos

materias primas en diferentes proporciones.

Figura 1. Formación del Pvc según sus componentes en porcentajes.

4.1. Propiedades del PVC

6

Respecto a las propiedades de este material se tiene según informa Miravete (2007), “El PVC es,

por su naturaleza, un polímero amorfo cuyas propiedades están en enorme dependencia de la

formulación (aditivos) de cada material concreto. En general podemos decir que sus propiedades

mecánicas no son excelentes entre de la gama ofrecida por los plásticos; demás , con la posibilidad

de verse reducida a bajas temperaturas (a partir de los -10°C); su resistencia química es buena,

aunque sea sensible a ciertos disolventes(hidrocarburos aromáticos y clorados, esteres y cetonas) y

presenta un comportamiento muy satisfactorio a los agentes atmosféricos (luz incluida), salvo que

los aditivos añadidos no sean los adecuados para ese fin ”( p.1481). [12]Siendo así las propiedades

de este material va a depender de su formulación. Sin embargo, sus propiedades mecánicas no son

superiores a la mayoría de los plásticos.

Respecto a las propiedades del PVC, según informa Industrias JQ (2013), en la Tabla 4se puede

observar las propiedades mecánicas del PVC (Policloruro de vinilo) que puede determinar el

comportamiento mecánico de este polímero en función de la temperatura (párr. 1) [13].

Tabla 4. Propiedades mecánicas del PVC en función de la temperatura.

V. Madera plástica.

5.1. Concepto

Según Juan Pablo

Muñoz (2012) “La madera plástica es un material fabricado a partir de residuos de madera (opcional) y

plásticos 100% reciclados seleccionados de alta calidad, de forma que se aprovechan las ventajas

estéticas y calidez de la madera natural pero mejorando sus propiedades al incorporar las ventajas del

plástico: alta durabilidad, sin mantenimiento. Los productos finales pueden ser empleados de la misma

manera que la madera natural, principalmente, para uso en exteriores, ambientes salinos y con alta

humedad, con numerosas ventajas.”[14]Podemos interpretar que la madera plástica es un material

compuesto que posee muchas ventajas con respecto a sus propiedades mecánicas ofreciendo un producto

de calidad.

5.2. Tipos de madera plástica

Según neoture Innovación Ecológica (2010): En el mercado podrá encontrar básicamente dos tipos de

madera plástica:

7

PROPIEDADES MECANICAS A 23° UNIDAD VALORES

PESO ESPECIFICO gr/cm3 1.45

RESISTENCIA A LA ROTURA Kg/cm2 550/--

RESISTENCIA A LA COMPRESION Kg/cm2 170/300

RESISTENCIA A LA FLEXION Kg/cm2 700

RESIS. AL CHOQUE SIN ENTALLA Kg.cm/cm2 NO ROMPE

ALARGAMIENTO A LA ROTURA % >20

MODULO DE ELASTICIDAD Kg/cm2 31000

DUREZA Shore D 80-83

5.2.1. Plastic Lumber: madera 100% de plástico reciclado: La madera 100% de plástico reciclado se obtiene

al reciclar HDPE (polietileno de alta densidad) y otros materiales termoplásticos.  La ventaja de este

tipo de madera plástica es que tiene todas las propiedades del plástico: no se pudre, no se enmohece, no

lo atacan los insectos y resiste la exposición al ambiente.

5.2.2. Wood Plastic Composite (wpc): madera plástica con relleno de madera y/o fibras: En los Estados

Unidos se experimentó durante un tiempo con una combinación de madera y plástico reciclado ya que

el costo del reciclado y las resinas es superior al aserrín o al aglomerado. Sin embargo, este producto

se ha utilizado cada vez con menor frecuencia ya que no tiene la misma vida útil que el producto hecho

con plástico reciclado al 100% [15].

5.3. Madera plástica elaborada con lona de PVC y fibra de bambú

5.3.1. Concepto

El mejoramiento de los polímeros con refuerzos de fibras vegetales, han hecho que se produzcan los

materiales reforzados (composites), lo cual permite diseñar el material a usar. Para eso es necesario

conocer las propiedades de los materiales de partida y de los nuevos materiales compuestos. Esta

investigación utiliza la mezcla en proporciones adecuadas de PVC (cloruro de polivinilo reciclado),

como matriz polimérica, reforzada con cantidades óptimas de fibras naturales de bambú.

5.3.2. Composición

La lona de PVC con fibra de Bambú, está compuesta por un matriz la cual es el PVC, teniendo como

refuerzo a la fibra de bambú. La fibra del bambú como materia prima fue triturada en molino, hasta un

tamaño de 1 a 3 mm que es el utilizado como refuerzo. El PVC se recicló de tapas de botellas,

seleccionadas y fracturadas manualmente con martillo y cortadas a tamaño variables entre 3 y 5 mm.

5.3.2.1. Fibra de bambú

La fibra del bambú es un tipo de fibra reciclable, se usa la materia prima del bambú a través de

métodos físicos tales como la destilación y la hervición. Sus procesos de producción son: Bambú,

piezas de bambú, la pulpa fina, la celulosa del bambú y la fibra del bambú. Se examinan las

propiedades fisicoquímicas de la incorporación de fibra. Las fibras son fusiforme y con puntuaciones

simples, los promedios de longitud de las fibras está entre 2.21 y 3.03 mm, y el diámetro tangencial

entre 0.064 mm, el grosor de la pared es de 0.052 mm y el diámetro del lumen es de 0.012 mm. Las

fibras de origen vegetal son sustancias complejas, entre los más importantes están la celulosa, la lignina

y la pectina. La celulosa forma el esqueleto de las paredes de la célula, y la hemicelulosa forma los

materiales adherentes que la unen. La influencia de la celulosa y lignina, que lleva la fibra del bambú,

en la mezcla polimérica, no es significativa, por cuanto la fibra como se verá adelante no reacciona con

la matriz, mientras si afecta la densidad del material reforzado, porque lo vuelve más liviano, propiedad

importante para la producción de madera plástica y materiales similares (ver Tabla 5).

Tabla 5. Densidades para los diferentes porcentajes de fibra.

8

La diferencia química que existe entre la corteza y la madera está claramente definida para esta especie,

(Tabla 6). La corteza presenta mayor contenido de extraíbles, menor contenido de celulosa cristalina y de

lignina condensada y mayor contenido de hemicelulosa y de fenoles de menor masa molecular que los

presentes en la madera.Tabla 6. Composición química de madera y corteza de bambú.

1glucomananos; 2Principalmente taninos condensados; 3Principalmente extraíbles solubles en solventes orgánicos;*compuestos

de baja masa molecular.

5.3.2.2. Matriz cloruro de polivinilo (PVC)

La matriz termoplástica corresponde a cloruro de polivinilo (PVC), obtenido en el mercado en forma

de pellets de 6.5 mm de largo y 2 mm de diámetro, y con una densidad de 0.94 g/cm 3, y un índice de

fluidez (MFI) de 20g/10 min, según extrusora con salida de 2 mm de diámetro y 8 mm de largo y carga

de 2.16 kg, previo calentamiento a 190ºC, durante 5 min. La mezcla de los polímeros presentó una

densidad de 930 kg/m3 y un índice de fluidez de 6,4 g/10 min, medido en base a ASTM D1238

condición 230°C/2,16 kg. El agente acoplante fue un MAPE, polietileno maleatado Epolene E-20 (peso

molecular 7500 g/mol) de Westlake Chemical Corporation (USA). Similarmente, Celogen 754A

(azodicarbonamida activada, ACA) en forma de polvo, obtenida de ChemPoint (USA), fue usado como

agente espumante. En un primer paso el polímero reciclado fue extruido con y sin agente espumante,

posteriormente se extruyeron los compuestos madera-plástico variando la concentración de la fibra en

15% y 25%, manteniendo constante la concentración de agente acoplante, base a peso de madera seca,

en 5%, y 0.2% para el agente espumante en base al peso del polímero. Se fabricaron un total de 10

formulaciones como se indica en la tabla 7.

Tabla 7: Formulaciones de polímero reciclado y compuestos madera plástico con y sin aditivos.

En todos los casos la velocidad de los tornillos de la extrusora se mantuvo en 100 rpm y las

temperaturas de la extrusora se mantuvieron en 165, 170, 170, 175, 180, 185, 190, 185, 180, 175 ºC y

9

165 °C en el cabezal. Las muestras extruidas fueron enfriadas a temperatura ambiente, para definir la

morfología de las formulaciones espumadas. Para el caso del PVC sin fibra (Figura 2), se observa que

tiene un comportamiento similar de alta resistencia y una vez alcanza la carga máxima, tiende a la

ruptura, hecho que no se observa cuando se le agrega fibra, lo que indicaría que se mejora su ductilidad

aunque hay un detrimento de su resistencia a la compresión, lo cual constituye por sí solo una ventaja

ya que es posible introducir al menos un 5% de fibra, que vuelve el material más liviano.

Figura 2. Ensayo de compresión para PVC puro y con 2, 3 y 5% de fibra.

5.3.3. Elaboración de la madera plástica con fibra de bambú

La fabricación de madera plástica tiene lugar mediante un proceso limpio, sin problemas

medioambientales,  que comienza con la recolección del plástico reciclado en las plantas de reciclaje,

donde se separan los termoplásticos, se trituran, se mezclan homogéneamente y se funden en un

proceso de extrusión a alta temperatura. Este compuesto sale tintado de fábrica, donde se le añaden 

aditivos para mejorar la resistencia del material frente al envejecimiento y la intemperie. Durante el

proceso se utilizan maquinarias que producen de diferentes dimensiones materiales como tableros (Ver

tabla 8).Tabla 8: Cuadro de las distintas características de las máquinas que producen madera plástica

Máquina para fabricar

madera plástica

HEATmx4.8/1C

Máquina para fabricar

madera plástica

HEATmx4.8/2C

Máquina para fabricar

madera plástica

HEATmx4.8/3C

Producción 50 a 60 kg/hr según dureza

del plástico. En 8 horas se

obtienen 480 kg u ocho

100 a 120 kg/hr según

dureza del plástico. En 8

horas se obtienen 960 kg o

150 a 180 kg/hr según

dureza del plástico. En 8

horas se obtienen 1440 kg

10

tableros de 20 mm de

espesor, menor a 15 mm

produce 46 kg/hr.

dieciséis tableros de 20

mm de espesor, menor a

15 mm produce 92 kg/hr.

o veinticuatro tableros de

20 mm de espesor, menor

a 15 mm produce 138

kg/hr.

Calefacción Por medio eléctrico, dos

zonas con control de

temperatura electrónico de

hasta 300 ° Celsius.

Por medio eléctrico, dos

zonas con control de

temperatura electrónico de

hasta 300 ° Celsius.

Por medio eléctrico, dos

zonas con control de

temperatura electrónico

de hasta 300 ° Celsius.

Prensa Una estación de prensa con

sistema hidráulico de 70 tn

con fuente de poder de 3 hp.

Dos estaciones de prensa

con sistema hidráulico de

70 tn con fuente de poder

de 3 hp.

Dos estaciones de prensa

con sistema hidráulico de

70 tn y fuente de poder de

3 hp.

Enfriamiento Enfriamiento incorporado a

prensa, mediante un

enfriador industrial de agua

de 5 tn.

Enfriamiento incorporado

a prensa, mediante un

enfriador industrial de

agua de 5 tn.

Enfriamiento incorporado

a prensa, mediante un

enfriador industrial de

agua de 5 tn.

Moldes Se incluyen 4 moldes de

acero, cada uno con 16

ruedas a 45° y suspensión de

resorte. Los moldes corren

sobre rieles a través del

sistema; dentro del horno el

movimiento es motorizado.

Se incluyen 5 moldes de

acero, cada uno con 16

ruedas a 45° y suspensión

de resorte. Los moldes

corren sobre rieles a través

del sistema; dentro del

horno el movimiento es

motorizado.

Se incluyen 6 moldes de

acero, cada uno con 16

ruedas a 45° y suspensión

de resorte. Los moldes

corren sobre rieles a

través del sistema; dentro

del horno el movimiento

es motorizado.

Consumo

eléctrico

Consume 45 kwh. Se

requiere corriente eléctrica

trifásica de 220 v o 440 v a

60 hz; transformador de 112

kva (soporta periféricos

Consume 90 kwh. Se

requiere corriente eléctrica

trifásica de 220 v o 440 v a

60 hz; transformador de

150 kva (soporta

Consume 130 Kwh Se

requiere corriente

eléctrica trifásica de 220 v

o 440 v a 60 hz;

transformador de 225 kva

11

como molino, sierra y

herramientas diversas).

periféricos como molino,

sierra y herramientas

diversas).

(soporta periféricos como

molino, sierra y

herramientas diversa).

Dimensiones Alto 1,890 mm Ancho 4,920

mm Largo 13,850 mm

Alto 1,890 mm

Ancho 4,980 mm

Largo 16,850 mm

Alto 1,890 mm Ancho

4,980 mm Largo 19,850

mm

Peso Peso aproximado de 6,000

kg.

Peso aproximado de 9,600

kg.

Peso aproximado de

11,000 kg.

5.3.4. Propiedades de la madera plástica

Según la Organización para el Desarrollo Sostenible (2007) en las propiedades de la madera

plástica se busca reducir el consumo de materiales como la madera y aprovechar los residuos

sólidos plásticos, y usar el aserrín de madera como un agregado dentro de la mezcla polimérica

cumpliendo la función de reforzante, mejorando y aumentando las prestaciones y aplicaciones.

Además contribuye a la disminución de la tala de bosques, es un producto ecológico.

5.3.4.1. Propiedades mecánicas

5.3.4.1.1. Resistencia a la tracción

Según Pérez Méndez, Emerson (2010) esta propiedad permite conocer las características de este

material cuando se somete a esfuerzos de tracción para determinar la resistencia a la rotura, y por

medio de ensayos en el laboratorio podremos comparar dicha propiedad con la madera de bambú y

observar si esta se comporta de forma similar o mejor (p. 21). Solís Jara, Mario y Lisperguer

Muñoz, Justo (2002) manifiestan que de las distintas muestras (probetas) se obtuvieron los

siguientes resultados de la resistencia a la tracción Las probetas de compuestos mixtos (cloruro de

polivinilo/madera de eucaliptus) elaboradas para pruebas de resistencia a la tracción se ensayaron

tanto en estado seco como después de haber sido sometidas a ataque por agua fría, lo que se puede

apreciar en la tabla 9 (p. 38).

Tabla 9: Resistencia a la tracción de compuestos mixtos: Cloruro de polivinilo/madera de eucaliptus.

12

%Maderade bambú

% de clorurode polivinilo

1Resistenciaa la tracción

(Kg-cm2)

2Resistenciaa la tracción(Kg /cm2)

10 90 1.04 1.00

20 80 1.37 1.20

1 Resistencia a la tracción (probetas estado seco).

2 Resistencia a la tracción (probetas sometidas a ataque por agua).

En la figura 3 se puede apreciar que a concentraciones de aserrín de bambú intermedias, las

propiedades de resistencia de la maderas plástica no difiere tanto de los compositos puramente

plásticos.

Figura 3: Gráfico de los módulos de tensión.

5.3.4.1.2. Resistencia a la comprensión

Según Pérez Méndez, Emerson (2010) permitirá tener un conocimiento de la carga axial que esta

pueda soportar un pequeño segmento de este material; es importante tomar en cuenta que el

material puede variar su propiedad con la madera de bambú (p. 22). En la figura 4 se observa el

ensayo donde se calculó una curva resultante llamada diagrama convencional de esfuerzo-

deformación, proporcionando datos sobre la resistencia a la comprensión que poseen los

aglomerados, sin considerar la forma geométrica o el tamaño del material. En la figura 5, se

muestra el área de la sección transversal y las longitudes originales han sido deformadas. En la

siguiente tabla 10 se describen las propiedades del Composite.

Figura 4. Diagrama convencional esfuerzo-deformación.

13

Figura 5. Probetas antes y después del ensayo de comprensión (de izquierda a derecha).

Tabla 10: Propiedades del ensayo de comprensión,

5.3.4.1.3. Resistencia al corte

Según Pérez Méndez, Emerson (2010) esta propiedad es la resistencia ofrecida frente a la acción

de una fuerza que tiende a cortar la madera en dos partes cuando la dirección del esfuerzo es

perpendicular a la dirección de las fibras. El límite de resistencia al corte suele ser menor que el de

la resistencia a la tracción y compresión (p. 22). En la tabla 11 se midió la energía de impacto y a

qué medida que aumenta el tamaño de la partícula del aserrín disminuye su capacidad de absorber

energía en el material, debido a que la superficie de fractura se incrementa con el aumento de las

fibras.

Tabla 11: Resistencia al impacto de compuestos mixtos: Cloruro de polivinilo/madera de bambú.

5.3.4.1.4. Resistencia a flexión

Según Pérez Méndez, Emerson (2010) es la propiedad que tienen algunas maderas de poder ser

dobladas o ser curvadas en su sentido longitudinal, sin romperse debido a una carga transversal. Si

estas son elásticas recuperan su forma original cuando cesa la fuerza que las ha deformado (p. 23).

En la Tabla 12 se encuentran los valores promedio que se obtuvieron en el ensayo de flexión de los

ocho materiales fabricados. La figura 6 muestra el estado de las maderas después de ser sometidas

al ensayo.

Tabla 12: propiedades valoradas en el ensayo de flexión.

14

Figura 6.Probetas antes y después del ensayo de flexión.

5.3.4.1.5. Módulo de Young

Al incrementar la concentración de fibra, el módulo aumenta debido al carácter elástico propio de

las fibras naturales (Ver fig. 7). Las formulaciones que contienen PVC presentan mayores valores

de la propiedad, pero la diferencia no es significativa cuando la concentración de fibra es cercana a

50 phr. Por otro lado, si comparamos la madera natural y la madera plástica se puede observar que

las deflexiones de la madera natural es 30 veces mayor que de la madera plástica (Ver tabla 13).

 

Figura 7. a) Módulo de Young; b) Tracción

Tabla 13: Relación modular Madera natural vs. Madera plástica

Madera natural Madera plástica

Módulo de Young (E) 12000 Mpa 400 a

15

5.3.4.1.6. Límite elástico

La relación entre el esfuerzo y la deformación, denominada módulo de elasticidad, así como el

límite de elasticidad, están determinados por la estructura molecular del material. Cuando se aplica

una fuerza externa que crea una tensión en el interior del material, las distancias moleculares

cambian y el material se deforma. Si las moléculas están firmemente unidas entre sí, la

deformación no será muy grande incluso con un esfuerzo elevado. En cambio, si las moléculas

están poco unidas, una tensión relativamente pequeña causará una deformación grande. En

figura 8a y 8b, se grafican las curvas promedio de fuerza-extensión (elongación) de los

compuestos fabricados con madera y corteza de bambú. En estos gráficos, se puede observar que

la carga máxima y la extensión máxima disminuyen al aumentar el contenido de fibras en ambos

tipos de compuestos. Por otro lado, en la figura 1a, se puede observar que las pendientes en la zona

elástica de las curvas esfuerzo-deformación aumentan gradualmente al aumentar el contenido de

fibra de madera. Sin embargo, este comportamiento es diferente para los compuestos fabricados

con fibras de corteza de bambú (Figura 8b), donde la rigidez de estos compuestos aumenta y se

mantiene constante.

(a)

16

(b)

Figura 8. Curvas promedio de esfuerzo-deformación de los compuestos: a) en base a fibra de madera de

bambú, y b) en base a fibra de corteza de bambú.

5.3.4.1.7. Ductilidad

Los compuestos con alto contenido de fibra presentan fractura frágil. La ductilidad decrece de

manera rápida al aumentar el contenido de fibra. Realmente no se puede afirmar que hay aumento

de la ductilidad en todas las mezclas entrecruzadas con PVC, con respecto a las no reticuladas

(Figura 9).

Figura 9. Ductilidad. Con PVC (- ▲ -), sin PVC (-- o --)

5.3.4.2. Propiedades físicas

5.3.4.2.1. Densidad

Según Pérez Méndez, Emerson (2010) esta propiedad está definida como la cantidad de masa por

unidad de volumen. En el caso de la madera plástica se puede decir que su densidad puede tener un

rango de variación, ya que en proceso de fabricación quedan atrapados vacíos que en algunos

casos no pueden ser evitados. Ésta suele indicar propiedades mecánicas puesto que cuanto más

densa es la madera, esta es mucho más fuerte y dura (p. 24). La Figura 10 muestra las densidades

calculadas para las probetas. Todas las probetas que contienen 25% de madera tienen los mismos

valores de densidad. Los valores más altos se encuentran en las probetas que contienen la mayor

cantidad de madera y aun así la diferencia con los otros compuestos no sobrepasa el 7%.

17

Figura 10. Densidad de los materiales (g/cm3).

5.3.4.2.2. Dureza

Según Pérez Méndez, Emerson (2010) la resistencia al impacto durabilidad, dureza y resistencia es

mayor a la madera vegetal. La dureza es una característica que depende de la cohesión de las fibras

y de su estructura, se manifiesta como la dificultad que opone la madera de ser penetrada por otros

cuerpos (clavos, tornillos, etc.) o a ser trabajada (cepillo, sierra, gubia, formón). La dureza está

relacionada con la densidad, de tal manera que tas maderas más duras son las de mayor densidad

(p. 25). La fig. 11, muestra el efecto de la concentración de la fibra de madera, la incorporación del

agente de acoplamiento y el agente espumante sobre la dureza del polímero reciclado y los

compuestos madera-plásticos. Los resultados del análisis de varianza muestran que el valor de

probabilidad “p” fue mayor que 0.05 para el modelo, lo que indica que no existen diferencias

significativas. La dureza intrínsecamente es una condición de la superficie del material, la cual es

fuertemente dependiente del porcentaje de madera presente en el compuesto.

Figura 11. Dureza como función de la concentración de fibra en polímeros reciclados, reforzados con fibra de

pino radiata, con y sin aditivos.

A placas de 6.35 mm de espesor en la prensa de platos calientes a una presión de transferencia de

8200 KPa y con una temperatura en los platos de 200°C, de donde se maquinaron las probetas

para realizar las pruebas de dureza shore D según la norma ASTM D2240, como se aprecia en la

figura 12 mostrada a continuación.

18

Figura 12. Probeta para pruebas de impacto, según la Norma ASTM D256-93.

5.3.4.2.3. Impermeabilidad

Según Pérez Méndez, Emerson (2010) en la madera plástica es importante saber si este material

proviene de desechos impermeables, es por ello que ya sea la humedad del medio ambiente u otro

tipo de humedad al que esté sometido este material no hará que este altere sus dimensiones como

es el caso de la madera de pino que no es un material impermeable o dicho en otras palabras es un

material higroscópico (p. 26).

5.3.4.2.4. Tenacidad

Según Pérez Méndez, Emerson (2010) este término se refiere a la capacidad de la madera para

resistir cargas repentinas (golpe o choque). Generalmente las fibras de madera de alta tenacidad

están entrecruzadas lo cual hacer que la madera sea difícil de rajar, o hacer que las fibras sufran la

separación entre ellas. Estas maderas se doblan mucho más, sin romperse o fracturarse (p. 27). El

contenido de fibra disminuye la tenacidad del material, la baja adhesión interfacial fibra-polímero

y los espacios vacíos entre estas fases inciden en el resultado (figura 13). El valor de la tenacidad

es mayor en los compuestos con PVC. Sin embargo, al incrementar el contenido de fibra el efecto

del PVC no es significativo debido a la menor cantidad de polímero disponible para cubrir

superficialmente la partícula de fibra.

Figura 13. a) Tenacidad; b) Fluencia. Con PVC (-▲-), sin PVC (--o--).

5.3.4.2.5. Flexibilidad

Según Pérez Méndez, Emerson (2010) esta es la propiedad que tienen algunas maderas de poder

ser dobladas o ser curvadas en su sentido longitudinal, sin romperse. La madera plástica presenta

especial aptitud para sobrepasar su límite de elasticidad por flexión sin que se produzca rotura

inmediata, siendo esta una propiedad que la hace útil para la curvatura se puede fabricar muebles,

ruedas, cerchas, instrumentos musicales, etc. (p. 27). Según Galo Cercado Erazo la madera es

flexible y tiene buenas propiedades dieléctricas y bajos coeficientes de dilatación.

5.3.4.2.6. Resistencia a agentes atmosféricos

Según Pérez Méndez, Emerson (2010) cuando se hace referencia a la resistencia a los agentes

atmosféricos, resistente a factores climáticos aislantes térmicos, acústicos y eléctricos, se debe que

tocar el tema de la durabilidad o duración del material, no necesita de medidas de protección

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contra la humedad por ser un material impermeable; además no necesita de medidas de protección

contra los ataques de los organismos destructores. La madera plástica no se astilla, no se agrieta,

no proliferan bacterias y no le afectan las plagas de insectos que atacan la madera. Resistente a

ácidos, álcalis, y alcoholes así mismo resiste a cambios de temperatura ambiental. En la tabla 14 se

pueden observar tres condiciones climáticas que afectan al material: la humedad, los rayos UV y la

temperatura. Este compuesto contiene un 40% PVC de alta densidad y un 60% de fibra de madera.

La exposición fue de 2000 h. Los valores entre paréntesis son las desviaciones estándar.

Tabla 14: resistencia medioambiental de la madera plástica

Humedad relativa (%) Módulo de

ruptura (MPa)

Módulo de

elasticidad (MPa)

Sin exposición UV (T = 23 °C)3493

17.4 (0.15)13.6 (0.45)

2906 (89.2)1913 (130.7)

Exposición UV (T = 23°C)3493

17.0 (0.27)14.5 (0.66)

2783 (68.69)2227 (24.8)

Sin exposición UV (T = 40 °C)

34

93

14.0 (2.46)13.0 (0.98)

2539 (56.2)2459 (22.1)

Exposición UV (T = 40°C)

34

93

16.8 (0.50)11.8 (1.56)

2655 (69.2)2312 .3)

5.3.4.3. Propiedades químicas

5.3.4.3.1. Punto de inflamación

Según Pérez Méndez, Emerson (2010) la temperatura de ignición de los productos de madera es

generalmente del orden de los 200 °C, la madera expuesta a un calor constante durante cierto

período de tiempo puede experimentar cambios químicos que produzcan una temperatura de

ignición mucho más baja y una posibilidad mucho mayor de auto ignición. Entre las maderas muy

inflamables se encuentran el pino, abeto, sauce, etc. todas ellas maderas resinosas (pp. 30-31). En

la figura 14 se muestra la inflamabilidad de la muestra.

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Figura 14. Test de llama.

5.3.4.3.2. Punto de fusión

Según Pérez Méndez, Emerson (2010) Encontrar el punto de fusión de la madera plástica es de

suma importancia ya que este es un factor que nos indicara el tiempo y la temperatura en el cual la

madera plástica pasa de un estado sólido a un estado líquido (pp. 31-32)

VI. Conclusiónes

1. Todas las pruebas de compresión, flexión y tensión, muestran que la fibra no aumenta la

resistencia, pero si incrementa su ductilidad y esto puede ser aprovechado como ventaja

para materiales que requieran ser livianos y muy deformables.

2. No se encontró una gran influencia del tamaño de fibra en las propiedades de compresión,

flexión y tensión, lo que no justificaría la selección de un solo tamaño de fibra,

desechando la posibilidad de utilizar los demás. Puede utilizarse fibra desde 1 a 10 mm sin

que se afecte la matriz, y es posible introducir al menos un 5%, cantidades mayores

originan fragilidad

3. Los materiales reforzados obtenidos, con polímeros reciclados reforzados con fibra, es una

buena opción para producir madera plástica, para emplearla en carrocerías que utilizan

madera, o en bastidores para separar con malla o alambre, zonas de producción

agropecuaria.

VII. Referencia bibliográficas

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