COMPARACIÓN DE LAS PROPIEDADES...

UNIVERSIDAD DE COSTA RICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA

COMPARACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS ENTRE UNA RESINA REFORZADA CON FIBRA DE CABUYA Y UNA

RESINA REFORZADA CON FIBRA DE VIDRIO

PROYECTO DE GRADUACIÓN SOMETIDO A LA CONSIDERACIÓN DE LA ESCUELA DE

INGENIERÍA QUÍMICA COMO REQUISITO FINAL PARA OPTAR POR EL GRADO DE LICENCIATURA EN INGENIERÍA QUÍMICA

ALEJANDRO BRENES ACOSTA

CIUDAD UNIVERSITARIA RODRIGO FACIO

SAN JOSÉ, COSTA RICA

2013

Proyecto de graduación sometido a consideración de la Escuela de Ingeniería Química como requisito final para optar por el grado de Licenciatura en

Ingeniería Química

Sustentante: Alejandro Brenes Acosta

Aprobado por:

lng. u Profesor · ci o Escuela de Ingeniería Química, UCR

Catedrático Escuela de Ingeniería Química, UCR

drático Escuela de Química, UNA

Ing'. Mayela M~~==""" Profesora Escuela de Ingen

Ciudad Universitaria Rodrigo Facio 2013

Presidente del Tribunal

Director del proyecto

Lector del proyecto

Lector del proyecto

Miembro invitado

ii

A mi mamá, Guadalupe, y a mi papá, Alejandro

por ser siempre mi impulso en todo momento,

han sido mi inspiración y ejemplo a seguir,

gracias a ustedes alcanzo una meta más.

iii

AGRADECIMIENTOS

A Dios, por permitirme llegar hasta aquí. A mis Padres y Hermanas, por su apoyo incondicional a lo largo de tantos años de esfuerzo. A Silvia Ulloa, por su interminable apoyo a lo largo de este proyecto, su paciencia, las largas horas invertidas y todas las buenas ideas. A doña Ana y don Efraín, por sus ideas y constantes energías positivas. Al Dr. Benito Stradi, que con su guía, apoyo y dedicación fue posible realizar este proyecto. Al Dr. Guillermo Jiménez y al POLIUNA, por su colaboración durante las distintas etapas del proyecto, especialmente durante la ejecución de análisis mecánicos. Al Ing. Johnny Alfaro por su colaboración durante el proyecto. A Isabel Carpio del Laboratorio de productos Forestales y a Tatiana Pardo, por el préstamo de equipo, instalaciones y colaboración durante la etapa de caracterización de fibra. Al Prof. Roylan Gutiérrez de CEDES Don Bosco, por su ayuda durante la etapa de construcción de moldes. Al M.Sc. Adolfo Ulate, a la Lic. Maryan Solano, a Olman Aguilar y a Carlos Abarca, por la colaboración brindada para poder hacer uso del Laboratorio de Ingeniería Química los sábados. Al Dr. Víctor Hugo Soto, de la Escuela de Química de la UCR, por el préstamo de instalaciones y equipo durante este proyecto. A todas las demás personas que de una u otra forma colaboraron con el proyecto.

iv

RESUMEN

El objetivo de este proyecto fue comparar las propiedades mecánicas de una resina de poliéster comercial reforzada con fibra de cabuya y una resina de poliéster comercial reforzada con fibra de vidrio. Se caracterizó la fibra de cabuya que se utilizó como fase de refuerzo del material compuesto. Se determinaron las características de humedad, extractivos totales, lignina, cenizas y holocelulosa, obteniéndose valores de 5,7 %, 8,0 %, 8,7 %, 1,67 % y 81,63 %, respectivamente. Posteriormente, se construyeron especímenes de poliéster que se utilizaron como patrones de comparación, los cuales consistieron en especímenes sin reforzar (100 % poliéster) y reforzados con 30 % de fibra de vidrio. Los patrones se ensayaron y se determinaron las propiedades mecánicas de resistencia a la tensión, módulo de elasticidad, resistencia a la flexión, y resistencia al impacto. Para el poliéster sin reforzar se obtuvieron valores de 52,6 MPa, 2639 MPa, 62,9 MPa y 5,82 J/m respectivamente. Para el material reforzado con fibra de vidrio se obtuvieron valores de 87,3 MPa, 5526 MPa, 155 MPa y 207,46 J/m respectivamente. Se evaluó el efecto del tamaño de fibra y el porcentaje de fibra de cabuya en la resistencia a la tensión y el módulo de elasticidad del material reforzado con fibra de cabuya. Para esto se ejecutó un diseño factorial 3x3 utilizando los niveles de longitud de fibra de 5 mm, 10 mm y 15 mm, y los niveles de porcentaje de fibra de cabuya de 1 %, 3 % y 5 %. Se determinó que tanto la longitud, como el porcentaje de fibra, y su interacción son variables significativas. El mayor valor obtenido de resistencia a la tensión fue de 34,5 MPa para una combinación de 15 mm y 5 % de fibra. En el caso del módulo de elasticidad el mayor valor obtenido fue de 2885 MPa, para una combinación de 10 mm y 5 % de fibra. En general, la resistencia a la tensión del material disminuyó al aumentar el porcentaje de fibra de cabuya, mientras que el módulo de elasticidad de Young aumenta al aumentar el contenido de fibra y al aumentar la longitud de la fibra. Con base en los resultados obtenidos del módulo de elasticidad del diseño factorial 3x3, se seleccionaron los niveles de 10 mm y 5 % de fibra, para construir especímenes para ensayos de resistencia a la flexión y resistencia al impacto, obteniéndose resultados de 32,6 MPa y 100, 87 J/m respectivamente. Las propiedades de resistencia a la tensión y resistencia a la flexión obtenidas alcanzaron valores menores a los obtenidos para los patrones de comparación. Por otro lado, las propiedades mecánicas de módulo de elasticidad y resistencia al impacto alcanzaron valores superiores a los obtenidos para el material de poliéster sin reforzar. Se recomienda estudiar el efecto de longitudes y porcentajes de fibra mayores a los utilizados en esta investigación, el efecto de la aplicación de presión durante el moldeo y el efecto de la utilización de un tratamiento químico de la fibra. Además evaluar una posible aplicación comercial, dadas sus características mecánicas y apariencia agradable.

v

ÍNDICE GENERAL

AGRADECIMIENTOS ..................................................................................................... iii

RESUMEN .......................................................................................................................... iv

ÍNDICE GENERAL ............................................................................................................ v

ÍNDICE DE FIGURAS ..................................................................................................... vii

ÍNDICE DE CUADROS .................................................................................................... ix

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................... 1

CAPÍTULO 2. FUNDAMENTO TEÓRICO .................................................................... 3

2.1 Propiedades y características de los polímeros ........................................................... 3

2.4 Ensayos mecánicos .................................................................................................... 13

2.5 Revisión de estudios previos ..................................................................................... 16

CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL .................................................. 19

3.1 Materiales .................................................................................................................. 19

3.2 Equipo Experimental ................................................................................................. 20

3.3 Caracterización de la fibra de cabuya ........................................................................ 22

3.4 Fabricación de moldes para la obtención de especímenes de poliésteres con y sin

refuerzo ............................................................................................................................ 24

3.5 Obtención de especímenes de poliéster patrón .......................................................... 26

3.6 Obtención de especímenes de poliésteres reforzados con fibra de cabuya ............... 29

3.7 Evaluación de las propiedades mecánicas de los especímenes de poliéster .............. 35

CAPÍTULO 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................. 37

4.1 Caracterización de la fibra de cabuya ........................................................................ 37

4.2 Construcción de moldes para elaboración de especímenes ....................................... 39

4.3 Obtención de especímenes de poliéster patrón sin refuerzo ...................................... 41

4.4 Obtención de poliésteres reforzados con fibra de cabuya ......................................... 46

4.5 Caracterización del poliéster reforzado con fibra de cabuya ..................................... 56

vi

4.6 Obtención de especímenes de poliéster patrón reforzados con fibra de vidrio. ........ 58

4.7 Comparación de las propiedades mecánicas del material reforzado con fibra de

cabuya y las probetas patrón............................................................................................ 60

CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................... 66

5.1 Conclusiones ............................................................................................................. 66

5.2 Recomendaciones ...................................................................................................... 68

BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................... 69

NOMENCLATURA .......................................................................................................... 73

APÉNDICE A. DATOS EXPERIMENTALES .............................................................. 76

APÉNDICE B. RESULTADOS INTERMEDIOS ......................................................... 91

APÉNDICE C. MUESTRA DE CÁLCULO ................................................................. 101

APÉNDICE D. PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES .................................... 110

ANEXOS .......................................................................................................................... 114

vii

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1 Reacción de formación de un poliéster (McMurry, 2004) .................................. 6

Figura 2.2 Formación de un poliéster de enlace cruzado (Smith & Hashemi, 2006). ......... 7

Figura 2.3 Clasificación de las fibras vegetales (Blanco, 1995; Talimi, 2011) ................. 11

Figura 2.4 Planta de cabuya y fibra de cabuya ................................................................... 13

Figura 2.5 Equipo para prueba de tensión (Vishu, 2007). .................................................. 14

Figura 2.6 Acercamiento de un espécimen en un equipo de .............................................. 15

Figura 2.7 Equipo para prueba de impacto Izod ................................................................ 16

Figura 3.1 Equipos utilizad en la caracterización de la fibra de cabuya (a) tamizador (b) molino de martillos (c) sistema de extracción soxhlet (d) plantilla..................................... 21

Figura 3.2 Esquema de caracterización de la fibra de cabuya ............................................ 22

Figura 3.3 Dimensiones de las probetas para ensayos mecánicos (a) Ensayo de tensión ASTM D638 (b) Ensayo de impacto ASTM D256 (c) Ensayo de flexión ASTM D790. ... 25

Figura 3.4 Diagrama del proceso utilizado para la fabricación de especímenes ................ 30

Figura 3.5 Herramienta de corte de fibra de cabuya. ......................................................... 31

Figura 4.1 Fibra de cabuya (a) antes del corte (b) después del corte a 5 mm .................... 38

Figura 4.2 Moldes para elaboración de probetas para ensayos mecánicos ........................ 40

Figura 4.3 Comparación de resistencia a la tensión de especímenes de poliéster con tratamiento térmicos de post-curado y sin tratamiento térmico de post-curado. ................. 43

Figura 4.4 Verificación del supuesto de normalidad para la prueba de t-student. (a) Resina de poliéster con post-curado. (b) Resina de poliéster sin post-curado. ............................... 44

Figura 4.5 Porcentajes de fibra real obtenidos en la evaluación de la resistencia a la tensión de las probetas reforzadas con fibra de cabuya. ...................................................... 48

Figura 4.6 Verificación de los supuestos del análisis de varianza. .................................... 50

Figura 4.7 Variación del módulo de Young con el porcentaje de fibra ............................. 51

viii

Figura 4.8 Promedio de la resistencia máxima a la tensión con la variación del porcentaje de fibra y la longitud de la fibra. ......................................................................................... 53

Figura 4.9 Curvas de tensión deformación para el material de poliéster reforzado con un 5 % de fibra de cabuya de 10 mm de longitud. ...................................................................... 56

Figura 4.10 Porcentajes de fibra de cabuya promedio por tipo de espécimen fabricado. .. 57

Figura 4.11 Porcentajes de fibra de vidrio promedio por tipo de espécimen fabricado ..... 59

Figura 4.12 Módulo de elasticidad promedio para una matriz de poliéster reforzado con fibra de cabuya, fibra de vidrio y sin refuerzo. .................................................................... 61

Figura 4.13 Verificación del supuesto de normalidad para la prueba de t-student. (a) 100 % resina de poliéster. (b) Resina de poliéster reforzada con fibra de cabuya (5 %, 10mm). ............................................................................................................................................. 62

Figura 4.14 Resistencia a la tensión promedio para una matriz de poliéster reforzada ..... 63

Figura 4.15 Resistencia al impacto promedio para una matriz de poliéster ....................... 64

Figura 4.16 Resistencia a la flexión promedio para una matriz de poliéster reforzado con fibra de cabuya, fibra de vidrio y sin refuerzo. .................................................................... 64

ix

ÍNDICE DE CUADROS

Cuadro 2.1 Matrices poliméricas utilizadas en FRP ............................................................ 6

Cuadro 2.2 Comparación de las propiedades de fibras de vidrio, carbono y aramida. ........ 8

Cuadro 2.3 Comparación entre fibras de vidrio y fibras naturales. (Wambua, Ivens & Verpoest, 2003) ................................................................................................................... 10

Cuadro 2.4 Propiedades de fibras naturales en comparación con fibra de vidrio E. ......... 10

Cuadro 2.5 Propiedades de la fibra de cabuya ................................................................... 12

Cuadro 2.6 Revisión bibliográfica de estudios experimentales en la elaboración de materiales poliméricos compuestos utilizando fibras naturales como material de refuerzo. ............................................................................................................................................. 17

Cuadro 3.1 Especificaciones de los reactivos utilizados en el proyecto ............................ 20

Cuadro 3.2 Especificaciones de los equipos utilizados en el proyecto .............................. 20

Cuadro 3.3 Cantidades de resina de poliéster y catalizador requeridos para la construcción de probetas para ensayos mecánicos. .................................................................................. 28

Cuadro 3.4 Numeración de las muestras patrón sin refuerzo para los ensayos de tensión, flexión e impacto. ................................................................................................................ 28

Cuadro 3.5 Numeración de las muestras patrón reforzadas con fibra de vidrio para los ensayos de tensión, flexión e impacto. ................................................................................ 29

Cuadro 3.6 Distribución de los experimentos en el diseño factorial 3x3. .......................... 34

Cuadro 3.7 Numeración de las muestras reforzadas con fibra de cabuya para los ensayos de impacto y flexión ............................................................................................................ 35

Cuadro 3.8 Normas ASTM utilizadas para el análisis de las propiedades mecánicas de los especímenes de poliéster con y sin refuerzo........................................................................ 35

Cuadro 4.1 Propiedades de la fibra de Furcraea Cabuya .................................................. 37

Cuadro 4.2 Longitud de la fibra de cabuya utilizada para la construcción del material reforzado. ............................................................................................................................. 39

x

Cuadro 4.3 Porcentajes de contracción obtenidos en la determinación de la contracción de resina de poliéster para el dimensionamiento de moldes. ................................................... 40

Cuadro 4.4 Propiedades mecánicas de la matriz de resina de poliéster. ............................ 41

Cuadro 4.5 Propiedades mecánicas de la matriz de resina de poliéster en investigaciones previas ................................................................................................................................. 42

Cuadro 4.6 Comparación de medias por prueba de t-student para la resistencia a la tensión entre especímenes de poliéster con y sin tratamiento de post-curado. ................................ 44

Cuadro 4.7 Prueba F de varianzas iguales para resistencia a la tensión entre la resina de poliéster con post-curado y sin post-curar. .......................................................................... 44

Cuadro 4.8 Contracción de la resina de poliéster de especímenes patrón sin refuerzo. .... 45

Cuadro 4.9 Resultados de módulo de elasticidad en tensión (MPa) obtenidos en la evaluación del efecto de la longitud de la fibra y el porcentaje de fibra. ............................ 49

Cuadro 4.10 Estadísticos de los resultados de módulo de elasticidad en tensión obtenidos en la evaluación del efecto de la longitud de la fibra y el porcentaje de fibra. ................... 49

Cuadro 4.11 Resultados de resistencia máxima a la tensión (MPa) obtenidos en la evaluación del efecto de la longitud de la fibra y el porcentaje de fibra. ............................ 52

Cuadro 4.12 Estadísticos de los resultados de resistencia máxima a la tensión obtenidos en la evaluación del efecto de la longitud de la fibra y el porcentaje de fibra. ................... 52

Cuadro 4.13 Propiedades mecánicas de la matriz de resina de poliéster reforzada con fibra de cabuya (5 %, 10 mm). ..................................................................................................... 57

Cuadro 4.14 Propiedades mecánicas de la matriz de resina de poliéster reforzada con fibra de vidrio. .............................................................................................................................. 59

Cuadro 4.15 Comparación de medias por prueba de t-student para el módulo de elasticidad entre la resina de poliéster reforzada con fibra de cabuya (5 %, 10 mm) y resina sin reforzar. .......................................................................................................................... 61

Cuadro 4.16 Prueba F de varianzas iguales para el módulo de elasticidad entre la resina de poliéster reforzada con fibra de cabuya (5 %, 10mm) y resina sin reforzar. ....................... 62

Cuadro A.1 Datos para la determinación de la humedad de la fibra de cabuya ................ 76

xi

Cuadro A.2 Datos para la determinación del porcentaje de extractos en la fibra de cabuya ............................................................................................................................................. 76

Cuadro A.3 Datos para la determinación de humedad de la fibra de cabuya sin extractos 76

Cuadro A.4 Datos para la determinación del porcentaje de lignina en la fibra de cabuya 76

Cuadro A.5 Datos para la determinación del contenido de cenizas en la fibra de cabuya . 76

Cuadro A.6 Datos de longitud de la fibra de cabuya utilizada para la construcción del material reforzado ................................................................................................................ 77

Cuadro A.7 Dimensiones de moldes de plástico utilizados para la determinación del porcentaje de contracción de la resina y el sobredimensionamiento de moldes de aluminio ............................................................................................................................................. 77

Cuadro A.8 Dimensiones de probetas utilizadas para la determinación del porcentaje de contracción de la resina y el sobredimensionamiento de moldes de aluminio .................... 78

Cuadro A.9 Dimensiones de los moldes de aluminio de flexión e impacto para cálculo de volumen y porcentaje de contracción de las probetas ......................................................... 78

Cuadro A.10 Datos obtenidos en la fabricación de las probetas de poliéster reforzadas con fibra de cabuya para la prueba de resistencia a la tensión ................................................... 78

Cuadro A.11 Resultados de la prueba de resistencia a la tensión en las probetas de poliéster reforzadas con fibra de cabuya ............................................................................. 81

Cuadro A.12 Datos obtenidos en la fabricación de las probetas de referencia de poliéster para la prueba de resistencia a la tensión ............................................................................. 83

Cuadro A.13 Resultados de la prueba de resistencia a la tensión en las probetas de referencia de poliéster .......................................................................................................... 84

Cuadro A.14 Datos obtenidos en la fabricación de las probetas de referencia de poliéster reforzadas con fibra de vidrio para la prueba de resistencia a la tensión ............................ 84

Cuadro A.15 Resultados de la prueba de resistencia a la tensión en las probetas de referencia de poliéster reforzadas con fibra de vidrio ......................................................... 85

Cuadro A.16 Datos obtenidos en la fabricación de las probetas de poliéster reforzadas con fibra de cabuya para la prueba de resistencia a la flexión ................................................... 85

xii

Cuadro A.17 Resultados de la prueba de resistencia a la flexión en las probetas de poliéster reforzadas con fibra de cabuya ............................................................................. 85

Cuadro A.18 Datos obtenidos en la fabricación de las probetas de referencia de poliéster para la prueba de resistencia a la flexión ............................................................................. 86

Cuadro A.19 Dimensiones de las probetas de referencia de poliéster para la prueba de resistencia a la flexión ......................................................................................................... 86

Cuadro A.20 Resultados de la prueba de resistencia a la flexión en las probetas de referencia de poliéster .......................................................................................................... 87

Cuadro A.21 Datos obtenidos en la fabricación de las probetas de referencia de poliéster reforzadas con fibra de vidrio para la prueba de resistencia a la flexión ............................ 87

Cuadro A.22 Resultados de la prueba de resistencia a la flexión en las probetas de referencia de poliéster reforzadas con fibra de vidrio ......................................................... 87

Cuadro A.23 Datos obtenidos en la fabricación de las probetas de poliéster reforzadas con fibra de cabuya para la prueba de resistencia al impacto .................................................... 88

Cuadro A.24 Resultados de la prueba de resistencia al impacto en las probetas de poliéster reforzadas con fibra de cabuya ............................................................................................ 88

Cuadro A.25 Datos obtenidos en la fabricación de las probetas de referencia de poliéster para la prueba de resistencia al impacto .............................................................................. 89

Cuadro A.26 Dimensiones de las probetas de referencia de poliéster para la prueba de resistencia al impacto .......................................................................................................... 89

Cuadro A.27 Resultados de la prueba de resistencia al impacto en las probetas de referencia de poliéster .......................................................................................................... 89

Cuadro A.28 Datos obtenidos en la fabricación de las probetas de referencia de poliéster reforzadas con fibra de vidrio para la prueba de resistencia al impacto .............................. 90

Cuadro A.29 Resultados de la prueba de resistencia al impacto en las probetas de referencia de poliéster reforzadas con fibra de vidrio ......................................................... 90

Cuadro B.1 Humedad de la fibra de cabuya ...................................................................... 91

Cuadro B.2 Humedad de la fibra de cabuya sin extractos ................................................. 91

Cuadro B.3 Extractos de la fibra de cabuya ....................................................................... 91

xiii

Cuadro B.4 Porcentaje de lignina en la fibra de cabuya .................................................... 91

Cuadro B.5 Contenido de cenizas en la fibra de cabuya .................................................... 91

Cuadro B.6 Composición de la fibra de cabuya ................................................................. 92

Cuadro B.7 Longitud de la fibra de cabuya utilizada para la construcción del material reforzado .............................................................................................................................. 92

Cuadro B.8 Porcentajes de contracción de resina para el diseño y sobredimensionamiento de los moldes de aluminio ................................................................................................... 92

Cuadro B.9 Residuos, pérdidas, y porcentaje real de fibra en las probetas de poliéster reforzadas con fibra de cabuya para la prueba de resistencia a la tensión .......................... 92

Cuadro B.10 Residuos y pérdidas en la fabricación de las probetas de referencia de poliéster para la prueba de resistencia a la tensión .............................................................. 95

Cuadro B.11 Residuos, pérdidas, y porcentaje real de fibra en las probetas de referencia de poliéster reforzadas con fibra de vidrio para la prueba de resistencia a la tensión ............. 95

Cuadro B.12 Promedios y desviaciones estándar de los resultados de las pruebas de resistencia a la tensión para las probetas reforzadas con fibra de cabuya y las probetas patrón ................................................................................................................................... 96

Cuadro B.13 Residuos, pérdidas, y porcentaje real de fibra en las probetas de poliéster reforzadas con fibra de cabuya para la prueba de resistencia a la flexión ........................... 96

Cuadro B.14 Residuos y pérdidas en la fabricación de las probetas de referencia de poliéster para la prueba de resistencia a la flexión .............................................................. 96

Cuadro B.15 Porcentajes de contracción en las probetas de referencia de poliéster para la prueba de resistencia a la flexión ......................................................................................... 97

Cuadro B.16 Residuos, pérdidas, y porcentaje real de fibra en las probetas de referencia de poliéster reforzadas con fibra de vidrio para la prueba de resistencia a la flexión .............. 97

Cuadro B.17 Promedios y desviaciones estándar de los resultados de las pruebas de resistencia a la flexión para las probetas con fibra de cabuya y las probetas patrón ........... 98

Cuadro B.18 Residuos, pérdidas, y porcentaje real de fibra en las probetas de poliéster reforzadas con fibra de cabuya para la prueba de resistencia al impacto ............................ 98

xiv

Cuadro B.19 Residuos y pérdidas en la fabricación de las probetas de referencia de poliéster para la prueba de resistencia al impacto ............................................................... 98

Cuadro B.20 Porcentajes de contracción en las probetas de referencia de poliéster para la prueba de resistencia al impacto .......................................................................................... 99

Cuadro B.21 Residuos, pérdidas, y porcentaje real de fibra en las probetas de referencia de poliéster reforzadas con fibra de vidrio para la prueba de resistencia al impacto ............... 99

Cuadro B.22 Promedios y desviaciones estándar de los resultados de las pruebas de resistencia al impacto para las probetas con fibra de cabuya y las probetas patrón ............ 99

Cuadro B.23 Promedios y desviaciones estándar de los porcentajes de fibra reales obtenidos en las probetas reforzadas con fibra de cabuya y fibra de vidrio ...................... 100

1

CAPÍTULO 1

INTRODUCCIÓN

Los materiales poliméricos son de uso casi insustituible en la vida diaria. La adición de una fibra

a estos materiales tiene un doble propósito. Agregar un material que haga que la degradación del

dispositivo o pieza sea más fácil una vez que es descartado, y también lograr propiedades nuevas

en el material polimérico base.

Generalmente, se espera que la adición de una fibra resistente le confiera al plástico una mayor

resistencia y por eso se les llama a estos materiales compuestos con el nombre de plásticos

reforzados. En su mayoría los plásticos reforzados se preparan a partir de una matriz polimérica

y fibras de carbono, vidrio o aramida. Los polímeros reforzados, especialmente aquellos

reforzados con fibra de vidrio, han tenido un rol importante en aplicaciones especializadas, como

por ejemplo en el sector automotriz, en donde las buenas propiedades mecánicas de los plásticos

reforzados, su estabilidad dimensional, su resistencia al calor y al frío, a la humedad y a la

corrosión, ocurren en combinación con el bajo peso del material y bajo costo (Smith & Hashemi,

2006; Zuhri, Sapuan & Ismail, 2009).

El uso de fibras naturales se ha convertido en una opción importante en áreas como la

fabricación de materiales compuestos (Quesada, Alvarado, Sibaja & Vega, 2005), en donde las

fibras naturales pueden actuar como refuerzo y dar resistencia y rigidez a la estructura del

material compuesto. Las fibras naturales tienen varias ventajas sobre las fibras sintéticas, como

disponibilidad, diversidad, renovabilidad, bajo costo, baja densidad, facilidad de separación,

secuestro de dióxido de carbono y biodegradabilidad (Quesada et al., 2005; Zuhri et al., 2009).

Por otro lado, algunas desventajas de las fibras naturales son: su carácter hidrofílico, sus bajas

estabilidades dimensional y térmica, su degradabilidad en presencia de microorganismos

(Quesada et al., 2005), además de sus menores propiedades mecánicas en comparación con la

fibras como la aramida, la fibra de vidrio y la fibra de carbón.

2

En investigaciones previas (Quesada et al., 2005; Li, Mai & Ye, 2000) han estudiado el uso de

fibras naturales como material de refuerzo para materiales poliméricos compuestos. Esta

alternativa permitiría buscar otros usos de los materiales producidos localmente, que puedan

beneficiar la industria nacional.

Una de las fibras naturales en estudio para la fabricación de materiales compuestos es la obtenida

de la planta de cabuya. Esta fibra se caracteriza por ser dura, resistente, durable y áspera. La

cabuya es una planta originaria de América Tropical (Blanco & Muñoz, 1991) y además una de

las fibras naturales comerciales más utilizadas en Costa Rica (Gómez, 1988). Es importante el

estudio de sus usos alternativos para la industria nacional, como lo es su utilización como

material de refuerzo en matrices poliméricas. La expectativa es que la cabuya constituya un

material de menor costo, mayor biodegradabilidad, y alta disponibilidad en el país, para sustituir

fibras sintéticas importadas con fibras naturales nacionales. En este trabajo se quiere evaluar y

dar a conocer los resultados obtenidos de las propiedades mecánicas de materiales poliméricos

compuestos a partir de una resina de poliéster comercial y fibras de cabuya.

3

CAPÍTULO 2

FUNDAMENTO TEÓRICO

2.1 PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DE LOS POLÍMEROS

Un polímero es una sustancia de cadena larga, constituida por moléculas que se caracterizan por

la repetición de uno o más tipos de unidades monoméricas. Los monómeros constituyen

sustancias de bajo peso molecular capaces de reaccionar consigo mismo o con otras sustancias,

para formar el polímero. Dos tipos importantes de materiales poliméricos son los termoplásticos

y los termofijos, que pertenecen al grupo de polímeros conocidos como plásticos. En la industria

se utilizan ambas clases de plásticos para múltiples aplicaciones reemplazando materiales como

metales debido a su menor costo en comparación con los metales (Vincent, Álvarez & Zaragoza,

2006; Smith & Hashemi, 2006).

2.1.1 Termoplásticos

Los termoplásticos son polímeros que requieren de calor para ser procesados, lo que permite

darles forma. Después al ser enfriados conservan la forma que se les dio. Estos materiales se

pueden volver a calentar y darles nuevas formas sin perder significativamente sus propiedades

(Smith & Hashemi, 2006; Taj, Munawar & Khan, 2007).

Los termoplásticos están formados por cadenas principales muy largas de átomos de carbono, y

se enlazan entre sí de forma covalente. En algunas ocasiones, pueden haber átomos de nitrógeno,

oxígeno y azufre, enlazados de forma covalente a la cadena molecular principal (Smith &

Hashemi, 2006).

4

2.1.2 Termofijos

Los materiales termofijos, son materiales plásticos que sufren una reacción química cuando se

calientan, lo cual resulta en la formación de enlaces covalentes, que endurecen y dan una forma

permanente al plástico.

Este tipo de material no puede volver a fundirse para ser reprocesado, ya que esto provoca su

degradación o descomposición. Son conocidos también como materiales poliméricos termo-

estables (Smith & Hashemi, 2006).

Los termofijos están formados por cadenas poliméricas que tienen enlaces entre ellas. Estas

cadenas unidas por enlaces, tienen la forma de una red. La red es una estructura macromolecular

en donde la misma se mantiene unida por los enlaces entre las cadenas. Esta estructura se forma

por la reacción química entre grupos presentes en cada cadena, que es facilitada por la aplicación

de calor, combinación de calor y presión, y/o adición de un catalizador A diferencia de los

termoplásticos, los termofijos no pueden ser reprocesados al ser calentados, ya que sus enlaces

entrecruzados enlazados covalentemente, no se pueden restaurar al estado que tenían antes de

que la resina fuera curada (reacción química entre las cadenas) (Smith & Hashemi, 2006).

Algunas de las características importantes de los termofijos, para aplicaciones de ingeniería son:

Estabilidad térmica y dimensional

Rigidez

Resistencia a la fluencia y deformación bajo carga

Bajo peso

Propiedades aislantes y térmicas.

2.2 MATERIALES COMPUESTOS

Un material compuesto es un sistema de materiales formado por una mezcla de dos o más

constituyentes, los cuales difieren en forma y composición química y son esencialmente

insolubles entre sí. Los materiales reforzados constituyen un tipo de material compuesto, en éstos

5

el constituyente que por lo general se encuentra en menor cantidad se conoce como la fase de

refuerzo y la otra fase se conoce como la matriz. El material de la fase de refuerzo puede estar en

forma de fibras, partículas o escamas (refuerzos planos). La matriz está formada por un material

de fase continua. La principal ventaja de los materiales compuestos es que estos poseen mayor

resistencia y rigidez en comparación con los componentes cuando estos actúan de manera

independiente. Este incremento en las características mecánicas de los materiales compuestos se

logra mediante el uso de materiales de refuerzo (principalmente fibras) de baja densidad y alta

resistencia (Smith & Hashemi, 2006; Kalpakjian & Schmid, 2002; Kaw, 2006; Hollaway, 2001).

Los materiales compuestos se clasifican en diferentes categorías dependiendo de la naturaleza de

la matriz, algunas de estas son: matriz polimérica, matriz metálica, matriz cerámica y matriz de

carbón (o un compuesto de éstas).

Materiales compuestos de matriz polimérica: Constituyen el tipo más común debido a su

bajo costo, alta resistencia y facilidad de fabricación. Su matriz puede estar constituida de

polímeros tanto termofijos como termoplásticos (Taj, Munawar & Khan, 2007).

Materiales compuestos de matriz metálica: Ejemplos de matrices son aluminio, magnesio

y titanio. Las fibras más comunes en este tipo de material compuesto son fibras de

carbono y de carburo de silicio (Taj, Munawar & Khan, 2007).

Materiales compuestos carbono-carbono: Utilizan fibras de carbono incorporadas en una

matriz de carbono. Este tipo de materiales compuestos se utilizan en condiciones de

temperaturas extremas (mayores a 6000 °F) (Taj, Munawar & Khan, 2007).

2.3 MATERIALES POLIMÉRICOS COMPUESTOS

Los plásticos reforzados son materiales compuestos de matriz polimérica (PMC, por sus siglas en

inglés polymer matrix composites). Los PMC pueden ser reforzados con fibras y en este caso se

conocen como FRP (por sus siglas en inglés fiber reinforced plastics). Las fibras poseen

características de resistencia y rigidez específica altas. La matriz polimérica es menos resistente

y rígida, pero su resistencia a la fractura (tenacidad) es alta en comparación con la de las fibras.

Además, la matriz también cumple con las funciones de transferir los esfuerzos a las fibras y

proteger las fibras de refuerzo contra el medio ambiente y los ataques químicos. De esta manera,

6

un plástico reforzado se espera que posea las ventajas de ambos constituyentes, mejorando sus

propiedades mecánicas en comparación con un plástico sin reforzar (Taj, Munawar & Khan,

2007; Kalpakjian & Schmid, 2002).

Distintos tipos de polímeros, tanto termoplásticos como termofijos, han sido utilizados como

matrices en FRP. En el cuadro 2.1 se muestran algunos de los polímeros utilizados como

matrices.

Cuadro 2.1 Matrices poliméricas utilizadas en FRP Nombre Clasificación

Resina epóxica Termofijo Resina de poliéster Termofijo

Vinil éster Termofijo Poliamida Termofijo

Polietileno de alta densidad (HDPE) Termoplástico Polietileno de baja densidad (LDPE) Termoplástico

Polietileno clorado Termoplástico Cloruro de polivinilo (PVC) Termoplástico

Fuente: (Taj, Munawar & Khan, 2007).

2.3.1 Resina de poliéster insaturada

Un poliéster es un polímero que resulta de la reacción de un diácido (ácido con dos grupos –

COOH) y de un diol (alcohol con dos grupos –OH) (McMurry, 2004). De esta reacción pueden

resultar varios tipos de poliéster: poliéster saturado, poliéster textil, poliésteres plastificantes y

poliéster insaturado.

+ HOC(CH2)mCOH

O O

C(CH2)mC

O O

H2OHO(CH2)nOH O(CH2)nO +

Diol Diácido Poliéster

Figura 2.1 Reacción de formación de un poliéster (McMurry, 2004)

7

La resina de poliéster insaturada es un termofijo que ha sido utilizado como matriz en PMC. Este

tipo de resina posee ventajas como la capacidad de curarse a temperatura ambiente y buenas

propiedades mecánicas (Taj, Munawar & Khan, 2007). El poliéster no saturado es usado

ampliamente en aplicaciones como cascos de lanchas, paneles de construcción,

electrodomésticos, automóviles, aviones, entre otras. En Costa Rica, la resina de poliéster es la

más utilizada en sectores industriales como en la construcción, para la elaboración de botes y

tanques para agua, debido a su bajo costo y facilidad de trabajo (Quesada, 2003).

Como se mencionó anteriormente, los materiales termofijos se pueden obtener mediante

reacciones químicas que producen redes macromoleculares formadas por enlaces entrecruzados.

Los poliésteres insaturados tienen dobles enlaces reactivos carbono-carbono, los cuales se

pueden hacer reaccionar con moléculas que tienen un doble enlace disponible (como el estireno)

para formar enlaces entrecruzados. Esta reacción se da en presencia de un agente de curado, por

radicales libres, a temperatura ambiente. El peróxido de metiletil cetona (MEKP), es uno de los

agentes de curado más comunes para el curado de poliésteres insaturados. La figura 2.2 muestra

la reacción entre un poliéster insaturado lineal y un monómero de estireno (Smith & Hashemi,

2006).

Figura 2.2 Formación de un poliéster de enlace cruzado (Smith & Hashemi, 2006).

Algunos materiales de refuerzo que pueden ser utilizados en los materiales poliméricos

compuestos, son las fibras sintéticas y las fibras naturales.

8

2.3.2 Fibras sintéticas como material de refuerzo

Diferentes tipos de fibras sintéticas han sido utilizadas como material de refuerzo para la

elaboración de plásticos reforzados. Las tres principales fibras sintéticas utilizadas son las fibras

de vidrio, fibras de carbón y fibras de aramida. En cuadro 2.2 se muestran distintas propiedades

de las fibras sintéticas mencionadas.

Cuadro 2.2 Comparación de las propiedades de fibras de vidrio, carbono y aramida.

Tipo de fibra Resistencia a la tensión (MPa)

Módulo de elasticidad en tensión (Young)

(GPa)

Densidad (g/cm3)

Vidrio E 3100 76 2,54 2400 72,4 2,55A

3500 73 2,48

Aramida (Kevlar 49)

3600 131 1,44 2650 127 1,45A

2800 117 1,44

Carbono 3450B 228B 1,8B

2410C 241C 1,92A, C

3000 275 1,9 A. Densidad relativa; B. Carbono HT; C. Carbono tipo II. Fuentes: Smith & Hashemi, 2006; Hollaway, 2001; Kalpakjian & Schmid, 2002.

2.3.2.1 Fibras de vidrio

Las fibras de vidrio son las más comunes para ser utilizadas en PMC, debido a sus ventajas como

bajo costo, alta resistencia a la tensión, alta resistencia al ataque de sustancias químicas y buenas

propiedades de aislamiento. Los dos principales tipos de fibra de vidrio utilizados en los PMC

son el vidrio tipo eléctrico (tipo E) y el vidrio de alta resistencia (tipo S). El vidrio E es el que se

usa más comúnmente, y está formado por óxido de calcio (CaO), aluminio (Al2O3) y boro

silicato (B2O3; SiO2). El vidrio S está compuesto de SiO2, Al2O3 y MgO, y posee una resistencia

y rigidez mayores que el vidrio E, pero su costo es superior (Smith & Hashemi, 2006).

2.3.2.2 Fibras de aramida

Es una fibra de polímero de poliamida aromática con estructura molecular muy rígida. Este tipo

de fibras se conocen por el nombre comercial Kevlar® y hay de dos tipos: 49 y 29. El Kevlar 49

9

posee baja densidad, alta resistencia y alto módulo de elasticidad, y se utiliza como refuerzo en

plásticos reforzados utilizados en aplicaciones aeroespaciales, marítimas y automotrices. El

Kevlar 29 posee alta densidad y alta resistencia, y se utiliza en aplicaciones como protección

balística, cuerdas y cables (Smith & Hashemi, 2006).

2.3.2.3 Fibras de carbono

Las fibras de carbono se utilizan como refuerzo de materiales poliméricos compuestos cuando se

requiere obtener un material con propiedades como muy alta resistencia, elevado módulo de

elasticidad y de bajo peso. Este tipo de propiedades hacen que las fibras de carbono como

refuerzo de PMC se utilicen principalmente en aplicaciones aeroespaciales. Su elevado costo

limita su uso en otro tipo de industrias como la automotriz (Smith & Hashemi, 2006).

2.3.3 Fibras naturales como material de refuerzo

El uso de fibras naturales se ha convertido en una opción importante en el área de la fabricación

de materiales compuestos, en donde la expectativa es que las fibras naturales actúen como

refuerzo y le den resistencia y rigidez a la estructura del material.

Las fibras naturales tienen varias ventajas sobre las fibras sintéticas, como disponibilidad,

diversidad, renovabilidad, bajo costo, baja densidad, propiedades aceptables de resistencia,

facilidad de separación, secuestro de dióxido de carbono y biodegradabilidad (Quesada,

Alvarado, Sibaja & Vega, 2005; Zuhri et al., 2009). El cuadro 2.3 muestra una comparación

entre fibras naturales y fibras de vidrio.

La comparación de propiedades como resistencia a la tensión, módulo de elasticidad y porcentaje

de deformación entre las fibras naturales y las fibras sintéticas, hace que las fibras naturales sean

un sustituyente potencial de las fibras de vidrio E (que son las fibras sintéticas más utilizadas).

En el cuadro 2.4 se presenta una comparación entre las propiedades de varias fibras naturales y la

fibra de vidrio tipo E.

10

Cuadro 2.3 Comparación entre fibras de vidrio y fibras naturales. (Wambua, Ivens & Verpoest, 2003)

Característica Fibras naturales Fibras de vidrio Densidad Baja Aprox. el doble que las fibras naturales

Costo Bajo Bajo, pero mayor que las fibras naturales Renovable Sí No Reciclable Sí No

Consumo de energía Bajo Alto CO2 neutral Sí No

Abrasión a máquinas No Sí Disposición Biodegradable No biodegradable

Cuadro 2.4 Propiedades de fibras naturales en comparación con fibra de vidrio E.

Propiedad Fibras

Vidrio E Hemp (cáñamo)

Yute Coco Sisal Lino

Densidad (g/cm3) 2,55 1,48 1,46 1,25 1,33 1,4 Resistencia a la tensión (MPa)

2400 550-900 400-800 220 600-700 800-1500

Módulo de elasticidad (GPa)

73 70 10-30 6 38 60-80

% Deformación 3 1,6 1,8 15-25 2-3 1,2-1,6 Absorción de humedad (%)

- 8 12 10 11 7

Fuente: Wambua, Ivens & Verpoest, 2003

Algunas desventajas de las fibras naturales respecto a las fibras sintéticas son: su carácter

hidrofílico, sus bajas estabilidades dimensional y térmica, su degradabilidad en presencia de

microorganismos (Quesada et al., 2005), además de sus menores propiedades mecánicas en

comparación con la fibras minerales artificiales (sintéticas).

Las fibras que se obtienen de las plantas, son conocidas como fibras vegetales. Estas fibras se

pueden clasificar de la siguiente forma:

11

Fibras vegetales

Maderables

No maderables

Hojas (fibras duras)

Semillas

Tallo (fibras blandas)

Duras

Blandas

Figura 2.3 Clasificación de las fibras vegetales (Blanco, 1995; Talimi, 2011)

Las fibras vegetales están compuestas de tres componentes principales: lignina, celulosa y

hemicelulosa (Blanco, 1995; Talimi, 2011). Las propiedades de las fibras vegetales dependen

principalmente de la naturaleza de la planta, ubicación en la que se cultiva, edad de la planta y el

método de extracción utilizado (Kuruvilla, Dias, Beena, Sabu & Hecker, 1999;

Thiruchitrambalam, Athijayamani, Sathiyamurthy, Syed Abu Thaheer, 2010).

El uso de fibras naturales como refuerzo de polímeros, tanto termofijos como termoplásticos,

como alternativa de las fibras de vidrio, es un tema de investigación que se ha venido estudiando

en los últimos años. Varios tipos de fibras naturales han sido investigadas para su uso en

plásticos como material de refuerzo. Entre estas se encuentran: yute, fibras de banano, fibras de

hoja de piña, sisal, coco y fibra de palma (Taj, Munawar & Khan, 2007; Kuruvilla et al., 1999).

De acuerdo con Kuruvilla et al. (1999) la fibra de sisal ha sido de gran interés para su estudio

como material de refuerzo en FRP, debido a que los materiales obtenidos, tienen alta resistencia

al impacto y propiedades de resistencia a la tensión y resistencia a la flexión, ambas moderadas.

12

Quesada et al. (2005) estudiaron la elaboración de materiales poliméricos compuestos, utilizando

fibras de rastrojo de piña y una resina de poliéster comercial, mediante la evaluación de variables

como la longitud de la fibra y el porcentaje de fibra utilizada.

Por otro lado Jasso, Hernández, San-Juan, González y Mendizábal (2000), evaluaron la

utilización de fibras de henequén y yuca (con y sin tratamiento químico) como reforzamiento de

una resina de poliéster no saturada.

2.3.4 Planta de Cabuya

La cabuya es una planta originaria de América Tropical (Blanco & Muñoz, 1991) y además una

de las fibras naturales comerciales más utilizadas en Costa Rica (Gómez, 1988). Es una planta

monocotiledónea que pertenece al orden Liliales, a la familia Agavaceae y al género Furcraeae.

En nuestro país la cabuya se utiliza mucho en la fabricación de sacos, mecates, hamacas y

alfombras (Blanco & Muñoz, 1991; Gómez, 1988). La fibra de cabuya se caracteriza por ser

dura, resistente, durable y áspera. Estas características hacen que las fibras de cabuya sean una

posible alternativa para ser utilizadas como material de refuerzo en PMC. En el Cuadro 2.5 se

presentan algunas de las propiedades de la fibra de cabuya.

Cuadro 2.5 Propiedades de la fibra de cabuya

Propiedad Valor Grosor (mm) 0,24

Densidad aparente (g/cm3) 0,723 Lignina (% masa/masa) 10,1 Celulosa (% masa/masa) 70,0

Módulo de elasticidad (GPa) 8,2-9,1 Porcentaje de alargamiento a fractura (%) 9,8

Resistencia a la tensión (MPa) 132,4 Fuente: (Delvasto, Toro, Perdomo & Mejía, 2010).

13

Figura 2.4 Planta de cabuya y fibra de cabuya

2.4 ENSAYOS MECÁNICOS

Las propiedades mecánicas de los materiales plásticos, son de gran importancia debido a que la

gran mayoría de aplicaciones finales para éstos involucran algún tipo de carga mecánica. La

selección de un material para alguna aplicación en específico, generalmente se basa en

propiedades mecánicas, tales como: resistencia a la tensión, módulo de elasticidad, resistencia a

la flexión y resistencia al impacto.

2.4.1 Ensayo de resistencia a la tracción

La resistencia a la tracción es la medida de la capacidad de un polímero de resistir los esfuerzos

de tensión. Normalmente se miden aplicando esfuerzo a una probeta, la cual es sujetada por los

dos extremos con las mordazas del equipo con el que se hace el ensayo. Una mordaza se

mantiene fija, mientras que la otra se desplaza en incrementos determinados a una velocidad

controlada. Mediante este ensayo es posible determinar lo que se conoce como módulo de

elasticidad o módulo de Young del material, que es una medida de la rigidez del material

(Seymour & Carraher, 1995; Vishu, 2007).

El equipo utilizado para este ensayo consiste en una cabeza transversal, a la cual se le pueden

instalar distintas celdas de carga. Está equipado con mordazas en las cuales se fija el espécimen,

una de las mordazas se mantiene fija, y la otra se mueve a una velocidad constante controlada

aplicando una carga al espécimen. El equipo tiene sensores que permiten obtener la fuerza de

http://tejidotexturizado.wordpress.com/queeslaplantadefique/cultivo_de_fique/

http://tejidotexturizado.wordpress.com/queeslaplantadefique/cultivo_de_fique/

14

tensión sobre la probeta, así como extensómetros que permite obtener la distancia entre dos

puntos de referencia al estirarse la probeta (Vishu, 2007).

Las dimensiones de los especímenes varían de acuerdo a los requerimientos de normas

estandarizadas que existen para esta prueba. Una norma estandarizada para la evaluación de la

resistencia a la tensión de plásticos es la ASTM D638 (Standard test method for tensile

properties of plastics). La figura 2.5 muestra un equipo comercial para ensayos de tensión.

Figura 2.5 Equipo para prueba de tensión (Vishu, 2007).

2.4.2 Ensayo de flexión

La resistencia a la flexión es la capacidad de un material de soportar fuerzas de flexión aplicadas

perpendicularmente sobre su eje longitudinal. Los esfuerzos longitudinales aplicados sobre el

material son una combinación de fuerzas de tensión y compresión. La resistencia a la flexión se

reporta en términos del esfuerzo y deformación máximos que presenta el espécimen en la

superficie. Algunos polímeros no fallan durante esta prueba, lo cual hace que la determinación de

la resistencia máxima a la flexión sea impráctica para muchos polímeros. En estos casos lo

común es reportar el límite elástico a la flexión cuando la superficie exterior de la muestra ha

alcanzado una deformación máxima del 5 % (Vishu, 2007).

Para este ensayo, se utiliza un espécimen de sección transversal rectangular, que se soporta por

sus extremos y se le aplica una carga de modo vertical sobre un punto central en el espécimen.

15

La figura 2.6 muestra un espécimen al que se le está realizando un ensayo de flexión en tres

puntos. Los esfuerzos a la fractura en flexión se conocen como módulo de ruptura o resistencia a

la fractura transversal (Kalpakjian & Schmid, 2002). Una norma estandarizada para la evaluación

de la resistencia a la flexión de plásticos es la ASTM D790 (Standard test methods for flexural

properties of unreinforced and reinforced plastics and electrical insulating material).

Figura 2.6 Acercamiento de un espécimen en un equipo de

ensayo de flexión en tres puntos (Vishu, 2007).

2.4.3 Ensayo de impacto IZOD

Esta prueba consiste en un ensayo de fractura a elevada velocidad, mediante el cual una probeta

o espécimen es sometido a una elevada cantidad de energía mecánica de forma puntual e

instantánea con el fin de provocar su fractura. Mediante este ensayo es posible obtener la

tenacidad del material, que es una medida de la cantidad de energía (J/m ó kJ/m2) que un

material puede absorber antes de fracturarse (Quesada, 2003; Smith & Hashemi, 2006).

La prueba consiste en tomar un espécimen, sujetarlo por un extremo y romperlo con un péndulo

oscilante. La energía disipada al romper la muestra se puede obtener a partir de la cantidad de

oscilación del péndulo y correspondería a la tenacidad de impacto del material (Kalpakjian &

Schmid, 2002). Una norma estandarizada para le evaluación de la resistencia al impacto es la

16

ASTM D256 (standard test methods for determining the Izod pendulum impact resistance of

plastics). La figura 2.7 muestra un equipo para ensayos de impacto.

Figura 2.7 Equipo para prueba de impacto Izod

2.5 REVISIÓN DE ESTUDIOS PREVIOS

Distintos autores han realizado estudios experimentales para la evaluación de materiales

poliméricos compuestos utilizando fibras naturales como material de refuerzo. El cuadro 2.6

muestra un resumen de los diferentes aspectos tomados en algunos de estos estudios.

17

Cuadro 2.6 Revisión bibliográfica de estudios experimentales en la elaboración de materiales poliméricos compuestos utilizando fibras naturales como material de refuerzo.

Referencia bibliográfica (Jasso et al., 2000) (Quesada et al., 2005)

Matriz (tipo, catalizador)

Poliéster insaturado entrecruzado con estireno y acrilato de butilo. Peróxido de metiletil cetona (PMEK) (catalizador), naftenato de cobalto (acelerador)

Poliéster insaturado de uso comercial, entrecruzado con monómero de estireno. Peróxido de metiletil cetona (PMEK) (catalizador).

Refuerzo (fibra)

Tipo Fibra de vidrio, fibra de yuca, fibra de henequén Fibra de rastrojo de piña.

%Fibra/matriz

No se estudió. Se utilizaron dos capas de agente de refuerzo, con lo cual el % fibra/matriz varía de forma distinta según el tipo de fibra (18 %, 22 % y 28 % (m/m)).

0 %, 5 %, 10 %, 15 %, 20 % (m/m)

Longitud fibras N/A. Se utilizó petatillo 0,425 mm; 0,500 mm; 1,000 mm y 1,400 mm

Preparación

Evaluación de 7 tratamientos químicos, los más favorables: Solución al 2 % (m/m) NaOH. Seguido de secado Mezcla alcohol isopropílico/agua. Seguido de secado

Reducción del tamaño del material por métodos mecánicos.

Preparación de las muestras

Operación manual utilizando moldes rectangulares. Curado T ambiente por 10 h Post-curado a 80°C durante 2 h

Vaciado de la mezcla en moldes cuadrados. Curado a T ambiente por 2 h. Curado de las muestras con y sin aplicación de presión.

Características evaluadas Resistencia a la tensión Módulo de Young Resistencia al impacto

Densidad Resistencia a la tensión Resistencia a la flexión Resistencia al impacto Estudio de superficie de fractura por microscopía electrónica de barrido (SEM)

18

Cuadro 2.6 (Continuación) Revisión bibliográfica de estudios experimentales en la elaboración de materiales poliméricos compuestos utilizando fibras naturales como material de refuerzo.

Referencia bibliográfica (Samy, 2011) (Sreekumar, Kuruvilla , Unnikrishnan & Sabu, 2007)

Sangthong, Pongprayoon & Yanumet, 2009)

Matriz (tipo, catalizador) Polietileno de baja densidad

Resina de poliéster isoftálica Peróxido de metiletil cetona (MEKP) (catalizador), naftenato de cobalto (acelerador)

Resina de poliéster insaturado Peróxido de metiletil cetona (PMEK) (catalizador), naftenato de cobalto (acelerador)

Refuerzo (fibra)

Tipo Paja de arroz Sisal (Agave Sisalana) Sisal %Fibra/matriz 2 %, 5 %, 6 % (m/m) 20 %, 30 %, 40 %, 50 % (v/v) 10 %, 20 %, 30 %, 40 % (v/v) Longitud fibras 2 mm, 4 mm, 6 mm 10 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm 10 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm

Preparación

Tratamiento químico: H3PO4 NaOH H2SO4 Secado a 60 °C por 24 h luego del tratamiento

Lavado de las fibras con agua Secado

Tratamiento químico de la superficie de las fibras.

Preparación de las muestras

Extrusión seguido por método de moldeo por compresión (moldes con las dimensiones de las probetas)

Moldeo por compresión para obtener láminas (curado por 12 h) Moldeo por transferencia para obtener láminas

Operación manual utilizando moldes rectangulares. Curado por 12 h a T ambiente

Características evaluadas Resistencia a la tensión Resistencia a la flexión Análisis SEM

Resistencia a la tensión Resistencia a la flexión Análisis SEM Análisis del contenido de huecos Análisis de absorción de agua

Resistencia a la tensión Resistencia a la flexión Resistencia al impacto Ensayo de dureza Análisis SEM

19

CAPÍTULO 3

METODOLOGÍA EXPERIMENTAL

En este capítulo se describen los materiales, equipos y metodología utilizados en las

diferentes etapas experimentales, con el fin de cumplir con el objetivo general del

proyecto: comparar las propiedades mecánicas de una resina de poliéster comercial

reforzada con fibra de cabuya y de una resina de poliéster comercial reforzada con fibra de

vidrio.

La parte experimental del proyecto se llevó a cabo en cuatro laboratorios. Las pruebas de

caracterización de la fibra de cabuya se realizaron en el Laboratorio de Productos

Forestales de la Universidad de Costa Rica (LPF). La construcción de muestras (probetas)

de resina de poliéster reforzado con fibra de cabuya y las muestras patrón (con fibra de

vidrio y sin reforzar) se llevó a cabo en los laboratorios de Ingeniería Química de la

Universidad de Costa Rica (LIQUCR) y de Química de la Universidad de Costa Rica. Por

último, en el Laboratorio de Polímeros de la Universidad Nacional (POLIUNA) se realizó

el análisis de las propiedades mecánicas de las probetas.

3.1 MATERIALES

La fibra de cabuya utilizada como material de refuerzo en la fabricación de las probetas de

plástico reforzado, fue adquirida a la empresa Fibras de Centroamérica S.A (FIDECA

S.A), la cual se encuentra ubicada en el sector de San Cristóbal, San José, y se dedica

principalmente a la manufactura de sacos, esquineros plásticos, mecates y cordeles de

fibras naturales y sintéticas (FIDECA, 2012).

Como material de refuerzo también se utilizó fibra de vidrio comercial tipo E, en

presentación de “mat o roving”, la cual fue adquirida de la empresa Fibrocentro S.A

(Refiérase a la ficha técnica en el Anexo 1). Para la elaboración de las probetas de plástico

reforzado, la matriz utilizada corresponde a una resina de poliéster insaturada comercial la

20

cual contiene monómero de estireno como agente entrecruzante (RESINMEX MR-277).

Como agente de curado se utilizó peróxido de metiletil cetona (CADOX M-50A). Tanto la

resina de poliéster como el agente de curado fueron adquiridos de la empresa Fibrocentro

S.A. (Refiérase a las fichas técnicas en el Anexo 1). En el cuadro 3.1 se detallan los

reactivos utilizados en las diferentes etapas del proyecto.

Cuadro 3.1 Especificaciones de los reactivos utilizados en el proyecto Reactivo Fabricante Pureza Calidad

Ftalato ácido potasio Gamma 99,5 % Reactivo A.C.S

Ácido sulfúrico Gamma 95,0 % -98,0 % Técnico

Hidróxido de Sodio Gamma min 97 % Reactivo A.C.S

Etanol Gamma 95 % - Fenolftaleína Curtin - - Tolueno J.T Baker 99,99 % - Benceno CAS# 71-43-2 - -

Acetona Gamma min 99,5 % Reactivo A.C.S

Resina de poliéster insaturado Mexicana de Resinas - - Peróxido de metiletil cetona AKZO NOVEL - -

3.2 EQUIPO EXPERIMENTAL

En el Cuadro 3.2 se detalla el equipo utilizado durante el desarrollo experimental del

proyecto y en la Figura 3.1 se muestran imágenes de los equipos utilizados para las etapas

de caracterización de fibra.

Cuadro 3.2 Especificaciones de los equipos utilizados en el proyecto Equipo Fabricante Rango Placa

Balanza analítica OHAUS 0-200 g PFE-01 (UCR)

Bomba de vacío Ritchie 0-30 inHg 140901 (UCR) Tamizador Westinghouse - 70174 (UCR)

21

Cuadro 3.2 (Continuación) Especificaciones de los equipos utilizados en el proyecto.

Equipo Fabricante Rango Placa Molino de martillos Yoshida Seisakusho CO - 52218 (UNA)

Plantilla - - 49726 (UCR) CNC-40 Johnford - 008 (CTDB)

Fresadora Johnford - 005 (CTDB)

Balanza analítica Denver Instruments Max 60/210 g d 0,01/0,1mg 240466 (UCR)

Balanza semi-analítica ADAM Max 360 g / d 1mg 223343 (UCR)

Horno Blue M - 120757 (UCR) Horno Grieve - 138380 (UCR)

Bomba de vacío The WelchScientific Co. - 43092 (Serie) Balanza analítica Mettler Toledo AE2005 - 141827 (UCR)

Horno de convección Precision Scientific - 40657 (UCR)

Balanza Acculab (vicon-612) Max 610g, d=0,01g -

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 3.1 Equipos utilizad en la caracterización de la fibra de cabuya (a) tamizador (b) molino de martillos (c) sistema de extracción soxhlet (d) plantilla

22

3.3 CARACTERIZACIÓN DE LA FIBRA DE CABUYA

Con el fin de conocer el punto de partida de la materia prima utilizada como fase de

refuerzo en los plásticos reforzados elaborados, se llevó a cabo la determinación de las

siguientes características de la fibra de cabuya: humedad, extractivos, cenizas, contenido

de lignina y contenido de holocelulosa. Para la determinación de las características

mencionadas se utilizaron normas estandarizadas TAPPI. En la Figura 3.2 se muestra un

esquema del manejo de las muestras durante la caracterización de la fibra de cabuya.

Fibra de cabuya molida

Determinación de humedad

Muestra

C1

Muestra

C2

Determinación de materiales

extractivos Determinación de materiales

extractivos

Muestra

C1.1

Determinación

de ligninaDeterminación

de cenizas

Muestra

C2.1

Muestra

C1.1.1

Muestra

C1.1.2Muestra

C1.1.3

Muestra

C1.1.4

Determinación

de ligninaDeterminación

de cenizas

Muestra

C2.1.1

Muestra

C2.1.2Muestra

C2.1.3

Muestra

C2.1.4

Figura 3.2 Esquema de caracterización de la fibra de cabuya

3.3.1 Determinación de humedad

La determinación de humedad en la fibra de cabuya se llevó a cabo de acuerdo a la norma

TAPPI 264 om-88. La fibra fue previamente molida en un molino de martillos y se tamizó

utilizando una malla 40 mesh (apertura de 0,4 mm). Una muestra húmeda de

aproximadamente 1 g se pesó y luego se secó en un horno durante 2 horas a 105 ± 3°C.

Seguidamente, la muestra se dejó enfriar en un desecador y se pesó. Ciclos adicionales de 1

23

hora de secado se llevaron a cabo hasta obtener un peso constante en la muestra (se

considera peso constante cuando pesadas sucesivas no varían en más de 0,002 g).

3.3.2 Preparación de la fibra para el análisis químico (determinación de materiales

extractivos)

Para la determinación de cenizas, lignina y holocelulosa, la fibra debe ser previamente

preparada, tal como se indica en la norma TAPPI 264 om-88, con el fin de remover

materiales que pueden interferir con los análisis. La fibra se cortó en secciones de

aproximadamente 1cm y posteriormente se molió utilizando un molino de martillos. La

fibra molida se tamizó utilizando una malla 40 mesh (apertura 0,4 mm). Para remover las

sustancias extractivas, se realizó una extracción química sólido-líquido en un soxhlet,

utilizando la fibra previamente molida y una mezcla de etanol-benceno 1:2 en volumen. La

extracción se llevó a cabo por 8 horas, con un una tasa de extracción de al menos 4 ciclos

por hora. Finalizada la extracción, se realizaron lavados con etanol para remover el exceso

de benceno. Posteriormente, se realizó una segunda etapa de extracción con etanol al 95 %

por 4 horas. Al finalizar la extracción, se llevaron a cabo lavados con agua destilada. Por

último, la muestra se trasfirió a un recipiente en el cual se agregó agua destilada y se hirvió

en un baño durante una hora posteriormente, luego de lo cual se filtró al vacío. La fibra se

dejó secar en un cuarto a condiciones controladas (22 °C, 60 % humedad relativa) durante

una semana.

3.3.3 Determinación de cenizas

La determinación de cenizas en la fibra de cabuya se llevó a cabo de acuerdo a la norma

TAPPI 211 om-85. La fibra fue previamente preparada para el análisis de acuerdo a la

norma TAPPI 264 om-88. La muestra fue calentada en un crisol (previamente

acondicionado) utilizando un horno de mufla a 575 ± 25 °C durante 3 horas. La muestra se

dejó enfriar en un desecador, y posteriormente se pesó al 0,1 mg más cercano.

24

3.3.4 Determinación de lignina

La determinación de lignina en la fibra de cabuya se llevó a cabo de acuerdo a la norma

TAPPI 222 om-88. La fibra fue previamente preparada para el análisis de acuerdo a la

norma TAPPI 264 om-88. La muestra se colocó en un beaker y se agregaron 15 mL de

ácido sulfúrico 72 %, manteniendo el beaker en un baño a 2 ± 1 °C, hasta que el material se

dispersó por completo. Una vez dispersada la fibra, se mantuvo por dos horas en un baño a

20 ±1 °C con agitación frecuente. Posteriormente, el material contenido en el beaker fue

trasvasado a un erlenmeyer con 300-400 mL de agua destilada, con lo cual la disolución se

diluyó hasta una concentración de 3 % de ácido sulfúrico. La disolución se llevó a

ebullición por un período de 4 horas, utilizando un sistema de reflujo para mantener el

volumen constante. El material insoluble (que corresponde a la lignina) se dejó asentar. La

solución supernatante fue luego decantada, y la lignina fue filtrada y lavada con agua

caliente. Finalmente la lignina se secó en un horno a 105 ± 3°C hasta obtener peso

constante.

3.3.5 Determinación de holocelulosa

La determinación de holocelulosa en la fibra de cabuya, se realizó por diferencia, luego de

haber obtenido el contenido de materiales extractivos, de cenizas y de lignina por medio de

las normas TAPPI 264 om-88, TAPPI 211 om-85 y TAPPI 222 om-88 respectivamente.

3.4 FABRICACIÓN DE MOLDES PARA LA OBTENCIÓN DE ESPECÍMENES DE

POLIÉSTERES CON Y SIN REFUERZO

Para la fabricación de especímenes de poliéster con y sin refuerzo, se construyeron moldes

con el fin de poder obtener las probetas requeridas para los ensayos mecánicos. Los moldes

fueron diseñados y construidos para cumplir con las dimensiones establecidas en las

normas ASTM D638, ASTM D790 y ASTM D256 para los ensayos de resistencia a la

tensión, flexión e impacto respectivamente.

25

Debido a que la resina de poliéster se contrae durante el curado, se llevaron a cabo pruebas

de contracción de la resina, para poder determinar las dimensiones de los moldes que

permitieran obtener especímenes que se encuentren dentro de las tolerancias establecidas

por las normas ASTM mencionadas.

Los moldes fueron construidos en aluminio utilizando un equipo CNC-40 (control

numérico por computadora). Refiérase al Anexo 2 para ver los planos de los moldes

construidos. La Figura 3.3 muestra las dimensiones de las probetas según las normas

mencionadas anteriormente.

(a)

(b)

(c)

Figura 3.3 Dimensiones de las probetas para ensayos mecánicos (a) Ensayo de tensión ASTM D638 (b) Ensayo de impacto ASTM D256 (c) Ensayo de flexión ASTM D790.

26

3.5 OBTENCIÓN DE ESPECÍMENES DE POLIÉSTER PATRÓN

Con el objetivo de comparar las propiedades mecánicas de los especímenes reforzados con

fibra de cabuya, se fabrican probetas patrón, que consisten en dos tipos de especímenes:

Probetas de resina de poliéster sin reforzar (100 % resina).

Probetas de resina de poliéster reforzadas con fibra de vidrio.

Para la fabricación de los especímenes patrón se utilizó como materia prima resina

insaturada de poliéster (matriz), peróxido de metiletil cetona (MEKP) como catalizador y

fibra de vidrio.

3.5.1 Variables comprendidas

3.5.1.1 Variables fijas

Tiempo de curado: 2 horas

Temperatura de curado: ambiente (20 a 25 °C)

Tiempo de post-curado: 6 horas

Temperatura de post-curado: 70° C

Contenido de peróxido de metiletil cetona: 1 % volumen

Tipo de matriz a utilizar: Resina de poliéster insaturada

Porcentaje de fibra de vidrio utilizada: 30 % (m/m) aproximadamente. (en el

caso de los especímenes patrón reforzados con fibra de vidrio).

3.5.1.2 Variables experimentales

Proceso de post-curado: Las siguientes fueron consideradas variables

experimentales únicamente en el caso de las probetas para la prueba de tensión.

o Tiempo de post-curado: 6 horas

o Temperatura de post-curado: 70°C

27

3.5.1.3 Variables de respuesta

Resistencia a la tensión (MPa)

Módulo de elasticidad de Young (MPa)

Resistencia a la flexión (MPa)

Energía de Impacto (J/m)

3.5.2 Especímenes sin refuerzo

La resina de poliéster se pesa en el recipiente de reacción, el cual consiste en un frasco de

vidrio. La masa de resina a utilizar para cada tipo de molde se determinó utilizando la masa

obtenida de una probeta que únicamente contenía resina y ajustando esta masa para

considerar las pérdidas (en las paredes del recipiente de reacción y durante el vaciado de la

resina en el molde) durante el proceso de fabricación. La cantidad de MEKP (agente de

curado) corresponde a un 1 % del volumen de la resina de poliéster que se utilice (de

acuerdo al fabricante). Utilizando la densidad teórica de la resina de poliéster (1,1 g/mL) y

la recomendación del fabricante (12 gotas de MEKP por cada 30 mL de resina, lo cual

corresponde a aproximadamente 0,3 mL), se calcula la cantidad de gotas requeridas de

agente de curado para cada tipo de molde a utilizar. El Cuadro 3.3 presenta la cantidad de

resina y catalizador (MEKP) que se debe utilizar dependiendo del tipo de probeta que se

vaya a fabricar, ya sea tensión, flexión o impacto.

Una vez pesada la resina se lleva a cabo la reacción mediante la adición de un 1 % en

volumen de catalizador (MEKP) en el recipiente de reacción y se agita por

aproximadamente 3 minutos. La mezcla es luego vaciada en el molde correspondiente

(tensión, flexión o impacto), previamente preparado con agente desmoldante (refiérase a la

sección 3.6.1.2 donde se detalla la preparación del molde), y se coloca una tapa de vidrio.

La resina se deja curar durante dos horas a temperatura ambiente (20 a 25 °C) antes de

desmoldar. Al finalizar el tiempo de curado a temperatura ambiente, se desmoldan los

especímenes y se realiza un proceso de post-curado a 70 °C durante 6 horas.

28

Cuadro 3.3 Cantidades de resina de poliéster y catalizador requeridos para la construcción de probetas para ensayos mecánicos.

Tipo de probeta Peso de resina de poliéster (g)

Cantidad de gotas de catalizador requerido

Tensión 16 6 Flexión 9 4 Impacto 16 6

Siguiendo la metodología mencionada se fabricaron especímenes para ensayos de tensión

flexión e impacto (10 especímenes para cada ensayo). Para el caso de los especímenes de

tensión, con el fin de evaluar el efecto del post-curado, se realizó este tratamiento

únicamente a 5 de las 10 probetas construidas. El Cuadro 3.4 detalla la descripción y

numeración de las probetas patrón de resina de poliéster sin reforzar.

Cuadro 3.4 Numeración de las muestras patrón sin refuerzo para los ensayos de tensión,

flexión e impacto.

Descripción Ensayo Numeración de

las muestras Especímenes sin post-curado Resistencia a la tensión 96 a 100 Especímenes con post-curado Resistencia a la tensión 91 a 95 Especímenes con post-curado Resistencia a la flexión 131 a 140 Especímenes con post-curado Energía de impacto 111 a 120

3.5.3 Especímenes reforzados con fibra de vidrio

La resina de poliéster se pesa en el recipiente de reacción. El Cuadro 3.3 presenta la

cantidad de resina que se debe pesar dependiendo del tipo de probeta que se vaya a

fabricar, ya sea tensión, flexión o impacto. Previo a la fabricación de la probeta se debe

preparar la fibra de vidrio, la cual se corta de acuerdo a las dimensiones del molde a

utilizar. De acuerdo a la cantidad de resina utilizada, se pre pesa la fibra de vidrio para

obtener aproximadamente un 30 % de fibra de vidrio. Una vez pesada la resina y la fibra,

se lleva a cabo la reacción mediante la adición de un 1 % en volumen de catalizador

(MEKP) en el recipiente de reacción y agitación por aproximadamente 3 minutos.

Posteriormente, mediante un moldeo manual se lleva a cabo la fabricación del espécimen:

se agrega una capa de fibra de vidrio en el molde correspondiente, la cual es impregnada

29

completamente con la resina y compactada con una brocha, luego de lo cual se agrega una

segunda capa de fibra y así sucesivamente hasta que toda la fibra pre-pesada se deposita en

el molde. Finalmente, se coloca una tapa de vidrio y se deja curar durante dos horas a

temperatura ambiente antes de desmoldar. Al finalizar el tiempo de curado a temperatura

ambiente, se desmoldan los especímenes y se realiza un proceso de post-curado a 70 °C

durante 6 horas. Finalizado el proceso de post-curado, se pesa cada probeta fabricada,

puesto que no hubo fibra residual la masa de la fibra de vidrio en la probeta es la misma

que la pesada inicialmente, con lo cual es posible determinar el porcentaje másico de fibra

cada probeta. El Cuadro 3.5 se detalla la descripción y numeración de las probetas patrón

reforzadas con fibra de vidrio.

Cuadro 3.5 Numeración de las muestras patrón reforzadas con fibra de vidrio para los ensayos de tensión, flexión e impacto.

Ensayo Numeración de las muestras Resistencia a la tensión 101 a 110 Resistencia a la flexión 141 a 150

Energía de impacto 121 a 130 3.6 OBTENCIÓN DE ESPECÍMENES DE POLIÉSTERES REFORZADOS CON FIBRA DE

CABUYA

La Figura 3.4 describe de forma general el proceso utilizado para la construcción de

especímenes de poliéster reforzados con fibra de cabuya. Este proceso es el mismo

independientemente del molde utilizado (ya sea tensión, flexión o impacto). Refiérase al

Anexo 3, que contiene fotografías de las diferentes etapas del proceso de construcción de

los especímenes.

30

Pre

para

ció

n

de la

mate

ria

pri

ma y

mo

lde

Rea

ccció

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mezc

la

Mo

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ció

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Po

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e

mas

a

Mate

ria

pri

ma

Resina de

poliéster

Catalizador

(MEKP)

Fibra de

cabuya

Pesar

cantidad

requerida

Determinar

cantidad

requerida

Cortar fibra del

tamaño requerido

Determinar cantidad

requerida y pesar

Mezlcar la resina de poliéster

con 1% en volumen de

MEKP.

Mezclar fibra con

resina y

catalizador

Vaciar mezcla en el molde

adecuado y dejar curar por

2h a temperatura ambiente

Agregar acetona al recipiente

de reacción para separar fibra

remanente de la resina

Filtrar fibra y secar a

peso constante a

105°C

Desmoldar especímenes y

post-curar por 6h a 70°C

Pesar probetas

obtenidas

Determinar %fibra en

la probeta mediante

balance de masa

Especímenes listos

para análisis mecánico

Preparar molde

Figura 3.4 Diagrama del proceso utilizado para la fabricación de especímenes

de poliéster reforzados con fibra de cabuya.

3.6.1 Metodología de obtención de especímenes reforzados con fibra de cabuya

3.6.1.1 Materia Prima

Para la fabricación de especímenes reforzados con fibra de cabuya se utilizó como materia

prima resina insaturada de poliéster (matriz), peróxido de metiletil cetona (MEKP) como

catalizador y fibra de cabuya como agente de refuerzo. Refiérase a la sección 3.1, para

obtener mayor detalle de la materia prima utilizada.

3.6.1.2 Preparación de la materia prima y molde

Para la fabricación de especímenes reforzados con fibra de cabuya, previo a la etapa de

reacción y mezcla, se deben preparar los diferentes componentes a utilizar. La resina de

poliéster se pesa en el recipiente de reacción, el cual consiste en un frasco de vidrio. El

Cuadro 3.3 presenta la cantidad de resina y catalizador (MEKP) que se debe pesar

dependiendo del tipo de probeta que se vaya a fabricar, ya sea tensión, flexión o impacto.

La cantidad de MEKP (agente de curado) corresponde a un 1 % del volumen de la resina

de poliéster que se utilice (de acuerdo al fabricante). La fibra de cabuya que va a ser

31

utilizada como agente de refuerzo, se corta a la longitud deseada utilizando una

herramienta de corte, la cual consiste en un canal en el que se coloca y se fija la fibra

estirada. Perpendicular al canal, hay aberturas que están distanciadas cada 5mm y permiten

introducir una hoja de afeitar para cortar la fibra; de esta manera es posible obtener

tamaños uniformes de la misma (Figura 3.5). Una vez cortada, se determina el peso que se

requiere para obtener el porcentaje de fibra deseado dependiendo del tipo de probeta que se

va a construir.

El molde a utilizar debe prepararse aplicando un agente desmoldante previo al vaciado de

la resina en el mismo. La aplicación consiste en untar el molde con el agente desmoldante

y dejarlo reposar durante 15 minutos, luego de lo cual se limpia utilizando una toalla de

tela. Este proceso se llevó a cabo nueve veces previo al primer uso del molde. Después del

primer uso, se debe aplicar el desmoldante al menos 1 vez antes de cada uso del mismo.

Figura 3.5 Herramienta de corte de fibra de cabuya.

3.6.1.3 Reacción y mezcla

Posterior a la preparación de la materia prima se lleva a cabo la etapa de reacción y mezcla.

La resina de poliéster insaturada pre-pesada se hace reaccionar al agregar un 1 % en

volumen de catalizador (MEKP) en el recipiente de reacción y agitando por

aproximadamente 2 minutos. Luego, la fibra se agrega al recipiente de reacción y se

mezcla con la resina por aproximadamente 1,5 minutos hasta que la fibra esté impregnada

con la resina.

32

3.6.1.4 Moldeo y separación

Una vez que se lleva a cabo la reacción y mezcla de la resina de poliéster insaturada con la

fibra de cabuya, se realiza el vaciado en el molde correspondiente (ya sea de tensión,

flexión o impacto). La mezcla que se encuentra en el molde se distribuye a lo largo de la

cavidad del mismo, luego se coloca una tapa de vidrio lo cual permite nivelar la altura de la

resina en la cavidad y obtener un mejor acabado. Durante el proceso de llenado del molde

se presta especial atención a evitar que queden burbujas de aire atrapadas dentro de la

cavidad. La resina se deja curar durante dos horas a temperatura ambiente antes de

desmoldar.

Para poder determinar la cantidad de fibra remanente en el recipiente de reacción, se

agregan 20 mL de acetona con lo cual se disuelve la resina. Posteriormente se filtra al

vacío esta mezcla y se seca la fibra a 105 °C a peso constante.

3.6.1.5 Post-curado y balance de masa

Al finalizar el tiempo de curado a temperatura ambiente se desmoldan los especímenes y se

realiza un proceso de post-curado a 70 °C durante 6 horas. Al terminar el ciclo de post-

curado, los especímenes se pesan, con lo cual es posible determinar el porcentaje de fibra

real en la probeta, por medio de la ecuación 3.1.

(3.1)

Donde Fp es la masa de la fibra y P es la masa de la probeta.

3.6.2 Especímenes para pruebas de tensión

3.6.2.1 Objetivo experimental

Evaluar el efecto de la proporción resina de poliéster/fibra de cabuya, así como el efecto de

la longitud de la fibra cabuya, sobre la resistencia a la tensión del material reforzado.

33

3.6.2.2 Variables comprendidas

Variables fijas







Variables experimentales

Porcentaje de fibra de cabuya utilizada: 1 %, 3 % y 5 % (m/m)

Longitud de la fibra de cabuya utilizada: 5 mm, 10 mm y 15 mm

Variables de respuesta

Resistencia a la tensión (MPa)

Módulo de elasticidad de Young (MPa)

3.6.2.3 Diseño estadístico del experimento

Con el fin de evaluar el efecto del contenido de fibra y la longitud de la fibra sobre la

resistencia a la tensión del material reforzado, se propone un diseño factorial 3x3, en el que

se analizan tres niveles para el contenido de fibra de cabuya y tres niveles para la longitud

de la fibra de cabuya. Para cada experimento se realizan 10 réplicas. Los detalles se

muestran en el cuadro 3.6. Los especímenes de cada experimento se fabricaron de acuerdo

a la sección 3.6.1.

34

Cuadro 3.6 Distribución de los experimentos en el diseño factorial 3x3. Niveles de la longitud de la fibra de cabuya

(mm)

Niveles del % de la fibra de cabuya (% m/m)

A: 1 B: 3 C: 5

I: 5 Experimento 1 (muestras 1 a 10)

Experimento 4 (muestras 31 a 40)


II: 10 Experimento 2 (muestras 11 a 20)



III: 15 Experimento 3 (muestras 21 a 30)



3.6.3 Especímenes para pruebas de flexión e impacto

3.6.3.1 Objetivo experimental

Considerando los resultados obtenidos en las pruebas de resistencia a la tensión y módulo

de elasticidad de la sección anterior (3.6.2), se construyen especímenes para ensayos de

flexión e impacto, con el fin de caracterizar el material que obtuvo los mejores valores en

la prueba de tensión.

3.6.3.2 Variables comprendidas

Variables fijas







Porcentaje de fibra de cabuya utilizada: 5 % (m/m)

Longitud de la fibra de cabuya utilizada: 10 mm

35

Variables de respuesta

Resistencia a la flexión (MPa)

Energía de Impacto (J/m)

3.6.3.3 Metodología experimental

La fabricación de los especímenes para los ensayos de flexión e impacto se realizan de

acuerdo a la sección 3.6.1. Para cada tipo de ensayo (flexión e impacto) se fabrican 10

especímenes con un contenido de fibra de 5 % y 10 mm de longitud. La numeración de las

muestras para cada uno de los ensayos se detalla en el Cuadro 3.7. En el caso de los

especímenes de impacto para cada una de las probetas se maquinó una muesca en la

probeta terminada, tal como se muestra en la Figura 3.3.

Cuadro 3.7 Numeración de las muestras reforzadas con fibra de cabuya para los ensayos de impacto y flexión

Ensayo Numeración de las muestras Energía de impacto 151 a 160

Resistencia a la ruptura por flexión 161 a 170

3.7 EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS ESPECÍMENES DE

POLIÉSTER

La evaluación de las propiedades mecánicas de los especímenes construidos se llevó a cabo

en el Laboratorio de Polímeros de la Universidad Nacional (POLIUNA). Se llevaron a

cabo ensayos de tensión, flexión e impacto, según normas ASTM. El Cuadro 3.8 muestra

las normas utilizadas para cada una de las pruebas ejecutadas.

Cuadro 3.8 Normas ASTM utilizadas para el análisis de las propiedades mecánicas de los

especímenes de poliéster con y sin refuerzo. Descripción Norma ASTM

Resistencia al impacto de los plásticos con analizador de péndulo Izod D256 Propiedades de flexión de plásticos D790 Propiedades de tensión de plásticos D638 y D882

36

3.7.1 Propiedades de tensión

Para los ensayos de tensión se siguió el método ASTM D638M y D882. Las probetas se

acondicionaron a 23 ± 2 °C y 40 ± 5 % de humedad relativa durante 48 horas previas al

análisis. El instrumento utilizado fue un analizador mecánico universal INSTRON 3365,

con una celda de 5 kN. Se empleó una velocidad de separación de la traversa de 1mm por

minuto. La apertura inicial de las prensas del equipo fue de 100 mm.

3.7.2 Propiedades de flexión

Se siguió el método ASTM D790. Las probetas se acondicionaron a 23 ± 2 °C y 50 ± 5 %

de humedad relativa durante 48 horas previas al análisis. El instrumento utilizado fue un

analizador mecánico universal INSTRON 3365, con una celda de 5 kN. Se empleó una

configuración de flexión en tres puntos, con una distancia de soportes de 55 mm y una

velocidad de aplicación del esfuerzo en el punto medio de la probeta de 1,3 mm por

minuto.

3.7.3 Resistencia al impacto de Izod.

Se utilizó un analizador de péndulo de la marca CSO, modelo CSI-137 y se siguió la norma

ASTM D256, método A correspondiente al ensayo IZOD. Las probetas se acondicionaron

por 48 horas a 23 ± 2 °C y 50 ± 5 % de humedad relativa previo al análisis. Se utilizó un

péndulo con una capacidad de 2,7 J y una longitud de 42 cm.

37

CAPÍTULO 4

ANÁLISIS DE RESULTADOS

En este capítulo se presentan y analizan los principales resultados obtenidos durante las

diferentes etapas del proyecto.

4.1 CARACTERIZACIÓN DE LA FIBRA DE CABUYA

La fibra de cabuya utilizada en este proyecto constituye la fase de refuerzo del material de

resina de poliéster construido. La incorporación de las fibras en la matriz polimérica, tiene

la función de proveer mejor rigidez y resistencia, definiendo así la mayor parte de las

propiedades mecánicas del material.

Para conocer el punto de partida de la materia prima utilizada como fase de refuerzo en los

plásticos reforzados elaborados, se llevó a cabo la determinación de las siguientes

características de la fibra de cabuya: humedad, extractivos, cenizas, contenido de lignina y

contenido de holocelulosa. En el Cuadro 4.1 se muestran los resultados obtenidos de la

caracterización de las fibras de cabuya utilizadas en el presente proyecto.

Thiruchitrambalam et al. (2010) señalan que las propiedades de las fibras naturales

dependen principalmente de la naturaleza de la planta, ubicación en la que se cultiva, edad

de la planta y el método de extracción utilizado.

Cuadro 4.1 Propiedades de la fibra de Furcraea Cabuya

Ensayo Resultado (%) Humedad 5,7

Extractos totales etanol/benceno (%) 8,0*

Lignina (%) 8,7*

Cenizas (%) 1,67*

Holocelulosa (%) 81,63*

*Porcentaje en base seca.

38

Gutiérrez, Carpio, & Alpízar, (1994) reportan valores en base seca de la composición

química de la Furcraea cabuya de 3,0 % de cenizas, 6,2 % de lignina, 23,1 % extractivos

totales y 67,7 % de holocelulosa. Estos valores varían hasta un 15,1 % en el caso de los

extractos totales y hasta casi un 14 % en el caso de la holocelulosa, lo cual es algo esperado

ya que como se mencionó anteriormente las propiedades de las fibras naturales dependen

de una serie de factores diversos tales como naturaleza de la planta, ubicación en la que se

cultiva, la edad de la planta y el método de extracción utilizado.

Para la obtención del material reforzado con fibra de cabuya en este estudio, se

seleccionaron 3 longitudes de fibra diferentes para ser utilizadas en la construcción de las

probetas: 5 mm, 10 mm y 15mm. Las fibras fueron cortadas utilizando una herramienta de

corte diseñada para obtener las longitudes deseadas de fibra (refiérase a la sección 3.6.1).

El Cuadro 4.2 muestra el valor promedio de una muestra 30 fibras que se midieron después

de realizado el corte. La Figura 4.1 muestra fotografías de la fibra de cabuya antes y

después del corte.

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 4.1 Fibra de cabuya (a) antes del corte (b) después del corte a 5 mm (c) después del cortea 10 mm (d) después del corte a 15 mm.

39

Cuadro 4.2 Longitud de la fibra de cabuya utilizada para la construcción del material reforzado.

Longitud teórica deseada (mm)

Longitud promedio (mm)

Desviación estándar (mm)

5 5,19 0,22 10 10,29 0,22 15 15,23 0,36

4.2 CONSTRUCCIÓN DE MOLDES PARA ELABORACIÓN DE ESPECÍMENES

A pesar de la gran utilidad que posee la resina de poliéster insaturada en la industria de los

materiales compuestos, una de las desventajas que tiene es un alto grado de contracción,

que se da durante el curado en la polimerización entre el poliéster insaturado y el

monómero de estireno. Esta contracción reduce la precisión de la reproducción de las

dimensiones del molde en el material, lo cual dificulta el moldeo de piezas con tolerancias

pequeñas (Hayaty & Beheshty, 2004).

Debido a esta contracción, se llevaron a cabo pruebas para determinar el porcentaje de

contracción de la resina a utilizar, con el fin de sobredimensionar los moldes para cumplir

con las dimensiones establecidas en las normas: ASTM D638, ASTM D790 y ASTM

D256 (refiérase a la sección 3.4).

El Cuadro 4.3 muestra los porcentajes de contracción obtenidos en 6 moldes rectangulares.

Durante las pruebas se determinó tanto el porcentaje de contracción por volumen y por

dimensión del molde. En promedio, se obtuvo un porcentaje de contracción en volumen de

9,39 %, lo cual concuerda con valores reportados en la literatura para este tipo de resina.

Por ejemplo, Hayaty & Beheshty (2004), señalan que normalmente la contracción de la

resina de poliéster insaturada se encuentra entre 7-10 %. Por otro lado Aparicio, Díaz,

Rivas & D’Armas (2007), reportan un porcentaje de contracción del poliéster insaturado de

aproximadamente 8 %.

40

Cuadro 4.3 Porcentajes de contracción obtenidos en la determinación de la contracción de resina de poliéster para el dimensionamiento de moldes.

Molde # Contracción por dimensión (%) Contracción en volumen (%) Largo Ancho Altura

1 2,53 2,51 4,13 8,91 2 2,58 2,77 3,85 8,93 3 2,72 2,58 3,98 9,00 4 2,93 3,05 4,03 9,68 5 2,95 3,33 4,17 10,09 6 2,78 2,99 4,30 9,75

Promedio 2,75 2,87 4,08 9,39

El Cuadro 4.3 también muestra los porcentajes de contracción por cada dimensión del

molde. Se puede ver que para el ancho y largo los porcentajes de contracción son muy

similares, mientras que en el caso de la altura hubo un mayor porcentaje de contracción.

Tomando esto en cuenta se tomó la decisión de hacer el diseño de los moldes de acuerdo a

los porcentajes de contracción por cada dimensión. De esta manera, los moldes mostrados

en la Figura 4.2 fueron sobredimensionados respecto a las medidas requeridas de las

probetas (mencionadas en la sección 3.4) de la siguiente manera:

Un sobredimensionamiento del 3 % para las medidas de largo y ancho del molde

con respecto a las medidas requeridas de largo y ancho de las probetas.

Un sobredimensionamiento del 4 % para la altura del molde respecto a la altura

requerida de las probetas.

(a)

(b)

(c)

Figura 4.2 Moldes para elaboración de probetas para ensayos mecánicos

(a) tensión (b) flexión (c) Impacto.

41

El Anexo 2 muestra los planos de los moldes de tensión, flexión e impacto construidos.

4.3 OBTENCIÓN DE ESPECÍMENES DE POLIÉSTER PATRÓN SIN REFUERZO

La matriz de un material compuesto es el componente que mantiene unido el material de

refuerzo, lo protege de ambientes externos y transmite los esfuerzos hacia las fibras. Con el

fin de tener un punto de comparación para evaluar las propiedades mecánicas de la resina

de poliéster reforzada con fibra de cabuya y de conocer el punto de partida de la matriz

utilizada, se construyeron probetas de resina de poliéster sin reforzar. El Cuadro 4.4

muestra un resumen de los resultados obtenidos para los ensayos mecánicos de tensión,

flexión e impacto de la resina de poliéster utilizada. Refiérase al Anexo 4, que contiene los

reportes de las pruebas realizadas.

Cuadro 4.4 Propiedades mecánicas de la matriz de resina de poliéster. Numeración

muestras Ensayo Norma utilizada Resultado Desviación estándar

91-95 Resistencia a la tensión(MPa) ASTM D 638 y 882 52,6 6,2 91-95 Módulo de elasticidad (MPa) ASTM D 638 y 882 2639 54

131-140 Resistencia a la flexión (MPa) ASTM D790 62,9 10,5 111-120 Resistencia al impacto (J/m) ASTM D256 5,82 2,02

En el Cuadro 4.5 se muestran resultados de pruebas mecánicas de tensión, flexión e

impacto reportados en la literatura por otros investigadores para resinas de poliéster

insaturadas. Es apreciable que los valores reportados por los diferentes investigadores,

presentan diferencias apreciables entre sí. Los resultados de resistencia a la tensión y

módulo de elasticidad obtenidos en esta investigación, son de magnitudes similares a las

obtenidas por Jasso et al. (2000). Por otro lado, los resultados de resistencia a la flexión

son similares a los reportados por Sreekumar et al. (2007), y los de resistencia al impacto

se encuentran entre los valores obtenidos por Ku, Wang, Pattarachaiyakoop & Trada

(2011) y Quesada (2003).

42

Cuadro 4.5 Propiedades mecánicas de la matriz de resina de poliéster en investigaciones previas

Resistencia a la tensión

(MPa)

Módulo de elasticidad

(MPa)

Resistencia a la flexión

(MPa)

Resistencia al impacto

(J/m) Referencia

16,1 89 122,4 9 Quesada, 2003 57 2000 - 42 Jasso et al., 2000 41 968 61 - Sreekuma et al., 2007

40-90 - - 0,15-3,2 Ku et al., 2011

Para la fabricación de especímenes de poliéster sin refuerzo, fue necesario definir las

variables fijas requeridas (refiérase a la sección 3.5). De acuerdo a la recomendación del

fabricante de la resina, se utilizó un contenido de agente de curado de MEKP de un 1 %.

Para obtener un curado adecuado de la resina previo al desmolde, se realizaron pruebas

preliminares en las cuales se fabricaron probetas de poliéster y se dejaron curar a

temperatura ambiente. De esta manera se determinó que dos horas a temperatura ambiente

es tiempo suficiente para permitir el endurecimiento de la resina de poliéster, lo cual

además está por encima del tiempo de la especificación de curado establecida por el

fabricante (40 minutos. Refiérase al Anexo 1 para ver la ficha técnica de la resina

utilizada).

En investigaciones previas, Quesada (2003) y Sangthong et al. (2009), estudiaron las

propiedades mecánicas de la resina de poliéster reforzada con fibra de rastrojo de piña y

fibra de Sisal, respectivamente. En ambas investigaciones únicamente se llevó a cabo un

proceso de curado a temperatura ambiente. Ornaghi, Romanzini, Zattera & Amico (2012)

llevaron a cabo estudios utilizando fibras de Jute y Kenaf con resina de poliéster como

matriz, con procesos de curado a temperatura ambiente y procesos térmicos de post-

curado, con el fin de evitar que ocurra modificación química adicional en el material.

Con el fin de evaluar la necesidad de llevar a cabo un proceso térmico de post-curado, se le

aplicó un proceso térmico (70 °C, 6 h) a 5 de las 10 probetas de resina de poliéster sin

refuerzo fabricadas, y se realizaron ensayos de tensión tanto a las probetas post-curadas

como las sin post-curar. La Figura 4.3 muestra la comparación de las muestras falladas con

y sin post-curado.

43

Figura 4.3 Comparación de resistencia a la tensión de especímenes de poliéster con

tratamiento térmicos de post-curado y sin tratamiento térmico de post-curado.

En la Figura 4.3 se observa a simple vista una mejoría en la resistencia a la tensión para las

muestras que fueron post-curadas, sin embargo, con el fin de evaluar si existe diferencia

estadística significativa entre las medias del material post-curado y del material sin post-

curar, se llevó a cabo una prueba de t-student de dos muestras asumiendo varianzas

iguales. La hipótesis para la prueba es:

El Cuadro 4.6 muestra los resultados obtenidos en dónde se tiene que t-student> t-student

crítica, con lo cual se concluye que no existe evidencia estadística significativa para

aceptar la hipótesis nula (H0), y por lo tanto se acepta la hipótesis alternativa (H1),

concluyendo que las medias de la resistencia a la tensión obtenidas para los especímenes

de poliéster post-curados y sin post-curar son distintas. Tomando en cuenta este resultado,

se decidió llevar a cabo el tratamiento de post-curado a todos los especímenes construidos

posteriormente. Cabe destacar que los resultados de propiedades mecánicas de la resina

mostrados en el Cuadro 4.4 corresponden a los obtenidos de probetas con el proceso de

post-curado.

0

10

20

30

40

50

60

70

Post curado70°C @ 6 h

Sin post curado

Res

iste

ncia

a la

rup

tura

por

te

nsió

n (M

Pa)

44

Cuadro 4.6 Comparación de medias por prueba de t-student para la resistencia a la tensión entre especímenes de poliéster con y sin tratamiento de post-curado.

Dato Tipo de muestra Poliéster post-curado Poliéster sin post-curar

Promedio (MPa) 52,586 45,167 Varianza 38,510 10,358

Grados de libertad 8 t-student 2,3730

t-studentCrítico dos colas al 95 % 2,1306

La prueba de t-student realizada debe cumplir con los supuestos de normalidad de las

muestras e igualdad de varianza. La Figura 4.4 muestra los gráficos de normalidad de

ambos grupos de datos, en los que se verifica el supuesto de normalidad, ya que se aprecia

que los residuos tienden a quedar aproximadamente alineados a la recta de mejor ajuste.

Por otro lado, el Cuadro 4.7 muestra el estadístico P obtenido para la prueba de Fisher para

varianzas iguales entre dos muestras, obteniéndose un valor de 0,116> 0,05, con lo cual se

concluye que no existe evidencia estadística significativa para rechazar la hipótesis nula de

igualdad de varianzas.

(a)

(b)

Figura 4.4 Verificación del supuesto de normalidad para la prueba de t-student. (a) Resina de poliéster con post-curado. (b) Resina de poliéster sin post-curado.

Cuadro 4.7 Prueba F de varianzas iguales para resistencia a la tensión entre la resina de

poliéster con post-curado y sin post-curar.

P = 0,116 ; Fcrítico una cola al 95 % = 6,388; F= 3,718

-2

-1

0

1

2

40 50 60 70

Prob

abili

dad

norm

al, Z

Resistencia a la tensión, MPa -2

-1

0

1

2

40 45 50Prob

abili

dad

norm

al, Z

Resistencia a la tensión, MPa

45

Con respecto a la contracción de la resina, para determinar la contracción obtenida en los

especímenes de poliéster sin reforzar y compararlos con las pruebas de contracción

iniciales (previas a la construcción de los moldes, sección 4.2), se llevaron a cabo

mediciones de las probetas de flexión e impacto. El Cuadro 4.8 muestra los porcentajes de

contracción obtenidos.

Cuadro 4.8 Contracción de la resina de poliéster de especímenes patrón sin refuerzo.

Numeración muestras

Tipo de molde

Contracción promedio por dimensión (%)

Contracción promedio en volumen

(%) Largo Ancho Altura 131 a 140 Flexión 1,48 2,15 1,68 5,21 111 a 120 Impacto 2,39 2,77 2,43 7,40

Al comprar los resultados del Cuadro 4.8 y el Cuadro 4.3, se puede notar diferencia en los

porcentajes de contracción obtenidos. Para el caso de los especímenes fabricados en el

molde de flexión e impacto se obtuvo una contracción en volumen promedio de 5,21 % y

7,40 % respectivamente, lo cual en ambos casos está por debajo de la contracción obtenida

en un inicio de 9,39 %. Las contracciones promedio por dimensión también variaron, sin

embargo, para el caso del molde de impacto esta variación fue poca para las dimensiones

de largo y ancho del molde, mientras que para el caso de la altura, sí hubo una variación

significativa, tanto para el molde de impacto como de flexión. La mayor variación en la

dimensión de altura, se puede deber a que las pruebas de contracción iniciales (sección 4.2)

se llevaron a cabo sin cubrir los moldes durante el curado, mientras que los especímenes

que se fabricaron en los moldes construidos, fueron tapados en todos los casos con una

tapa de vidrio, lo cual permitió mejorar su acabado. Esto pudo ocasionar diferencias

durante el curado, disminuyendo la contracción en la dimensión de altura.

Es importante mencionar que a pesar de haber obtenido diferencias en los porcentajes de

contracción de las probetas fabricadas en los moldes, éstas se mantuvieron dentro de las

tolerancias establecidas en las normas ASTM utilizadas para los ensayos mecánicos, ya

que el diseño de los moldes se hizo para cubrir estas tolerancias.

46

4.4 OBTENCIÓN DE POLIÉSTERES REFORZADOS CON FIBRA DE CABUYA

Durante esta etapa experimental se construyeron especímenes de poliéster reforzados con

fibra de cabuya, con el objetivo de evaluar el efecto de la proporción de polímero/fibra y la

longitud de la fibra de cabuya en las propiedades mecánicas del material compuesto. Para

llevar a cabo este análisis, se ejecutó un diseño experimental factorial 3x3 y se evaluó la

resistencia a la tensión del material obtenido al variar el porcentaje de fibra y la longitud de

la fibra utilizados. Posteriormente, de acuerdo con los resultados de tensión obtenidos, se

escogió la mejor combinación de variables y se construyeron especímenes para ensayos de

flexión e impacto. En cada caso, los resultados obtenidos fueron comparados con las

propiedades mecánicas de las probetas patrón.

4.4.1 Selección de variables de estudio

A partir del análisis bibliográfico que se llevó a cabo en el Capítulo 2, se determinó que

dos de las principales variables de estudio en el tema de los materiales compuestos con

fibras naturales son la longitud de la fibra y el porcentaje de fibra en el material

compuesto. En esta investigación se estudió el efecto de estas dos variables en la

resistencia a la tensión del material. Se utilizaron tres niveles de longitud de fibra y tres

niveles de porcentaje de fibra. Para elegir los porcentajes de fibra a utilizar, inicialmente se

propuso un valor máximo de 50 % basado en valores utilizados en investigaciones previas

(refiérase al Cuadro 2.6). Sin embargo, se llevaron a cabo pruebas preliminares, en las

cuales se determinó que el mayor porcentaje de fibra con el cual se pueden fabricar las

probetas por medio del proceso de moldeo manual seleccionado es de 5 %, esto debido a la

baja densidad de la cabuya como material de refuerzo. Por lo tanto, se estableció 5 % como

nivel superior de porcentaje de fibra, 3 % como nivel intermedio y 1 % como nivel

inferior.

Las longitudes de fibra utilizadas se seleccionaron tomando en cuenta la facilidad para

acomodar las mismas a lo largo del molde durante el proceso de fabricación. Además, se

consideró el proceso de corte utilizado, para el cual se diseñó una herramienta de corte

47

manual, con capacidad para cortar fibras con longitudes en separaciones de múltiplos de 5

mm y con una longitud mínima de 5 mm. Por lo tanto, se estableció 15 mm como nivel

superior, 10 mm como nivel intermedio y 5 mm como nivel inferior.

4.4.2 Construcción de especímenes de tensión reforzados con fibra de cabuya

Los especímenes reforzados con fibra de cabuya para el ensayo de tensión fueron

preparados de acuerdo al diseño experimental descrito en la sección 3.6.2. Se llevaron a

cabo 9 experimentos, variando la longitud de la fibra (5 mm, 10 mm y 15 mm) y el

porcentaje de fibra de cabuya en la probeta (1 %, 3 % y 5 %).

La Figura 4.5 muestra los porcentajes promedio reales de fibra obtenidos en cada uno de

los experimentos ejecutados. En ella se puede observar que para todos los casos el

porcentaje de fibra real obtenido es mayor al porcentaje de fibra teórico planteado en el

diseño experimental (1 %, 3 % y 5 %), lo cual se debe a que la cantidad de fibra pesada

para la construcción de cada probeta, se hace tomando en cuenta el peso inicial de la

resina, sin considerar las pérdidas de la misma durante la etapa de reacción y mezcla. Estas

pérdidas son ocasionadas por la resina que queda adherida en las paredes del recipiente de

reacción y la resina que se pierde al ajustar el nivel de la mezcla de reacción en la cavidad

del molde. Por otro lado, es apreciable que en general al aumentar la longitud de la fibra

aumentó el porcentaje de fibra de cabuya en la probeta. Esto ya que cuando aumenta el

tamaño de fibra, la manipulación de la misma en el recipiente de reacción se facilita,

disminuyendo así las pérdidas de fibra por la adhesión de las mismas al recipiente de

reacción. Por último, para las muestras dentro de un mismo experimento, se obtuvo una

desviación estándar pequeña (representada por las barras de error en la Figura 4.5), siendo

la desviación estándar más alta la obtenida para el experimento 9 con un valor de 0,16 %.

48

Figura 4.5 Porcentajes de fibra real obtenidos en la evaluación de la resistencia a la

tensión de las probetas reforzadas con fibra de cabuya. 4.4.3 Efecto de la longitud y el porcentaje de fibra en las propiedades de tensión del

material

Para evaluar el efecto de la longitud de fibra y porcentaje de fibra de cabuya en las

propiedades de resistencia a la tensión del material, se realizó un diseño experimental

factorial 3x3 (con dos factores y tres niveles cada factor). Para cada experimento se

construyeron 10 especímenes y a cada espécimen se le realizó el ensayo de resistencia a la

tensión. Refiérase al Anexo 4, que contiene los reportes de las pruebas realizadas.

Al evaluar el efecto de la longitud de la fibra y el porcentaje de fibra en el módulo de

elasticidad del material reforzado con fibra de cabuya, se obtuvieron los resultados

presentados en el Cuadro 4.9, en el cual se muestra la distribución de los niveles y

variables con los resultados para cada combinación. El Cuadro 4.10 muestra las pruebas

estadísticas de los resultados del módulo de elasticidad en tensión, los cuales, por medio

del estadístico de Fisher, indican que tanto el efecto de la longitud de la fibra como del

porcentaje de fibra son significativos, así como su interacción.

0

1

2

3

4

5

6

7

Exp. 11%,5mm

Exp. 21%,

10mm

Exp. 31%,

15mm

Exp. 43%,5mm

Exp. 53%,

10mm

Exp. 63%,

15mm

Exp. 75%,5mm

Exp. 85%,

10mm

Exp. 95%,

15mm

Porc

enta

je d

e fib

ra r

eal (

%)

49

Cuadro 4.9 Resultados de módulo de elasticidad en tensión (MPa) obtenidos en la evaluación del efecto de la longitud de la fibra y el porcentaje de fibra.

Longitud de la fibra de cabuya

(mm)

% de la fibra de cabuya (% m/m) Media de bloque (MPa) A: 1 B: 3 C: 5

I: 5 2186,15 2220,00 2182,03 2196,06 II: 10 2680,18 2828,91 2884,61 2797,90 III: 15 2696,70 2812,27 2843,78 2784,25

Media de tratamiento

(MPa) 2521,01 2620,40 2636,81 2592,74 Media

general

Cuadro 4.10 Estadísticos de los resultados de módulo de elasticidad en tensión obtenidos

en la evaluación del efecto de la longitud de la fibra y el porcentaje de fibra.

Fuente de variación Suma de cuadrados

Grados de libertad

Cuadrado medio F Fcrítico

al 95 % Tratamiento: % de fibra 235568,90 2 117784,45 14,953 3,109

Bloque: longitud de fibra 7083668,53 2 3541834,26 449,650 3,109 Interacciones 116444,97 4 29111,24 3,696 2,484

Error dentro del grupo 638025,87 81 7876,86 - - Total 8073708,27 89 - - -

Para verificar los supuestos de normalidad, varianza constante e independencia de los

residuos del modelo factorial realizado, se construyeron los gráficos de residuos y el

gráfico de calificación normal, presentados en la Figura 4.6. En el gráfico (a) de dicha

figura se observa un comportamiento aleatorio de los residuos sin ninguna tendencia

observable, lo cual evidencia que no existe una correlación entre los errores y se

comprueba el supuesto de independencia en los residuos; con el gráfico (b) se verifica el

supuesto de distribución normal, en el cual se aprecia que los residuos tienden a quedar

alineados a lo largo de la recta de mejor ajuste. Por último, en los gráficos (c) y (d) se

tienen los factores y sus niveles contra los residuos observados, en ambos gráficos se

observa que la amplitud de la variación de los puntos es similar en cada nivel, con lo cual

se verifica el supuesto de varianza constante.

La Figura 4.7 muestra la variación del módulo de elasticidad al variar el porcentaje y la

longitud de la fibra. En general, se observa un aumento en el módulo de elasticidad al

50

aumentar el porcentaje de fibra, esto para longitudes de 10 mm y 15 mm. Por otro lado, es

evidente un aumento en el módulo de elasticidad al pasar de una longitud de fibra de 5 mm

a los niveles superiores de longitud (10 mm y 15 mm).

Siguiendo con este análisis, de la Figura 4.7 es posible identificar que el efecto de la

longitud de la fibra sobre el módulo es mayor al efecto del porcentaje de fibra, lo cual

también es evidente al observar los valores del estadístico Fisher en el cuadro 4.10. Cuando

se aumenta el porcentaje de fibra para una misma longitud, el cambio en el módulo de

Young es pequeño en comparación al cambio observado cuando para un mismo porcentaje

de fibra se varía la longitud de la misma. Lo anterior ocurre cuando se pasa de una longitud

de 5 mm a una de 10 o 15 mm. Por otro lado, al variar la longitud de la fibra de 10 mm a

15 mm, no se observa un cambio significativo, obteniéndose valores muy similares entre

ellos.

(a) (b)

(c)

(d)

Figura 4.6 Verificación de los supuestos del análisis de varianza. (a) independencia de los datos. (b) normalidad. (c) y (d) varianza constante.

-200

-100

0

100

200

300

400

0 20 40 60 80 100

Res

iduo

s

Orden de la experimentación -3

-2

-1

0

1

2

3

4

-200 -100 0 100 200 300

Prob

abili

dad

Nor

mal

, Z

Residuos ordenados

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6

Res

iduo

s

% de fibra de cabuya -200

-100

0

100

200

300

400

0 5 10 15 20

Res

iduo

s

Longitud de la fibra de cabuya (mm)

51

Figura 4.7 Variación del módulo de Young con el porcentaje de fibra

y la longitud de la fibra.

En la Figura 4.7 se observa que el valor de módulo de elasticidad más alto fue de 2884,61

MPa, y se obtuvo al utilizar un 5 % de fibra y una longitud de fibra de 10 mm. Al comparar

los valores del módulo de Young obtenidos para el material reforzado con fibra de cabuya

con los obtenidos para el material sin reforzar, se observa un aumento en el módulo de

Young para todos los porcentajes de fibra utilizados en los casos en que la longitud de la

fibra utilizada fue de 10 mm y 15 mm, mientras que para una longitud de fibra de 5 mm se

obtuvieron resultados inferiores para todos los porcentajes de fibra utilizados, lo cual

evidencia que la fibra de 5 mm no tiene un efecto reforzante en el material de poliéster. Lo

anterior muestra que la introducción de fibra de cabuya de 10 mm y 15 mm en una matriz

de resina de poliéster, permite que el material sea capaz de resistir mayores cargas durante

una elongación elástica, en comparación con la matriz de poliéster cuando no está

reforzada. Este comportamiento se puede deber a la variación de la razón de aspecto

(longitud/diámetro) entre las diferentes longitudes de fibra utilizadas; lo cual concuerda

con Kobari (2008), que menciona en su investigación que dado a que las fibras cortas

tienen una razón de aspecto relativamente baja, la tensión aplicada no se distribuye de

forma uniforme a lo largo de las fibras con lo cual las fibras cortas no transfieren las cargas

de tensión cerca de sus extremos, disminuyendo la eficiencia del refuerzo. Además,

Quesada (2003) menciona en su investigación que la longitud crítica de la fibra es uno de

los parámetros más importantes a tener en cuenta al evaluar una fibra como material de

refuerzo, ya que corresponde a la longitud de la fibra a partir de la cual ésta ejerce un

efecto reforzante.

2000

2200

2400

2600

2800

3000

3200

0 1 2 3 4 5

Mód

ulo

de Y

oung

(MPa

)

% Fibra 5 mm 10 mm 15 mm 100% poliéster

52

Por otro lado, al evaluar el efecto de la longitud de la fibra y el porcentaje de fibra en la

resistencia a la tensión del material reforzado con fibra de cabuya, se obtuvieron los

resultados presentados en Cuadro 4.11, el cual muestra la distribución de los niveles y

variables con los resultados de la resistencia a la tensión para cada combinación. Se

observa que el valor de resistencia a la tensión más alto fue de 34,531 MPa y se obtuvo al

utilizar el nivel superior de longitud de fibra de cabuya (15 mm) y el nivel inferior de

porcentaje de fibra (1 %).

Cuadro 4.11 Resultados de resistencia máxima a la tensión (MPa) obtenidos en la evaluación del efecto de la longitud de la fibra y el porcentaje de fibra.

Longitud de la fibra de cabuya

(mm)

% de la fibra de cabuya (% m/m) Media de bloque (MPa)

A: 1 B: 3 C: 5 I: 5 27,953 26,926 23,788 26,222

II: 10 26,461 21,372 25,468 24,434 III: 15 34,531 27,961 24,364 28,952

Media de tratamiento (MPa) 29,648 25,419 24,540 26,536 Media

general

Al analizar las fuentes de variación en la resistencia a la tensión del material, utilizando la

prueba estadística Fisher como el cociente de los cuadrados medios de la fuente de

variación con el del error de las réplicas (Cuadro 4.12), se tiene que tanto el efecto de la

longitud de la fibra como del porcentaje de fibra son significativos, así como su

interacción. Estos resultados concuerdan con el análisis realizado para la el módulo de

elasticidad en tensión, previamente analizado.

Cuadro 4.12 Estadísticos de los resultados de resistencia máxima a la tensión obtenidos

en la evaluación del efecto de la longitud de la fibra y el porcentaje de fibra.

Fuente de variación Suma de cuadrados

Grados de libertad

Cuadrado medio F

Fcrítico al 95

% Tratamiento: % de fibra 447,524 2 223,762 15,821 3,109

Bloque: longitud de fibra 310,673 2 155,336 10,983 3,109 Interacciones 323,727 4 80,932 5,722 2,484

Error dentro del grupo 1145,632 81 14,144 - - Total 2227,556 89 - - -

53

La Figura 4.8 muestra la variación de la resistencia a la tensión promedio al cambiar el

porcentaje de fibra y la longitud de la fibra en los especímenes (experimentos 1 al 10). Las

barras de error corresponden a la desviación estándar obtenida para cada experimento. En

la figura no es apreciable una tendencia clara, lo cual puede tener que ver con el hecho que

tanto la longitud, el porcentaje de fibra como la interacción entre ellas son significativas.

Sin embargo, en general se puede ver que existe una disminución en la resistencia a la

tensión del material al aumentar el porcentaje de la fibra, lo cual es un comportamiento

contrario a lo indicado en la literatura.

Figura 4.8 Promedio de la resistencia máxima a la tensión con la variación del porcentaje

de fibra y la longitud de la fibra. Como se indicó anteriormente, la mayor resistencia a la tensión obtenida corresponde a

34,531MPa (1 % fibra y 15 mm). Es evidente que la desviación estándar de los diferentes

16

20

24

28

32

36

0 5 10 15 20

Res

iste

ncia

a m

áxim

a a

la

tens

ión

(MPa

)

Longitud de la Fibra (mm) 1% Fibra 3% Fibra 5% Fibra

16

20

24

28

32

36

0 1 2 3 4 5

Res

iste

ncia

a m

áxim

a a

la

tens

ión

(MPa

)

Porcentaje de Fibra

5 mm 10 mm 15 mm

54

experimentos es alta, y se puede observar que en casi todos los casos, al mantener la

longitud de fibra constante y variar el porcentaje de fibra, los resultados se traslapan entre

sí. Lo mismo ocurre en el caso contrario, en el que se mantiene el porcentaje de fibra

constante y se varía la longitud. Lo anterior se da, a pesar de que la variabilidad en el

porcentaje de fibra entre probetas de un mismo experimento fue baja (refiérase a la Figura

4.5). En dicha figura se observa que la mayor variabilidad en contenido de fibra entre

especímenes de un mismo grupo se dio para el experimento 9 con una desviación estándar

de 0,16 %.

4.4.4 Selección de la mejor combinación de factores para la caracterización del material

reforzado con fibra de cabuya mediante ensayos de flexión e impacto

Como se mencionó anteriormente, los valores de resistencia a la tensión obtenidos, tanto

pata el material reforzado con cabuya como el material sin reforzar, presentaron valores de

desviación estándar altos, debidos a variabilidad no controlable durante el proceso de

construcción de los especímenes (refiérase a la Figura 4.3 y 4.8). Para el caso específico

del material reforzado con fibra de cabuya (figura 4.8) es difícil tomar una decisión en

cuanto a cual combinación de factores (% de fibra y longitud de fibra) constituye la mejor

resistencia a la tensión, ya que en su gran mayoría, los resultados obtenidos se traslapan

entre sí, como resultado de la alta variabilidad presentada.

Aunque el ordenamiento de las fibras no fue una variable analizada en esta investigación,

por lo cual la variabilidad de los resultados de resistencia a la tensión no puede atribuirse a

este factor, otros investigadores, tales como Kobari (2008), mencionan que las propiedades

mecánicas de los materiales reforzados son altamente sensitivas a la orientación de las

fibras.

Por otro lado, al analizar el módulo de elasticidad de Young (Figura 4.7) se observa una

menor variabilidad relativa en los resultados dentro de un mismo grupo de especímenes.

Como se mencionó antes, es apreciable un aumento significativo en el módulo de

elasticidad al utilizar longitudes de fibra de cabuya mayores a 5 mm; mientras que para

55

longitudes de 10 mm y 15 mm se obtienen valores similares de módulo de elasticidad, el

cual a su vez aumenta al aumentar el porcentaje de fibra. De la Figura 4.7 se tiene que el

valor más alto de módulo de elasticidad obtenido fue cuando se utilizó un porcentaje de

fibra de 5 % y una longitud de 10 mm (2884,613 MPa). Este valor es de magnitud

comparable al obtenido para un porcentaje de fibra de 5 % y una longitud de 15 mm

(2843,780 MPa), y de hecho, los dos resultados se llegan a traslapar debido a la

variabilidad de ambos. A pesar esto, la combinación de factores seleccionada para la

construcción de especímenes para pruebas de flexión e impacto fue un 5 % de fibra y una

longitud de 10 mm, considerando que esta combinación presentó una menor desviación

estándar y el valor de módulo de Young obtenido fue el mayor. Es importante mencionar

que las probetas con longitudes de fibra de cabuya de 10 mm y 15 mm, son más fáciles de

fabricar en comparación con las de 5 mm, ya que por su mayor tamaño, su manipulación

en el recipiente de reacción al momento de hacer el vaciado en el molde se facilita, lo cual

constituye una ventaja a la hora de preparar el material.

La Figura 4.9 muestra la curva de tensión contra deformación obtenida para el análisis de

los especímenes seleccionados con la mejor combinación de factores, los cuales contienen

un 5 % de fibra de cabuya de 10 mm de longitud (muestra #71 a #80). En esta figura es

posible apreciar el comportamiento mencionado anteriormente, en el cual se observa una

alta dispersión de los datos de resistencia máxima a la tensión entre las diferentes muestras

del mismo grupo, evidenciando baja reproducibilidad entre una muestra y otra. También es

posible ver una alta dispersión relativa en los datos de elongación para las diferentes

muestras, pero se aprecia que hubo poca deformación del material antes de su ruptura. Por

otro lado, en esta figura es posible ver como la pendiente de las curvas en la parte inicial

del gráfico es muy similar, lo cual evidencia una mayor reproducibilidad del módulo de

Young entre muestras. Esto se puede apreciar también en la Figura 4.7 al ver la desviación

estándar (barras de error) del módulo de Young obtenido para este grupo de especímenes.

El módulo de elasticidad de Young, juega un papel importante en la selección de

materiales para el diseño de alguna aplicación, ya que este constituye una medida de la

56

rigidez del material y representa la tendencia de un material a deformarse elásticamente a

lo largo de un eje cuando se le aplican fuerzas en dirección opuesta a lo largo de ese eje.

Figura 4.9 Curvas de tensión deformación para el material de poliéster reforzado con un 5

% de fibra de cabuya de 10 mm de longitud.

4.5 CARACTERIZACIÓN DEL POLIÉSTER REFORZADO CON FIBRA DE CABUYA

Con el objetivo de caracterizar el material de poliéster reforzado con fibra de cabuya que se

seleccionó en la sección anterior, se construyeron especímenes, con un porcentaje de fibra

de cabuya de 5 % y una longitud de fibra de 10 mm, para llevar a cabo ensayos de flexión

e impacto de acuerdo a las normas ASTM D790 y ASTM D256 respectivamente. Las

propiedades mecánicas de dichos especímenes, se comparan con los patrones que consisten

en probetas sin reforzar (100 % poliéster) y probetas reforzadas con un 30 % de fibra de

vidrio (refiérase a la sección 4.7).

0

5

10

15

20

25

30

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014

Res

iste

ncia

a la

tens

ión

(MPa

)

Deformación (mm/mm)

Muestra #71 Muestra #72 Muestra #73 Muestra #74Muestra #75 Muestra #76 Muestra #77 Muestra #78Muestra #79 Muestra #80

57

Los ensayos de flexión e impacto, permiten obtener información importante de las

propiedades mecánicas de los materiales. El ensayo de flexión en tres puntos, describe la

capacidad del material para resistir a la deformación cuando se aplica una fuerza de

flexión, y es posible obtener el valor máximo de tensión al momento de la ruptura. El

ensayo de impacto permite determinar la cantidad de energía que un material puede

absorber antes de fracturarse.

El Cuadro 4.13 muestra los resultados obtenidos para las pruebas de flexión e impacto para

el material reforzado con fibra de cabuya (refiérase al Anexo 4, que contiene los reportes

de las pruebas realizadas). Para la prueba de impacto, un 90 % de los especímenes

presentaron quebradura tipo bisagra y el restante 10 % presentó quebradura completa. En

el caso de la prueba de flexión, se reporta el valor máximo de resistencia a la flexión

obtenido. Por otro lado, la Figura 4.10 muestra los porcentajes de fibra real promedio

obtenidos para cada uno de los ensayos, obteniéndose porcentajes reales de fibra de cabuya

de 6,4 % para flexión y 6,3 % para impacto.

Figura 4.10 Porcentajes de fibra de cabuya promedio por tipo de espécimen fabricado.

Cuadro 4.13 Propiedades mecánicas de la matriz de resina de poliéster reforzada con fibra

de cabuya (5 %, 10 mm). Numeración

muestras Ensayo Norma utilizada Resultado Desviación estándar

161 a 170 Resistencia a la flexión (MPa) ASTM D790 32,6 4,6

151 a 160 Resistencia al impacto (J/m) ASTM D256 100,867* 20,904 58,356** ---

* QB: 90 % de los especímenes, ** QC: 10 % de los especímenes

0

1

2

3

4

5

6

7

Flexión(Muestras 161 a 170)

Impacto(Muestras 151 a 160)

Porc

enta

je r

eal d

e fib

ra d

e ca

buya

(%)

58

4.6 OBTENCIÓN DE ESPECÍMENES DE POLIÉSTER PATRÓN REFORZADOS CON FIBRA DE VIDRIO. La fibra de vidrio es una de las fibras sintéticas más utilizadas para reforzar plásticos en la

industria de los materiales compuestos, debido a su bajo costo (en comparación con las

fibras de aramida y carbono) y sus buenas propiedades mecánicas. En esta investigación, se

fabricaron y ensayaron especímenes de poliéster reforzados con fibra de vidrio, con el

objetivo de comparar las propiedades mecánicas de una matriz de poliéster reforzada con

fibra de cabuya.

Las variables fijas requeridas para la construcción de los especímenes de fibra de vidrio

son las mismas que las que se utilizaron para las probetas patrón de poliéster sin reforzar

(sección 4.3). El porcentaje de fibra de vidrio teórico seleccionado para la construcción de

los patrones de fibra de vidrio fue de un 30 % en masa. Tanto en investigaciones previas

como en literatura técnica de plásticos reforzados con fibra de vidrio, se ha utilizado o se

recomienda utilizar porcentajes de alrededor de 30 % en fibra de vidrio en operaciones de

moldeo manual (Wambua, Ignaas & Verpoest, 2009; Jasso et al., 2000; Scott Bader

Company Ltd, 2005).

Los especímenes patrón de fibra de vidrio, se construyeron tal como se explica en el

Capítulo 3. Las capas de fibra de vidrio previamente cortadas, fueron pre-pesadas con el

fin de obtener un porcentaje de fibra de vidrio cercano a un 30 %. En el caso de los

especímenes para las pruebas de tensión e impacto se requirieron 4 capas de fibra, mientras

que en el caso de los especímenes de impacto fueron requeridas 16 capas de fibra. La

Figura 4.11 muestra los porcentajes de fibra de vidrio promedio por tipo de espécimen. Se

puede observar que en el caso de los especímenes de tensión y flexión se obtuvieron

valores muy cercanos al 30 %. Por otro lado, en el caso de los especímenes de impacto se

obtuvo en promedio un 28 %. Se debe considerar que el porcentaje de fibra de vidrio está

limitado por la cantidad máxima de capas de fibra que se pueden incorporar en el molde.

En este caso, se determinó que 16 capas correspondían a la cantidad máxima de fibra que

se podía incorporar en el molde de impacto. Como es posible observar en la Figura 4.11,

aun utilizando 16 capas de fibra de vidrio, se estuvo por debajo del porcentaje deseado de

59

30 %. Por otro lado, 4 capas de fibra de vidrio fue la máxima cantidad de capas que se

pudo incorporar para los especímenes de tensión y flexión.

Figura 4.11 Porcentajes de fibra de vidrio promedio por tipo de espécimen fabricado

El Cuadro 4.14 muestra los resultados de los ensayos de tensión, flexión e impacto para los

especímenes patrón de fibra de vidrio. Refiérase al Anexo 4, que contiene los reportes de

las pruebas realizadas.

Cuadro 4.14 Propiedades mecánicas de la matriz de resina de poliéster reforzada con fibra de vidrio.

Numeración muestras Ensayo Norma utilizada Resultado Desviación

estándar 101 a 110 Resistencia a la tensión(MPa) ASTM D 638 y 882 87,3 4,9 101 a 110 Módulo de elasticidad (MPa) ASTM D 638 y 882 5526 174 141 a 150 Resistencia a la flexión (MPa) ASTM D790 155 20 121 a 130 Resistencia al impacto (J/m) ASTM D256 207,46 15,37

Al comparar estos resultados con los obtenidos por Jasso et al. (2009) para una resina de

poliéster reforzada con fibra de vidrio se puede decir que la empleada en esta investigación

presenta una resistencia al impacto menor. Jasso et al. (2000) reportan un valor de

resistencia al impacto de 1200 J/m para una resina de poliéster insaturada entrecruzada con

estireno y reforzada con 30 % de fibra de vidrio. Por otro lado, reportan valores de

resistencia a la tensión de 85 MPa y de módulo de elasticidad de 6500 MPa, los cuales son

de magnitudes comparables a las obtenidas en esta investigación.

24252627282930313233

Tensión(Muestras 101 a

110)

Impacto(Muestras 121 a

130)

Flexión(Muestras 141 a

150)

Porc

enta

je r

eal d

e fib

ra d

e vi

drio

(%)

60

4.7 COMPARACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL MATERIAL REFORZADO CON FIBRA DE CABUYA Y LAS PROBETAS PATRÓN

En esta sección se pretende comparar las propiedades mecánicas de tensión, flexión e

impacto de los especímenes reforzados con fibra de cabuya, con las obtenidas para las

probetas patrón sin reforzar y reforzadas con fibra de vidrio. En el caso de las propiedades

de módulo de Young y resistencia máxima a la tensión, la comparación contra los patrones

se realiza para los especímenes reforzados con fibra de cabuya que alcanzaron los mayores

valores de estas propiedades. Por otro lado, para las propiedades de resistencia a la flexión

e impacto, se compararon los patrones contra los especímenes fabricados con la mejor

combinación de parámetros (5 % y 10 mm) seleccionados en la sección 4.4.4 y

caracterizados en la sección 4.5.

La Figura 4.12 muestra la comparación del mayor valor de módulo de elasticidad obtenido

para el material reforzado con fibra de cabuya y las probetas patrón. Se puede observar que

la adición de fibra de cabuya a la matriz de poliéster aumenta ligeramente el módulo de

elasticidad en comparación con el material de poliéster sin reforzar, y se encuentra por

debajo del valor obtenido para el poliéster reforzado con fibra de vidrio. Cabe destacar que

la comparación contra el material reforzado con fibra de vidrio, corresponde a una

comparación de materiales reforzados con la máxima cantidad de fibra posible, tanto de

fibra de cabuya (5%) como de fibra de vidrio (30%). Además esto permite comparar las

propiedades mecánicas del material reforzado con fibra de cabuya con materiales patrón

utilizados regularmente a nivel comercial (30% fibra de vidrio como se mencionó en la

sección 4.6).

Existe un aumento en el módulo de elasticidad al incorporar fibra de cabuya como fase de

refuerzo a la matriz de poliéster. Debido a que parece ser un incremento pequeño, con el

fin de evaluar si existe diferencia estadística significativa entre las medias del material

reforzado con fibra de cabuya y el material sin reforzar, se llevó a cabo una prueba de t-

student de dos muestras asumiendo varianzas iguales. La hipótesis para la prueba es:

61

Figura 4.12 Módulo de elasticidad promedio para una matriz de poliéster reforzado con

fibra de cabuya, fibra de vidrio y sin refuerzo.

El Cuadro 4.15 muestra los resultados obtenidos en dónde se tiene que t-student> t-student

crítica, con lo cual se concluye que no existe evidencia estadística significativa para

aceptar la hipótesis nula (H0), y por lo tanto se acepta la hipótesis alternativa (H1),

concluyendo que las medias del módulo de elasticidad obtenidas para el material reforzado

con fibra de cabuya (5 %, 10 mm) y el material sin reforzar son distintas. Teniendo esto en

cuenta es posible concluir que la inclusión de fibra de cabuya (5 %, 10 mm) a la matriz de

resina aumenta en promedio en 245,767 MPa el módulo de elasticidad del material sin

reforzar.

Cuadro 4.15 Comparación de medias por prueba de t-student para el módulo de elasticidad entre la resina de poliéster reforzada con fibra de cabuya (5 %, 10 mm) y resina sin reforzar.

Dato Tipo de muestra Fibra de cabuya 5 %, 10 mm 100 % poliéster

Promedio 2884,613 2638,846 Varianza 4777,324623 2873,58578

Grados de libertad 13 t-student 6,9307

t-studentCrítico dos colas al 95 % 2,1604

2884,613

5526,336

2638,846

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Fibra de Cabuya5%, 10 mm

30% Fibra de vidrio Poliéster sin reforzarMód

ulo

de e

last

icid

ad (

MPa

)

62

La prueba de t-student realizada debe cumplir con los supuestos de normalidad de las

muestras e igualdad de varianza. La Figura 4.13 muestra los gráficos de normalidad de

ambos grupos de datos, en los que se verifica el supuesto de normalidad. Por otro lado, el

Cuadro 4.16 muestra el estadístico P obtenido para la prueba de Fisher para varianzas

iguales entre dos muestras, obteniéndose un valor de 0,329 > 0,05, con lo cual se concluye

que no existe evidencia estadística significativa para rechazar la hipótesis nula de que las

varianzas son iguales.

Cuadro 4.16 Prueba F de varianzas iguales para el módulo de elasticidad entre la resina de poliéster reforzada con fibra de cabuya (5 %, 10mm) y resina sin reforzar.

P = 0,329 ; Fcrítico una cola al 95 % = 0,167; F= 0,602

(a)

(b)

Figura 4.13 Verificación del supuesto de normalidad para la prueba de t-student. (a) 100

% resina de poliéster. (b) Resina de poliéster reforzada con fibra de cabuya (5 %, 10mm).

La Figura 4.14 muestra la comparación del mayor valor de resistencia máxima a la tensión

obtenida para el material reforzado con fibra de cabuya y las probetas patrón. Se puede

observar que la adición de fibra de cabuya a la matriz de poliéster reduce la resistencia a la

tensión en comparación con la obtenida para la matriz sin refuerzo y la reforzada con fibra

de vidrio. Quesada (2003), quien estudió el efecto de la longitud y el contenido de fibra de

rastrojo de piña en una matriz de resina de poliéster, reporta valores de resistencia a la

tensión de 17,6 MPa para un contenido de fibra del 10 % y una longitud de 1 mm. En esa

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2550 2600 2650 2700 2750

Prob

abili

dad

norm

al, Z

Módulo de elasticidad, MPa -2

-1

0

1

2

2700 2800 2900 3000

Prob

abili

dad

norm

al, Z

Módulo de elasticidad, Mpa

63

misma investigación se reporta un valor de 16,1 MPa para la resistencia a la tensión de la

resina sin reforzar. Al comparar dichos valores con los obtenidos en esta investigación, se

obtuvieron valores mayores tanto para el poliéster reforzado con fibra de cabuya como para

el poliéster sin reforzar.

Figura 4.14 Resistencia a la tensión promedio para una matriz de poliéster reforzada

con fibra de cabuya, fibra de vidrio y sin refuerzo.

Las Figuras 4.15 y 4.16 muestran la comparación entre los resultados de resistencia al

impacto y resistencia a la flexión respectivamente, para las probetas patrón y el material

reforzado con fibra de cabuya (utilizando la mejor combinación seleccionada en la sección

4.4.4). De la Figura 4.15 se observa un aumento de 95,5 J/m en la resistencia al impacto

entre el material reforzado con fibra de cabuya el poliéster sin reforzar, el valor presentado

en dicha figura para el material reforzado con fibra de cabuya corresponde al obtenido para

el 90 % de las muestras en que se obtuvo una quebradura tipo bisagra, mientras que el 100

% de los especímenes sin reforzar presentaron una quebradura completa. Por otro lado,

para el material reforzado con fibra de vidrio se obtuvo un valor de más del doble del

obtenido para el material reforzado con fibra de cabuya.

34,531

87,256

52,586

20

30

40

50

60

70

80

90

Fibra de Cabuya1%, 15mm

30% Fibra devidrio

Poliéster sinreforzar

Res

iste

ncia

a m

áxim

a a

la

tens

ión

(MPa

)

64

Figura 4.15 Resistencia al impacto promedio para una matriz de poliéster

reforzado con fibra de cabuya, fibra de vidrio y sin refuerzo.

La Figura 4.16 muestra el comportamiento de la resistencia a la flexión obtenida para

resina de poliéster reforzada con fibra de cabuya (32,64 MPa) en comparación con las

probetas patrón. Se observa una disminución de casi la mitad en la resistencia a la flexión

máxima con respecto a la matriz de poliéster (62,88 MPa). Además, para el material

reforzado con fibra de vidrio, se obtuvo una resistencia a la tensión (155,56 MPa) casi 5

veces mayor que el del material reforzado con fibra de cabuya.

Figura 4.16 Resistencia a la flexión promedio para una matriz de poliéster reforzado con

fibra de cabuya, fibra de vidrio y sin refuerzo.

Como se mencionó, es posible observar un aumento en las propiedades mecánicas de

módulo de Young y resistencia al impacto del material reforzado con fibra de cabuya, al

compararse con la resina sin reforzar, lo cual constituye una ventaja. Por otro lado, en el

207,46

5,38

100,87

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

Muestras 121 a 13030% fibra de vidrio

Muestras 111 a 120100% poliéster

Muestras 151 a 1605% fibra cabuya,

10mm

Res

iste

ncia

al i

mpa

cto

(J/m

)

155,56

62,88

32,64

0,00

30,00

60,00

90,00

120,00

150,00

180,00

Muestras 141 a 15030% fibra de vidrio

Muestras 131 a 140100% poliéster

Muestras 161 a 1705% fibra cabuya,

10mm

Res

iste

ncia

a la

flex

ión

(MPa

)

65

Anexo 3, se presentan algunas fotografías de especímenes reforzados con fibra de cabuya,

en las que es posible observar que las fibras proporcionan un efecto estéticamente

agradable en el material, dándole una ventaja adicional. Esto lleva a pensar en la necesidad

de investigar en un estudio posterior, la posible utilización del material en aplicaciones en

las que los requerimientos de resistencia no sean muy altos y la fibra le otorgue una

apariencia agradable al material, alguna de estas aplicaciones podrían ser: mesas,

escritorios, marcos, puertas, entre otros.

66

CAPÍTULO 5

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En este capítulo se presentan y analizan las principales conclusiones obtenidas durante el

proyecto.

5.1 CONCLUSIONES

Los valores de humedad, extractivos, cenizas, contenido de lignina y contenido de

holocelulosa obtenidos para la fibra de cabuya utilizada son de: 5,7 %, 8,0 %, 8,7

%, 1,67 % y 81,67 %, respectivamente. Estos valores varían con los reportados en

investigaciones previas, lo cual es esperado ya que las propiedades de las fibras

naturales dependen de factores como: ubicación de cultivo, edad de la planta, el

método de extracción utilizado, entre otros.

Por medio de una prueba de t-student se compararon especímenes de poliéster sin

refuerzo a los cuales se les aplicó un proceso térmico de post-curado, con

especímenes sin post-curado. Se determinó que existe diferencia estadística

significativa en la resistencia a la tensión entre ambos tipos de especímenes, siendo

mayor la resistencia a la tensión cuando se lleva a cabo el proceso de post-curado

en el material.

El material de poliéster sin reforzar presentó porcentajes de contracción de 9,39 %,

5,21 % y 7,40 % en volumen, para las pruebas previas al dimensionamiento de

moldes y para los especímenes de flexión e impacto respectivamente.

Los patrones de comparación de poliéster sin reforzar y reforzados con 30 % de

fibra de vidrio presentaron los siguientes resultados: tensión de 52,6 MPa y 87,3

67

MPa; módulo de elasticidad 2639 MPa y 5526 MPa; resistencia a la flexión de 62,9

MPa y 155 MPa y resistencia al impacto de 5,82 MPa y 204,46 MPa,

respectivamente.

Los resultados estadísticos del diseño experimental, muestran que la longitud de la

fibra, el porcentaje de la fibra y la interacción entre ambas, son efectos

estadísticamente significativos en la resistencia a la tensión y el módulo de

elasticidad de Young del material reforzado con fibra de cabuya.

En general, la resistencia a la tensión del material disminuyó al aumentar el

porcentaje de fibra de cabuya, obteniéndose un valor máximo de 34,53 MPa (15

mm, 1 %). Por otro lado, el módulo de elasticidad de Young aumentó al aumentar

el contenido de fibra de cabuya, y aumenta considerablemente al pasar de una

longitud de fibra de 5 mm a los niveles superiores de longitud (10 mm y 15 mm),

obteniéndose un valor máximo de módulo de elasticidad de 2884 MPa (10mm, 5

%).

Las propiedades mecánicas de resistencia máxima a la tensión y resistencia máxima

a la flexión, obtenidas para el material reforzado con fibra de cabuya, alcanzaron

valores menores a los obtenidos para el material de poliéster sin reforzar y el

material reforzado con fibra de vidrio. Sin embargo, los resultados obtenidos fueron

mayores a los reportados en otras investigaciones en los que se ha utilizado una

matriz de poliéster con otro tipo de fibras naturales como refuerzo.

Las propiedades mecánicas de módulo de elasticidad y resistencia al impacto

alcanzaron valores superiores a los obtenidos para el material de poliéster sin

reforzar. Se obtuvo un aumento de 1800 % en la resistencia al impacto y un

aumento de 9,3 % en el módulo de elasticidad. Las propiedades de módulo de

elasticidad y resistencia al impacto para el material reforzado con fibra de vidrio

superaron las del material reforzado con fibra de cabuya.

68

5.2 RECOMENDACIONES

Estudiar el efecto de longitudes y porcentajes de fibra de cabuya mayores a 15 mm

y 5 % con el objetivo de evaluar el comportamiento de las propiedades mecánicas

para niveles superiores a los utilizados en esta investigación.

Estudiar el efecto de la aplicación de presión durante la etapa de curado del

material reforzado, con el fin de evaluar si la presión tiene algún efecto en las

propiedades de adhesión fibra-matriz mediante el cual se pueda aumentar la

humectabilidad de la fibra natural.

Estudiar el efecto de la utilización de un “mat” de fibra de cabuya, para minimizar

la variabilidad en la distribución de la cabuya en la cavidad del molde, y

determinar si esto facilita el proceso de fabricación de los especímenes, lo cual

potencialmente podría ayudar a aumentar los porcentajes de fibra de cabuya

utilizados.

Comparar las propiedades mecánicas del material reforzado con fibra de cabuya

con las de un material reforzado con fibra de vidrio, utilizando el mismo porcentaje

de fibra en ambos casos. Además utilizar porcentajes volumétricos de la misma

magnitud para llevar a cabo comparación entre especímenes reforzados con fibra de

cabuya y fibra de vidrio.

Llevar a cabo un tratamiento químico de la fibra de cabuya, para evaluar el efecto

en las propiedades de adhesión fibra-matriz.

Diseñar y llevar a cabo la construcción de un prototipo, tal como un escritorio, una

mesa, una puerta u otro, que permita evaluar la utilización del material reforzado

con fibra de cabuya en una aplicación comercial, dadas sus características

mecánicas y su apariencia agradable.

69

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73

NOMENCLATURA

Símbolo Significado C Cabuya CE Cenizas, g ó % E Módulo de elasticidad, MPa Ex Extractivos, g ó % F Cantidad de fibra, g ó % H Humedad, % HC Holocelulosa, % K Masa de pérdidas, g L Lignina, g ó % M Masa, g NQ Referido a la no quebradura en la prueba de impacto P Masa de la probeta, g QB Referido a la quebradura tipo bisagra en la prueba de impacto QC Referido a la quebradura completa en la prueba de impacto R Masa de resina de poliéster, g RF Resistencia a la flexión, MPa RI Resistencia al impacto, J/m RT Resistencia a la ruptura por tensión, MPa S Contracción de resina, % STDEV Desviación estándar V Volumen, mm3 a Referido al ancho, mm h Referido a la altura/profundidad, mm l Referido a la longitud, mm ε Deformación, % μ Media de la muestra σ Varianza de la muestra Subíndices 10 mm Referido a la fibra de 10 mm 15 mm Referido a la fibra de 15 mm 5 mm Referido a la fibra de 5 mm

5 % deformación Referido a la tensión en flexión al 5 % de deformación

A Referido al ancho Bh Referido a base húmeda Bs Referido a base Seca

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Subíndices (continuación) C Referido al crisol Cd Referido al crisol con residuos de fibra D Referido a los residuos f Referido a la condición final h Referido a la altura/profundidad i Referido a la condición inicial l Referido a la longitud m Referido al molde Máximo Referido a la resistencia máxima a la flexión p Referido a la probeta prom Referido al valor promedio r Referido al recipiente de reacción rd Referido al recipiente de reacción con residuos de fibra y/o resina teórico Referido al valor teórico V Referido al volumen

APÉNDICES

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APÉNDICE A DATOS EXPERIMENTALES

Cuadro A.1 Datos para la determinación de la humedad de la fibra de cabuya

Muestra Mi (g) Mf (g) C1 1,0013 0,9434 C2 1,0017 0,9445

Cuadro A.2 Datos para la determinación del porcentaje de extractos en la fibra de cabuya Muestra Mi (g) Mf (g)

C1.1 11,3630 10,6493 C2.1 10,0143 9,5984

Cuadro A.3 Datos para la determinación de humedad de la fibra de cabuya sin extractos Muestra Mi (g) Mf (g) C1.1.1 1,0049 0,9224 C1.1.2 1,0016 0,9176 C2.1.1 1,0022 0,9151 C2.1.2 1,0092 0,9208

Cuadro A.4 Datos para la determinación del porcentaje de lignina en la fibra de cabuya Muestra Mi,bs (g) Lbs (g) C1.1.1 0,9224 0,0808 C1.1.2 0,9176 0,0795 C2.1.1 0,9151 0,0758 C2.1.2 0,9208 0,0824

Cuadro A.5 Datos para la determinación del contenido de cenizas en la fibra de cabuya Muestra Mi (g) CE (g) C1.1.3 1,0036 0,0161 C1.1.4 1,0073 0,0154 C2.1.3 1,0016 0,0148 C2.1.4 1,0021 0,0149

77

Cuadro A.6 Datos de longitud de la fibra de cabuya utilizada para la construcción del material reforzado

Muestra l5mm (mm) l10mm (mm) l15mm (mm) 1 4,95 10,40 15,62 2 5,02 10,71 15,08 3 5,07 10,20 14,65 4 4,92 10,35 15,48 5 5,38 10,30 15,59 6 5,33 9,89 15,50 7 5,40 10,22 14,94 8 5,08 9,91 15,61 9 4,92 9,81 15,69 10 4,94 10,18 15,60 11 5,30 10,51 15,54 12 5,41 10,32 15,60 13 4,90 10,58 15,26 14 5,49 10,30 15,14 15 5,03 10,37 15,03 16 5,06 9,98 15,25 17 5,27 10,29 14,79 18 5,14 10,33 15,21 19 5,09 10,65 14,99 20 5,19 10,48 14,77 21 5,50 10,22 14,70 22 5,29 10,48 15,03 23 5,04 10,50 14,99 24 5,31 10,16 15,63 25 5,34 10,29 15,60 26 5,74 10,36 14,69 27 4,98 10,13 14,63 28 5,39 10,57 15,70 29 5,46 10,28 15,47 30 4,88 10,05 15,05

Cuadro A.7 Dimensiones de moldes de plástico utilizados para la determinación del porcentaje de contracción de la resina y el sobredimensionamiento de moldes de aluminio

Molde l (mm) a (mm) h (mm) 1 39,10 29,45 11,13 2 36,09 25,59 10,65

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Cuadro A.7 (Continuación) Dimensiones de moldes de plástico utilizados para la determinación del porcentaje de contracción de la resina y el sobredimensionamiento de moldes de aluminio

Molde l (mm) a (mm) h (mm) 3 46,67 46,58 9,04 4 84,73 71,06 20,60 5 84,75 70,97 20,62 6 143,66 57,16 20,71

Cuadro A.8 Dimensiones de probetas utilizadas para la determinación del porcentaje de contracción de la resina y el sobredimensionamiento de moldes de aluminio

Molde l (mm) a (mm) h (mm) 1 38,11 28,71 10,67 2 35,16 24,88 10,24 3 45,40 45,38 8,68 4 82,25 68,89 19,77 5 82,25 68,61 19,76 6 139,66 55,45 19,82

Cuadro A.9 Dimensiones de los moldes de aluminio de flexión e impacto para cálculo de volumen y porcentaje de contracción de las probetas

Tipo de Molde l (mm) a (mm) h (mm) Flexión 130,90 13,10 3,40 Impacto 65,50 12,90 13,10

Cuadro A.10 Datos obtenidos en la fabricación de las probetas de poliéster reforzadas con fibra de cabuya para la prueba de resistencia a la tensión

Muestra Mr (g) Ri (g) Fi (g) Mrd (g) Mc (g) Mcd (g) P (g) 1 97,813 16,044 0,162 101,088 36,74536 36,77153 11,923 2 98,240 16,043 0,162 101,720 35,20115 35,23784 11,900 3 97,598 16,017 0,163 101,270 33,63039 33,66497 11,938 4 97,102 16,001 0,161 100,338 31,12609 31,15786 12,048 5 97,003 16,027 0,162 100,370 38,46538 38,50756 11,994 6 98,194 16,007 0,164 101,697 27,39266 27,42554 11,952 7 96,905 15,993 0,161 99,597 34,65103 34,67203 11,941 8 97,021 16,003 0,164 99,634 36,96051 36,98394 11,915 9 97,015 16,009 0,165 100,065 32,92426 32,95334 11,885 10 98,132 15,993 0,162 101,420 30,58741 30,61480 11,895 11 97,934 16,012 0,162 101,574 36,74515 36,77190 11,590

79

Cuadro A.10 (Continuación) Datos obtenidos en la fabricación de las probetas de poliéster reforzadas con fibra de cabuya para la prueba de resistencia a la tensión

Muestra Mr (g) Ri (g) Fi (g) Mrd (g) Mc (g) Mcd (g) P (g) 12 97,039 16,002 0,161 100,770 56,53531 56,55331 11,331 13 97,239 16,003 0,160 101,216 57,23828 57,26582 11,367 14 97,783 16,001 0,161 101,722 87,57350 87,60620 11,322 15 98,040 16,008 0,162 101,962 34,64933 34,67188 11,322 16 97,108 16,045 0,160 101,333 32,90474 32,93177 11,284 17 98,101 16,005 0,161 102,527 33,63044 33,66447 11,314 18 97,147 16,001 0,161 101,258 35,20085 35,23190 11,443 19 97,877 16,003 0,161 101,407 36,74534 36,77476 11,388 20 97,993 16,033 0,161 101,879 27,39255 27,41144 11,363 21 97,895 16,031 0,163 101,616 34,64905 34,66625 11,407 22 97,074 16,029 0,160 100,245 35,19967 35,21195 11,436 23 97,072 16,025 0,161 100,201 31,12526 31,14830 11,426 24 98,050 16,018 0,162 101,234 27,39205 27,40074 11,366 25 97,173 16,016 0,161 100,411 32,89776 32,91582 11,464 26 98,132 16,033 0,160 101,240 33,63112 33,64277 11,485 27 98,201 16,004 0,160 100,976 38,46254 38,46800 11,390 28 97,939 16,005 0,160 101,151 36,95151 36,95673 11,374 29 97,064 16,001 0,160 100,375 30,58490 30,59828 11,342 30 97,845 16,025 0,162 100,932 36,74468 36,75185 11,273 31 97,732 16,014 0,481 100,142 29,26903 29,31016 12,523 32 96,856 16,016 0,484 99,454 30,58667 30,62538 12,609 33 98,521 16,016 0,481 101,493 36,74500 36,79967 12,194 34 96,935 16,008 0,482 100,262 35,20084 35,28576 12,068 35 97,041 16,013 0,482 100,520 36,74531 36,82198 11,919 36 96,934 16,029 0,481 100,301 35,20078 35,25631 11,874 37 96,916 15,992 0,481 100,226 30,58570 30,64073 11,886 38 97,095 15,998 0,481 100,221 36,95625 37,02535 12,024 39 96,969 16,016 0,484 100,089 31,12595 31,18614 12,153 40 96,901 16,006 0,482 100,203 33,63032 33,70651 11,976 41 97,401 16,029 0,481 101,047 30,58613 30,64008 11,285 42 96,803 16,004 0,481 100,430 31,12626 31,18124 11,217 43 97,237 16,032 0,482 101,057 38,46439 38,52704 11,289 44 96,871 16,013 0,480 100,910 36,95301 37,01305 11,250 45 96,923 16,021 0,481 100,643 56,86107 56,89638 11,191 46 97,077 16,022 0,481 101,189 56,53540 56,58853 11,146 47 97,769 16,017 0,483 101,891 57,23838 57,32465 11,214 48 97,797 16,001 0,481 101,650 35,20116 35,27128 11,211

80


Muestra Mr (g) Ri (g) Fi (g) Mrd (g) Mc (g) Mcd (g) P (g) 49 97,206 16,026 0,481 101,230 36,74560 36,80952 11,205 50 97,996 16,016 0,480 102,367 27,39293 27,47275 11,297 51 98,219 16,008 0,481 101,301 56,53427 56,56314 11,617 52 97,255 16,032 0,482 100,109 56,86012 56,87955 11,341 53 98,153 16,010 0,481 100,914 57,23989 57,26963 11,357 54 97,171 16,020 0,481 100,334 27,39283 27,41132 11,366 55 97,941 16,013 0,480 100,915 32,89792 32,92705 11,435 56 97,013 16,043 0,481 100,213 33,63199 33,66779 11,676 57 96,898 16,035 0,483 99,196 38,46318 38,50381 11,394 58 96,971 16,028 0,481 100,313 31,12596 31,15276 11,299 59 97,969 16,012 0,482 100,995 34,65072 34,67145 11,813 60 97,168 16,015 0,481 100,543 35,20124 35,23725 11,145 61 97,581 16,036 0,802 101,203 32,91588 33,03648 12,004 62 98,064 16,020 0,802 101,180 27,39253 27,50312 12,088 63 97,347 16,079 0,806 101,072 34,65070 34,81349 11,951 64 98,180 16,035 0,802 101,772 38,46441 38,58936 11,998 65 98,347 16,017 0,802 102,232 56,86066 57,02781 11,800 66 98,087 16,012 0,801 101,384 36,95195 37,09108 11,968 67 97,595 16,024 0,801 101,244 30,58683 30,73088 12,042 68 98,279 16,006 0,800 101,830 35,20137 35,31364 12,040 69 97,641 16,001 0,800 100,618 31,12650 31,22460 12,159 70 97,971 16,005 0,800 101,307 33,63095 33,73645 12,186 71 97,471 16,013 0,801 100,987 33,63104 33,67629 11,484 72 97,061 16,020 0,803 100,959 32,90094 33,00285 11,063 73 97,901 16,029 0,802 101,358 34,65033 34,71059 11,325 74 97,930 16,010 0,802 101,457 36,95071 37,00650 11,575 75 97,853 16,010 0,801 101,403 56,86166 56,90426 11,431 76 97,258 16,023 0,802 100,811 56,53580 56,59963 11,237 77 97,074 16,023 0,801 101,084 57,24151 57,30332 11,261 78 97,305 16,024 0,801 100,715 27,39291 27,43065 11,674 79 97,755 16,009 0,800 101,478 36,74553 36,78837 11,209 80 97,890 16,028 0,801 101,632 31,12630 31,18236 11,528 81 97,171 16,028 0,801 100,705 36,74518 36,82086 11,581 82 97,976 16,034 0,802 101,207 27,39258 27,46133 12,043 83 97,561 16,026 0,801 100,876 31,12583 31,19667 12,006 84 97,204 16,019 0,801 99,661 35,20119 35,25627 12,419 85 97,079 16,004 0,801 99,486 36,95051 37,00922 12,432

81


Muestra Mr (g) Ri (g) Fi (g) Mrd (g) Mc (g) Mcd (g) P (g) 86 96,694 16,020 0,801 99,460 34,65051 34,72488 12,015 87 97,204 16,026 0,801 100,038 30,58597 30,64666 11,730 88 96,992 16,012 0,802 99,461 32,89734 32,95203 11,690 89 97,216 16,029 0,801 100,309 33,63211 33,74056 11,722 90 96,851 16,023 0,801 99,423 38,46288 38,52493 11,955

Cuadro A.11 Resultados de la prueba de resistencia a la tensión en las probetas de poliéster reforzadas con fibra de cabuya

Muestra RT (MPa) E (MPa) ε (%) 1 29,168 2337,56 1,55763 2 28,224 2090,51 1,63732 3 23,242 2248,69 1,21196 4 32,308 2220,97 1,82822 5 27,193 2231,31 1,47417 6 26,851 2178,81 1,49459 7 31,139 2074,40 1,87626 8 29,033 2091,09 1,71099 9 30,147 2135,57 1,72562 10 22,220 2252,55 1,14384 11 29,336 2706,20 1,23014 12 25,516 2714,35 1,05448 13 27,119 2665,00 1,11409 14 22,476 2566,69 0,93748 15 25,334 2639,03 1,03842 16 33,109 2618,59 1,41832 17 25,664 2625,81 1,04503 18 26,240 2786,20 1,04338 19 23,644 2740,64 0,94339 20 26,175 2739,29 1,04161 21 33,351 2679,28 1,42529 22 36,634 2734,81 1,55928 23 34,790 2724,64 1,44807 24 33,534 2717,13 1,42116 25 34,923 2697,20 1,46991 26 33,550 2665,31 1,43603 27 35,440 2663,75 1,53721

82

Cuadro A.11 (Continuación) Resultados de la prueba de resistencia a la tensión en las probetas de poliéster reforzadas con fibra de cabuya

Muestra RT (MPa) E (MPa) ε (%) 28 33,703 2678,69 1,44170 29 33,922 2707,20 1,44985 30 35,464 2698,98 1,52339 31 25,792 2363,12 1,32907 32 27,185 2289,27 1,48302 33 25,106 2263,88 1,33994 34 25,837 2271,29 1,38480 35 24,269 2324,61 1,27016 36 30,639 2159,94 1,86658 37 25,998 2092,73 1,58844 38 29,612 2183,07 1,74274 39 26,103 2141,71 1,53650 40 28,714 2110,40 1,75667 41 20,804 2754,90 0,99993 42 26,037 2884,68 1,02189 43 25,869 2735,80 1,06805 44 19,052 2780,93 0,75816 45 15,484 2806,84 0,60150 46 27,403 2856,14 1,10134 47 16,197 2832,67 0,88329 48 18,192 2947,00 0,71648 49 20,990 2892,90 0,81045 50 23,693 2797,27 0,94527 51 30,318 2672,73 1,36355 52 27,500 2860,87 1,10193 53 27,572 2899,98 1,08529 54 22,011 2936,21 1,11185 55 30,504 2869,58 1,26320 56 30,543 2713,27 1,35316 57 30,608 2864,70 1,25836 58 28,684 2818,50 1,18091 59 31,946 2755,52 1,37842 60 19,922 2731,35 0,79782 61 27,536 2197,50 1,66978 62 23,557 2352,08 1,27465 63 26,390 2245,56 1,57050 64 24,374 2277,56 1,40829 65 24,991 2076,35 1,57003

83

Cuadro A.11 (Continuación) Resultados de la prueba de resistencia a la tensión en las probetas de poliéster reforzadas con fibra de cabuya

Muestra RT (MPa) E (MPa) ε (%) 66 12,464 2101,67 2,23468 67 23,629 2083,49 1,43155 68 23,859 2221,42 1,38173 69 27,045 2134,25 1,68655 70 24,030 2130,45 1,45044 71 28,730 2806,20 1,29991 72 22,644 2957,53 0,87196 73 22,067 2763,74 0,90372 74 23,198 2888,58 1,13499 75 25,243 2856,38 1,01339 76 28,091 2971,93 1,08529 77 28,157 2946,23 1,10323 78 27,293 2908,53 1,09131 79 21,618 2917,48 0,90856 80 27,637 2829,53 1,24159 81 32,274 2950,10 1,72492 82 21,939 2950,78 2,30504 83 29,951 3158,35 1,38350 84 30,528 2860,35 1,33710 85 23,798 2902,27 1,13405 86 26,051 2693,10 1,41986 87 18,831 2670,09 1,94001 88 9,943 2821,44 1,86186 89 23,612 2685,83 1,48538 90 26,717 2745,49 1,36803

Cuadro A.12 Datos obtenidos en la fabricación de las probetas de referencia de poliéster para la prueba de resistencia a la tensión

Muestra Mr (g) Ri (g) Mrd (g) P (g) 91 97,242 16,013 100,625 11,447 92 97,047 16,018 100,901 11,475 93 96,908 16,036 100,312 11,527 94 97,792 16,045 101,470 11,477 95 97,939 16,017 101,590 11,621 96 97,126 16,006 100,847 11,487

84

Cuadro A.12 (Continuación) Datos obtenidos en la fabricación de las probetas de referencia de poliéster para la prueba de resistencia a la tensión

Muestra Mr (g) Ri (g) Mrd (g) P (g) 97 97,182 16,005 100,422 11,478 98 97,234 16,018 100,535 11,429 99 98,181 16,014 101,602 11,470 100 97,339 16,018 100,928 11,399

Cuadro A.13 Resultados de la prueba de resistencia a la tensión en las probetas de referencia de poliéster

Muestra Post-curado RT (MPa) E (MPa) ε (%) 91 Si 56,387 2572,94 2,70147 92 Si 59,274 2605,96 2,85766 93 Si 43,189 2710,11 1,85442 94 Si 53,766 2635,12 2,54340 95 Si 50,313 2670,10 2,26821 96 No 47,565 1975,24 4,47149 97 No 45,807 1985,15 5,70494 98 No 40,549 2017,44 2,70325 99 No 48,477 2017,29 3,95653 100 No 43,438 1965,60 3,37097

Cuadro A.14 Datos obtenidos en la fabricación de las probetas de referencia de poliéster reforzadas con fibra de vidrio para la prueba de resistencia a la tensión

Muestra Mr (g) Ri (g) Fi (g) Mrd (g) P (g) 101 97,451 16,027 4,542 100,497 14,212 102 98,654 16,035 4,590 101,259 14,413 103 97,030 16,033 4,500 100,328 14,396 104 96,966 16,005 4,325 100,118 13,822 105 98,057 16,034 4,273 101,736 13,753 106 97,989 16,022 4,535 101,093 13,950 107 97,139 16,062 4,620 100,134 14,206 108 96,646 16,040 4,519 99,670 14,417 109 96,938 16,021 4,319 100,247 13,808 110 97,953 16,028 4,522 101,102 14,052

85

Cuadro A.15 Resultados de la prueba de resistencia a la tensión en las probetas de referencia de poliéster reforzadas con fibra de vidrio

Muestra RT (MPa) E (MPa) ε (%) 101 94,062 5313,15 2,90831 102 82,377 5482,31 2,46489 103 91,915 5339,50 2,71316 104 78,179 5756,14 2,04284 105 84,455 5396,22 2,50338 106 90,691 5785,21 2,28320 107 89,601 5693,22 2,39028 108 90,122 5582,78 2,56453 109 86,964 5536,27 2,22701 110 84,197 5378,56 2,31201

Cuadro A.16 Datos obtenidos en la fabricación de las probetas de poliéster reforzadas con fibra de cabuya para la prueba de resistencia a la flexión

Muestra Mr (g) Ri (g) Fi (g) Mrd (g) Mc (g) Mcd (g) P (g) 161 96,17 9,02 0,4518 98,16 23,0042 23,0468 6,36 162 97,15 9,01 0,4512 99,22 18,4860 18,5355 6,43 163 97,35 9,02 0,4517 99,25 28,6271 28,6609 6,56 164 97,15 9,00 0,4515 99,21 19,4615 19,5057 6,49 165 98,37 9,02 0,4518 100,54 19,4227 19,4806 6,39 166 96,63 9,02 0,4515 98,82 22,7818 22,8145 6,40 167 97,39 9,04 0,4525 99,20 23,0042 23,0375 6,50 168 97,32 9,04 0,4526 99,38 19,2667 19,2996 6,52 169 97,06 9,03 0,4517 98,79 18,9701 18,9907 6,46 170 97,03 9,01 0,4510 98,77 19,4416 19,4642 6,60

Cuadro A.17 Resultados de la prueba de resistencia a la flexión en las probetas de poliéster reforzadas con fibra de cabuya

Muestra RF5 % deformación (MPa) E (MPa) RFMáximo (Mpa) 161 1,4 3011,53235 35,33 162 -6,5 3134,06837 22,49 163 ----- 3037,82167 36,12 164 -6,6 3072,33919 34,22 165 -3,8 3129,64485 35,44 166 ----- 3138,34851 30,48

86

Cuadro A.17 (Continuación) Resultados de la prueba de resistencia a la flexión en las probetas de poliéster reforzadas con fibra de cabuya

Muestra RF5 % deformación (MPa) E (MPa) RFMáximo (Mpa) 167 -1,3 3379,55314 35,03 168 -7,1 3100,91488 36,62 169 -5,8 2936,02101 33,46 170 0,1 2550,93737 27,20

Cuadro A.18 Datos obtenidos en la fabricación de las probetas de referencia de poliéster para la prueba de resistencia a la flexión

Muestra Mr (g) Ri (g) Mrd (g) P (g) 131 96,96 9,04 98,59 6,59 132 97,45 9,01 99,19 6,56 133 97,49 9,00 99,13 6,49 134 97,12 9,00 99,19 6,47 135 97,34 9,03 99,09 6,45 136 97,31 9,06 99,10 6,51 137 96,94 9,02 98,57 6,60 138 97,28 9,02 98,96 6,68 139 97,17 9,01 99,07 6,54 140 97,28 9,07 99,18 6,60

Cuadro A.19 Dimensiones de las probetas de referencia de poliéster para la prueba de resistencia a la flexión

Muestra Tipo de Molde l (mm) a (mm) h (mm) 131 Flexión 128,97 12,85 3,34 132 Flexión 129,13 12,88 3,32 133 Flexión 128,77 12,83 3,33 134 Flexión 128,64 12,82 3,34 135 Flexión 128,86 12,83 3,32 136 Flexión 129,09 12,78 3,33 137 Flexión 129,05 12,76 3,35 138 Flexión 129,01 12,73 3,38 139 Flexión 129,06 12,85 3,34 140 Flexión 129,08 12,86 3,38

87

Cuadro A.20 Resultados de la prueba de resistencia a la flexión en las probetas de referencia de poliéster

Muestra RF5 % deformación (MPa) E (MPa) RFMáximo (Mpa) 131 ----- 2749,89 62,51 132 ----- 2716,19 83,98 133 ----- 2740,97 58,22 134 ----- 2812,88 61,12 135 ----- 2809,27 68,35 136 ----- 2917,17 64,45 137 ----- 2813,70 ----- 138 ----- 2926,08 47,79 139 ----- 2678,96 56,60 140 ----- 2792,93 -----

Cuadro A.21 Datos obtenidos en la fabricación de las probetas de referencia de poliéster reforzadas con fibra de vidrio para la prueba de resistencia a la flexión

Muestra Mr (g) Ri (g) Fi (g) Mrd(g) P (g) 141 97,61 9,02 2,5048 99,17 7,84 142 97,39 9,04 2,4690 99,40 7,86 143 97,11 9,00 2,3696 99,12 7,77 144 97,34 9,02 2,4355 99,18 7,86 145 97,34 9,01 2,3683 99,40 7,81 146 97,69 9,03 2,5115 99,71 7,89 147 97,58 9,03 2,3669 99,34 7,81 148 97,03 9,04 2,3526 98,87 7,89 149 97,56 9,01 2,4802 99,62 8,00 150 97,02 9,02 2,3384 98,88 7,83

Cuadro A.22 Resultados de la prueba de resistencia a la flexión en las probetas de referencia de poliéster reforzadas con fibra de vidrio

Muestra RF 5% deformación (MPa) E (MPa) RFMáximo (Mpa) 141 21,4 7097,07091 150,19 142 28,1 6665,07507 179,10 143 35,1 5402,56823 156,72 144 24,8 6214,72727 152,19 145 11,9 6753,31851 184,61 146 25,7 5819,36510 130,20

88

Cuadro A.22 (Continuación) Resultados de la prueba de resistencia a la flexión en las

probetas de referencia de poliéster reforzadas con fibra de vidrio Muestra RF5 % deformación (MPa) E (MPa) RFMáximo (Mpa)

147 35,9 6365,83256 124,24 148 16,8 6418,95564 143,18 149 20,1 6727,76821 165,27 150 16,2 6640,90025 169,88

Cuadro A.23 Datos obtenidos en la fabricación de las probetas de poliéster reforzadas con fibra de cabuya para la prueba de resistencia al impacto

Muestra Mr (g) Ri (g) Fi (g) Mrd (g) Mc (g) Mcd (g) P (g) 151 96,83 16,00 0,8029 100,45 19,4611 19,5327 12,10 152 95,91 16,00 0,8014 99,86 19,2671 19,3131 12,00 153 97,68 16,07 0,8057 102,05 22,7820 22,8610 11,88 154 97,00 16,01 0,8017 100,41 15,8166 15,8698 11,93 155 97,43 16,03 0,8057 101,23 27,6735 27,7399 11,83 156 97,22 16,01 0,8020 101,28 19,4421 19,4945 11,87 157 97,10 16,02 0,8028 100,02 18,4863 18,5455 12,09 158 97,30 16,01 0,8018 100,58 28,6279 28,6847 11,77 159 97,58 16,02 0,8033 101,09 18,9705 19,0094 11,82 160 97,18 16,01 0,8025 100,71 19,4234 19,4726 11,89

Cuadro A.24 Resultados de la prueba de resistencia al impacto en las probetas de poliéster reforzadas con fibra de cabuya

Muestra h (mm) Tipo de fractura RI (J/m) 151 12,550 QB 100,334 152 12,730 QB 83,020 153 12,790 QC 58,356 154 12,570 QB 86,419 155 12,460 QB 68,287 156 12,640 QB 126,572 157 12,640 QB 111,983 158 12,660 QB 111,686 159 12,630 QB 89,168 160 12,650 QB 130,337

89

Cuadro A.25 Datos obtenidos en la fabricación de las probetas de referencia de poliéster para la prueba de resistencia al impacto

Muestra Mr (g) Ri (g) Mrd (g) P (g) 111 97,82 16,01 100,76 12,25 112 98,08 16,02 101,12 12,37 113 97,01 16,00 100,18 12,15 114 97,09 16,00 100,35 12,12 115 97,21 16,03 100,25 12,09 116 96,72 16,04 99,84 12,06 117 97,41 16,01 100,73 12,04 118 97,34 16,01 100,95 12,07 119 97,44 16,02 100,70 12,10 120 97,01 16,01 100,40 11,94

Cuadro A.26 Dimensiones de las probetas de referencia de poliéster para la prueba de resistencia al impacto

Muestra Tipo de Molde l (mm) a (mm) h (mm) 111 Impacto 63,90 12,51 12,85 112 Impacto 64,18 12,49 12,88 113 Impacto 64,12 12,60 12,78 114 Impacto 64,24 12,54 12,77 115 Impacto 63,81 12,53 12,79 116 Impacto 63,78 12,48 12,73 117 Impacto 63,68 12,55 12,77 118 Impacto 63,93 12,63 12,73 119 Impacto 63,89 12,50 12,77 120 Impacto 63,80 12,60 12,75

Cuadro A.27 Resultados de la prueba de resistencia al impacto en las probetas de referencia de poliéster

Muestra h (mm) Tipo de fractura RI (J/m) 111 12,930 QC 6,505 112 12,590 QC 5,984 113 12,840 QC 1,409 114 12,850 QC 6,886 115 12,620 QC 5,970 116 12,620 QC 3,214 117 12,650 QC 2,516

90

Cuadro A.27 (Continuación) Resultados de la prueba de resistencia al impacto en las probetas de referencia de poliéster

Muestra h (mm) Tipo de fractura RI (J/m) 118 12,750 QC 9,347 119 12,660 QC 5,269 120 12,670 QC 6,663

Cuadro A.28 Datos obtenidos en la fabricación de las probetas de referencia de poliéster reforzadas con fibra de vidrio para la prueba de resistencia al impacto

Muestra Mr (g) Ri (g) Fi (g) Mrd (g) P (g) 121 97,92 16,02 3,9650 102,39 14,21 122 97,11 16,03 4,1202 100,62 14,36 123 97,22 16,04 4,0527 101,09 14,32 124 97,41 16,02 3,9143 101,34 14,24 125 96,97 16,02 3,9029 100,66 14,32 126 97,46 16,02 4,3350 100,55 14,66 127 98,33 16,03 4,1944 101,73 14,42 128 97,96 16,01 3,8890 101,43 14,36 129 97,27 16,03 4,0688 100,43 14,44 130 97,10 16,05 4,1143 101,10 14,34

Cuadro A.29 Resultados de la prueba de resistencia al impacto en las probetas de referencia de poliéster reforzadas con fibra de vidrio

Muestra h (mm) Tipo de fractura RI (J/m) 121 12,000 NQ 224,221 122 12,000 NQ 222,265 123 12,000 NQ 197,216 124 12,000 NQ 187,554 125 12,000 NQ 203,065 126 13,010 NQ 201,647 127 12,000 NQ 218,710 128 12,000 NQ 214,953 129 12,000 NQ 182,017 130 12,000 NQ 222,960

91

APÉNDICE B RESULTADOS INTERMEDIOS

Cuadro B.1 Humedad de la fibra de cabuya Muestra H (%)

C1 5,7825 C2 5,7103

Promedio 5,7464

Cuadro B.2 Humedad de la fibra de cabuya sin extractos Muestra Sub-muestra H (%) Hprom (%)

C1.1 C1.1.1 8,2098

8,2982 C1.1.2 8,3866

C2.1 C2.1.1 8,6909

8,7251 C2.1.2 8,7694

Cuadro B.3 Extractos de la fibra de cabuya

Muestra Mi,bs (g) Mf,bs (g) Exbs (g) Ex (%) Exprom (%) C1.1 10,7100 9,7656 0,9444 8,8

8,0 C2.1 9,4388 8,7609 0,6779 7,2

Cuadro B.4 Porcentaje de lignina en la fibra de cabuya

Muestra L (%) C1.1.1 8,8 C1.1.2 8,7 C2.1.1 8,3 C2.1.2 8,9

Promedio 8,7

Cuadro B.5 Contenido de cenizas en la fibra de cabuya Muestra Mi,bs (g) CE (%) CEprom (%) C1.1.3 0,9203 1,75

1,67 C1.1.4 0,9237 1,67 C2.1.3 0,9142 1,62 C2.1.4 0,9147 1,63

92

Cuadro B.6 Composición de la fibra de cabuya Dato Valor (% Base seca)

Ex (%) 8,0 L (%) 8,7

CE (%) 1,67 HC (%) 81,63

Cuadro B.7 Longitud de la fibra de cabuya utilizada para la construcción del material reforzado

lteórico (mm) lprom (mm) STDEV (mm) 5 5,19 0,22 10 10,29 0,22 15 15,23 0,36

Cuadro B.8 Porcentajes de contracción de resina para el diseño y sobredimensionamiento de los moldes de aluminio

Molde Vm (mm3) Vp (mm3) SV (%) Sl (%) Sa (%) Sh (%) 1 12816,14 11674,45 8,91 2,53 2,51 4,13 2 9835,73 8957,76 8,93 2,58 2,77 3,85 3 19651,95 17882,99 9,00 2,72 2,58 3,98 4 124030,82 112020,82 9,68 2,93 3,05 4,03 5 124023,27 111509,09 10,09 2,95 3,33 4,17 6 170062,35 153488,99 9,75 2,78 2,99 4,30

Promedio - - 9,39 2,75 2,87 4,08

Cuadro B.9 Residuos, pérdidas, y porcentaje real de fibra en las probetas de poliéster reforzadas con fibra de cabuya para la prueba de resistencia a la tensión

Muestra Fd (g) Rd (g) K (g) Fp (g) F (%) 1 0,026 3,249 1,008 0,136 1,14 2 0,037 3,443 0,825 0,125 1,05 3 0,035 3,637 0,570 0,128 1,08 4 0,032 3,204 0,878 0,129 1,07 5 0,042 3,325 0,828 0,120 1,00 6 0,033 3,470 0,716 0,131 1,10 7 0,021 2,671 1,521 0,140 1,17 8 0,023 2,590 1,639 0,141 1,18 9 0,029 3,021 1,239 0,136 1,14 10 0,027 3,261 0,972 0,135 1,13 11 0,027 3,613 0,944 0,135 1,17

93

Cuadro B.9 (Continuación) Residuos, pérdidas, y porcentaje real de fibra en las probetas de poliéster reforzadas con fibra de cabuya para la prueba de resistencia a la tensión

Muestra Fd (g) Rd (g) K (g) Fp (g) F (%) 12 0,018 3,713 1,101 0,143 1,26 13 0,028 3,949 0,819 0,132 1,17 14 0,033 3,906 0,901 0,128 1,13 15 0,023 3,899 0,926 0,139 1,23 16 0,027 4,198 0,696 0,133 1,18 17 0,034 4,392 0,426 0,127 1,12 18 0,031 4,080 0,608 0,130 1,14 19 0,029 3,501 1,246 0,132 1,16 20 0,019 3,867 0,945 0,142 1,25 21 0,017 3,704 1,066 0,146 1,28 22 0,012 3,159 1,582 0,148 1,29 23 0,023 3,106 1,631 0,138 1,21 24 0,009 3,175 1,630 0,153 1,35 25 0,018 3,220 1,475 0,143 1,25 26 0,012 3,096 1,600 0,148 1,29 27 0,005 2,770 1,999 0,155 1,36 28 0,005 3,207 1,579 0,155 1,36 29 0,013 3,298 1,508 0,147 1,29 30 0,007 3,080 1,827 0,155 1,37 31 0,041 2,369 1,562 0,440 3,51 32 0,039 2,559 1,293 0,445 3,53 33 0,055 2,917 1,331 0,426 3,50 34 0,085 3,242 1,095 0,397 3,29 35 0,077 3,402 1,097 0,405 3,40 36 0,056 3,311 1,269 0,425 3,58 37 0,055 3,255 1,277 0,426 3,58 38 0,069 3,057 1,329 0,412 3,43 39 0,060 3,060 1,227 0,424 3,49 40 0,076 3,226 1,210 0,406 3,39 41 0,054 3,592 1,579 0,427 3,78 42 0,055 3,572 1,641 0,426 3,80 43 0,063 3,757 1,405 0,419 3,71 44 0,060 3,979 1,204 0,420 3,73 45 0,035 3,685 1,591 0,446 3,98 46 0,053 4,059 1,245 0,428 3,84 47 0,086 4,036 1,164 0,397 3,54 48 0,070 3,783 1,418 0,411 3,66

94

Cuadro B.9 (Continuación) Residuos, pérdidas, y porcentaje real de fibra en las probetas de poliéster reforzadas con fibra de cabuya para la prueba de resistencia a la tensión

Muestra Fd (g) Rd (g) K (g) Fp (g) F (%) 49 0,064 3,960 1,278 0,417 3,72 50 0,080 4,291 0,828 0,400 3,54 51 0,029 3,053 1,790 0,452 3,89 52 0,019 2,835 2,319 0,463 4,08 53 0,030 2,731 2,373 0,451 3,97 54 0,018 3,145 1,972 0,463 4,07 55 0,029 2,945 2,084 0,451 3,94 56 0,036 3,164 1,648 0,445 3,81 57 0,041 2,257 2,826 0,442 3,88 58 0,027 3,315 1,868 0,454 4,02 59 0,021 3,005 1,655 0,461 3,90 60 0,036 3,339 1,976 0,445 3,99 61 0,121 3,501 1,212 0,681 5,68 62 0,111 3,005 1,618 0,691 5,72 63 0,163 3,562 1,209 0,643 5,38 64 0,125 3,467 1,247 0,677 5,64 65 0,167 3,718 1,134 0,635 5,38 66 0,139 3,158 1,548 0,662 5,53 67 0,144 3,505 1,134 0,657 5,46 68 0,112 3,439 1,215 0,688 5,71 69 0,098 2,879 1,665 0,702 5,77 70 0,105 3,231 1,283 0,695 5,70 71 0,045 3,471 1,814 0,756 6,58 72 0,102 3,796 1,862 0,701 6,34 73 0,060 3,397 2,049 0,742 6,55 74 0,056 3,471 1,710 0,746 6,45 75 0,043 3,507 1,830 0,758 6,63 76 0,064 3,489 2,035 0,738 6,57 77 0,062 3,948 1,553 0,739 6,56 78 0,038 3,372 1,741 0,763 6,54 79 0,043 3,680 1,877 0,757 6,75 80 0,056 3,686 1,559 0,745 6,46 81 0,076 3,458 1,714 0,725 6,26 82 0,069 3,162 1,562 0,733 6,09 83 0,071 3,244 1,506 0,730 6,08 84 0,055 2,402 1,944 0,746 6,01 85 0,059 2,348 1,966 0,742 5,97

95

Cuadro B.9 (Continuación) Residuos, pérdidas, y porcentaje real de fibra en las probetas

de poliéster reforzadas con fibra de cabuya para la prueba de resistencia a la tensión

Muestra Fd (g) Rd (g) K (g) Fp (g) F (%) 86 0,074 2,692 2,040 0,727 6,05 87 0,061 2,773 2,263 0,740 6,31 88 0,055 2,414 2,655 0,747 6,39 89 0,108 2,985 2,015 0,693 5,91 90 0,062 2,510 2,297 0,739 6,18

Cuadro B.10 Residuos y pérdidas en la fabricación de las probetas de referencia de poliéster para la prueba de resistencia a la tensión

Muestra Rd (g) K (g) 91 3,383 1,183 92 3,854 0,689 93 3,404 1,105 94 3,678 0,890 95 3,651 0,745 96 3,721 0,798 97 3,240 1,287 98 3,301 1,288 99 3,421 1,123 100 3,589 1,030

Cuadro B.11 Residuos, pérdidas, y porcentaje real de fibra en las probetas de referencia de poliéster reforzadas con fibra de vidrio para la prueba de resistencia a la tensión

Muestra Rd (g) K (g) F (%) 101 3,046 3,311 31,96 102 2,605 3,607 31,85 103 3,298 2,839 31,26 104 3,152 3,356 31,29 105 3,679 2,875 31,07 106 3,104 3,503 32,51 107 2,995 3,481 32,52 108 3,024 3,118 31,34 109 3,309 3,223 31,28 110 3,149 3,349 32,18

96

Cuadro B.12 Promedios y desviaciones estándar de los resultados de las pruebas de resistencia a la tensión para las probetas reforzadas con fibra de cabuya y las probetas patrón

Muestras RT (MPa) E (MPa) ε (%)

RTprom (MPa)

STDEV (MPa)

Eprom (MPa)

STDEV (MPa)

εprom (%)

STDEV (%)

1-10 27,953 3,223 2186,15 86,782 1,56606 0,244 11-20 26,461 2,975 2680,18 68,140 1,08663 0,143 21-30 34,531 1,093 2696,70 24,642 1,47119 0,050 31-40 26,926 2,072 2220,00 94,335 1,52979 0,206 41-50 21,372 4,232 2828,91 66,536 0,89064 0,165 51-60 27,961 3,979 2812,27 88,525 1,18945 0,177 61-70 23,788 4,237 2182,03 91,984 1,56782 0,268 71-80 25,468 2,835 2884,61 69,118 1,06540 0,143 81-90 24,364 6,545 2843,78 153,978 1,59598 0,354 91-95 52,586 6,206 2638,85 53,606 2,44503 0,396 96-100 45,167 3,218 1992,14 24,039 4,04144 1,140 101-110 87,256 4,911 5526,34 173,853 2,44096 0,250

Cuadro B.13 Residuos, pérdidas, y porcentaje real de fibra en las probetas de poliéster reforzadas con fibra de cabuya para la prueba de resistencia a la flexión

Muestra Fd (g) Rd (g) K (g) Fp (g) F (%) 161 0,0426 1,95 1,12 0,4092 6,43 162 0,0495 2,02 0,96 0,4017 6,25 163 0,0338 1,87 1,01 0,4179 6,37 164 0,0442 2,02 0,90 0,4073 6,28 165 0,0579 2,11 0,91 0,3939 6,16 166 0,0327 2,16 0,88 0,4188 6,54 167 0,0333 1,78 1,18 0,4192 6,45 168 0,0329 2,03 0,91 0,4197 6,44 169 0,0206 1,71 1,29 0,4311 6,67 170 0,0226 1,72 1,12 0,4284 6,49

Cuadro B.14 Residuos y pérdidas en la fabricación de las probetas de referencia de poliéster para la prueba de resistencia a la flexión

Muestra Rd (g) K (g) 131 1,63 0,82 132 1,74 0,71 133 1,64 0,87 134 2,07 0,46

97

Cuadro B.14 (Continuación) Residuos y pérdidas en la fabricación de las probetas de referencia de poliéster para la prueba de resistencia a la flexión

Muestra Rd (g) K (g) 135 1,75 0,83 136 1,79 0,76 137 1,63 0,79 138 1,68 0,66 139 1,90 0,57 140 1,90 0,57

Cuadro B.15 Porcentajes de contracción en las probetas de referencia de poliéster para la prueba de resistencia a la flexión

Muestra Vm (mm3) Vp (mm3) SV (%) Sl (%) Sa (%) Sh (%) 131 5830,29 5535,26 5,06 1,47 1,91 1,76 132 5830,29 5521,81 5,29 1,35 1,68 2,35 133 5830,29 5501,56 5,64 1,63 2,06 2,06 134 5830,29 5508,21 5,52 1,73 2,14 1,76 135 5830,29 5488,87 5,86 1,56 2,06 2,35 136 5830,29 5493,73 5,77 1,38 2,44 2,06 137 5830,29 5516,37 5,38 1,41 2,60 1,47 138 5830,29 5550,96 4,79 1,44 2,82 0,59 139 5830,29 5539,13 4,99 1,41 1,91 1,76 140 5830,29 5610,69 3,77 1,39 1,83 0,59

Promedio 5830,29 5526,66 5,21 1,48 2,15 1,68

Cuadro B.16 Residuos, pérdidas, y porcentaje real de fibra en las probetas de referencia de poliéster reforzadas con fibra de vidrio para la prueba de resistencia a la flexión

Muestra Rd (g) K (g) F (%) 141 1,56 2,12 31,95 142 2,01 1,64 31,41 143 2,01 1,59 30,50 144 1,84 1,76 30,99 145 2,06 1,51 30,32 146 2,02 1,63 31,83 147 1,76 1,83 30,31 148 1,84 1,66 29,82 149 2,06 1,43 31,00 150 1,86 1,67 29,86

98

Cuadro B.17 Promedios y desviaciones estándar de los resultados de las pruebas de resistencia a la flexión para las probetas con fibra de cabuya y las probetas patrón

Muestras RF5 % deformación (MPa) E (MPa) RFMáximo (MPa)

RF5 % deformación,

prom (MPa) STDEV (MPa)

Eprom (MPa)

STDEV (MPa)

RFMáximo,

prom (Mpa) STDEV (MPa)

131-140 ----- ----- 2796 80 62,9 10,5 141-150 23,6 7,9 6411 496 155,6 19,8 161-170 ----- ----- 3049 210 32,6 4,6

Cuadro B.18 Residuos, pérdidas, y porcentaje real de fibra en las probetas de poliéster reforzadas con fibra de cabuya para la prueba de resistencia al impacto

Muestra Fd (g) Rd (g) K (g) Fp (g) F (%) 151 0,0716 3,55 1,08 0,7313 6,04 152 0,0460 3,90 0,85 0,7554 6,30 153 0,0790 4,29 0,63 0,7267 6,12 154 0,0532 3,36 1,47 0,7485 6,27 155 0,0664 3,73 1,21 0,7393 6,25 156 0,0524 4,01 0,88 0,7496 6,32 157 0,0592 2,86 1,81 0,7436 6,15 158 0,0568 3,22 1,76 0,7450 6,33 159 0,0389 3,47 1,49 0,7644 6,47 160 0,0492 3,48 1,39 0,7533 6,34

Cuadro B.19 Residuos y pérdidas en la fabricación de las probetas de referencia de poliéster para la prueba de resistencia al impacto

Muestra Rd (g) K (g) 111 2,94 0,82 112 3,04 0,61 113 3,17 0,68 114 3,26 0,62 115 3,04 0,90 116 3,12 0,86 117 3,32 0,65 118 3,61 0,33 119 3,26 0,66 120 3,39 0,68

99

Cuadro B.20 Porcentajes de contracción en las probetas de referencia de poliéster para la prueba de resistencia al impacto

Muestra Vm (mm3) Vp (mm3) SV (%) Sl (%) Sa (%) Sh (%) 111 11068,85 10272,15 7,20 2,44 3,02 1,91 112 11068,85 10324,71 6,72 2,02 3,18 1,68 113 11068,85 10325,12 6,72 2,11 2,33 2,44 114 11068,85 10287,12 7,06 1,92 2,79 2,52 115 11068,85 10226,11 7,61 2,58 2,87 2,37 116 11068,85 10132,75 8,46 2,63 3,26 2,82 117 11068,85 10205,58 7,80 2,78 2,71 2,52 118 11068,85 10278,66 7,14 2,40 2,09 2,82 119 11068,85 10198,44 7,86 2,46 3,10 2,52 120 11068,85 10249,47 7,40 2,60 2,33 2,67

Promedio 11068,85 10250,01 7,40 2,39 2,77 2,43

Cuadro B.21 Residuos, pérdidas, y porcentaje real de fibra en las probetas de referencia de poliéster reforzadas con fibra de vidrio para la prueba de resistencia al impacto

Muestra Rd (g) K (g) F (%) 121 4,47 1,31 27,90 122 3,51 2,28 28,69 123 3,87 1,90 28,30 124 3,93 1,76 27,49 125 3,69 1,91 27,25 126 3,09 2,61 29,57 127 3,40 2,40 29,09 128 3,47 2,07 27,08 129 3,16 2,50 28,18 130 4,00 1,82 28,69

Cuadro B.22 Promedios y desviaciones estándar de los resultados de las pruebas de resistencia al impacto para las probetas con fibra de cabuya y las probetas patrón

Muestras h (mm) RI (J/m)

Tipo de fractura hprom (mm)

STDEV (mm)

RIprom (J/m)

STDEV (J/m)

111-120 12,718 0,117 5,376 2,364 QC: 100 % de los especímenes 121-130 12,101 0,319 207,461 15,365 NQ: 100 % de los especímenes

151-160 12,632 0,092 100,867 20,904 QB: 90 % de los especímenes 58,356 N/A QC: 10 % de los especímenes

100

Cuadro B.23 Promedios y desviaciones estándar de los porcentajes de fibra reales obtenidos en las probetas reforzadas con fibra de cabuya y fibra de vidrio

Muestras Tipo de fibra

Tipo de probeta Fteórico (%)

Fprom (%) Fprom (%) STDEV (%)

1-10 Cabuya Tensión 1 1,11 0,06 11-20 Cabuya Tensión 1 1,18 0,05 21-30 Cabuya Tensión 1 1,30 0,05 31-40 Cabuya Tensión 3 3,47 0,09 41-50 Cabuya Tensión 3 3,73 0,13 51-60 Cabuya Tensión 3 3,96 0,09 61-70 Cabuya Tensión 5 5,60 0,15 71-80 Cabuya Tensión 5 6,54 0,11 81-90 Cabuya Tensión 5 6,13 0,16

151-160 Cabuya Impacto 5 6,26 0,12 161-170 Cabuya Flexión 5 6,41 0,15 101-110 Vidrio Tensión 30 31,73 0,55 121-130 Vidrio Impacto 30 28,22 0,81 141-150 Vidrio Flexión 30 30,80 0,76

101

APÉNDICE C MUESTRA DE CÁLCULO

C.1 Cálculo del porcentaje de humedad en la fibra de cabuya

Para el cálculo del porcentaje de humedad en la fibra de cabuya sin tratar, y la fibra de

cabuya libre de extractos, se utiliza la ecuación C.1:

100M

MM%Hi

fi

(C.1)

Utilizando los datos del Cuadro A.1, fila 2, columnas 2 y 3, se obtiene el dato del

porcentaje de humedad en la fibra de cabuya sin tratar, tabulado en el Cuadro B.1, fila 2,

columna 2:

%7825,51001,0013

9434,01,0013%H

De forma análoga se calcula la humedad para las demás muestras de fibra de cabuya sin

tratar. Para la fibra de cabuya libre de extractos, se utilizan los datos del Cuadro A.3 y los

resultados se tabulan en el Cuadro B.2.

C.2 Conversión de masa en base húmeda a masa en base seca

Las masas en base húmeda se convirtieron a masas en base seca utilizando la ecuación C.2:

100

%H100MM bh

bs

(C.2)

102

Utilizando los datos del Cuadro A.2, fila 2, columna 2 y del Cuadro B1, fila 4, columna 2,

se obtiene el dato de la masa inicial para extractivos en base seca, la cual es tabulada en el

Cuadro B.3, fila 2, columna 2:

7100,10100

7464,510011,3630Mbs

De forma análoga se calculan las demás masas iniciales para extractivos en base seca, que

se tabulan en el Cuadro B.3, columna 2. Las masas finales para extractivos en base seca se

calculan utilizando los datos del Cuadro A.2, columna 3 y del Cuadro B.2, columna 3, y se

tabulan en el Cuadro B3, columna 3. Las masas iniciales para cenizas en base seca se

calculan utilizando los datos del Cuadro A.5, columna 2 y del Cuadro B.2, columna 3, y se

tabulan en el Cuadro B.5, columna 2.

C.3 Cálculo del porcentaje de extractos en la fibra de cabuya

Para el cálculo del porcentaje de extractos en la fibra de cabuya, se utiliza la ecuación C.3:

100MEx

100M

MM%Ex

bsi,

bs

bsi,

bsf,bsi,

(C.3)

Utilizando los datos del Cuadro B.3, fila 2, columnas 2 y 3, se obtienen los datos de masa y

porcentaje de extractos en base seca, tabulados en el Cuadro B.3, fila 2, columnas 4 y 5:

%8,810010,71009,4444100

10,71007656,910,7100%Ex

De forma análoga se calcula el porcentaje de extractos para las demás muestras.

103

C.4 Cálculo del porcentaje de lignina en la fibra de cabuya

Para el cálculo del porcentaje de lignina en la fibra de cabuya, se utiliza la ecuación C.4:

100ML

L%bsi,

bs (C.4)

Utilizando los datos del Cuadro A.4, fila 2, columnas 2 y 3, se obtiene el dato de porcentaje

de lignina en la muestra tabulado en el Cuadro B.4, fila 2, columna 2:

%8,81000,92240,0808L%

De forma análoga se calcula el porcentaje de lignina para las demás muestras.

C.5 Cálculo del porcentaje de cenizas en la fibra de cabuya

Para el cálculo del porcentaje de cenizas en la fibra de cabuya, se utiliza la ecuación C.5:

100MCECE%

bsi,

(C.5)

Utilizando los datos del Cuadro A.5, columna 3, fila 2, y del Cuadro B.5, columna 2, fila 2,

se obtiene el dato del porcentaje de cenizas en la muestra, tabulado en el Cuadro B.5,

columna 3, fila 2:

%1,751000,92030,0161CE%

De forma análoga se calcula el porcentaje de cenizas para las demás muestras.

104

C.6 Cálculo del porcentaje de holocelulosa en la fibra de cabuya

Para el cálculo del porcentaje promedio de holocelulosa en la fibra de cabuya, se utiliza la

ecuación C.6:

CE%L%Ex%100HC% (C.6)

Utilizando los datos promedio de porcentajes de extractos, lignina y cenizas, mostrados en

el Cuadro B.6, columna 2, filas 2, 3 y 4, se obtiene el dato de porcentaje promedio de

holocelulosa, tabulado en el Cuadro B.6, columna 2, fila 5:

%63,8167,17,80,8100HC%

C.7 Cálculo del volumen de los moldes y probetas

Para el cálculo del volumen de los moldes y probetas de flexión e impacto, se utiliza la

ecuación C.7:

halV (C.7)

Utilizando los datos de longitud, ancho y profundidad del molde de flexión, mostrados en

el Cuadro A.9, fila 2, se obtiene el dato del volumen del molde, tabulado en el Cuadro

B.15, columna 2.

29,58303,4010,1390,130Vm

De forma análoga se calcula el volumen del molde de impacto, y de los moldes de plástico

utilizados previamente para determinar el porcentaje de contracción de la resina. Para ello,

se utilizaron las dimensiones mostradas en los cuadros A.9, fila 3, y A.7, y los volúmenes

se tabularon en los cuadros B.20, columna 2 y B.8, columna 2 respectivamente.

105

Además, se calculó el volumen de las probetas obtenidas con los moldes de plástico y de

las probetas de resina de poliéster de flexión e impacto. Para ello, se utilizaron las

dimensiones de las probetas tabuladas en los cuadros A.8, A.19 y A.26, y los volúmenes

calculados se muestran respectivamente en los cuadros B.8, columna 3; B.15, columna 3, y

B.20, columna 3.

C.8 Cálculo del porcentaje de contracción de la resina

Para el cálculo del porcentaje de contracción en volumen de la resina, se utiliza la ecuación

C.8:

m

pmV V

100VVS

(C.8)

Utilizando los valores del volumen del molde de flexión y de la probeta tabulados en el

Cuadro B.15, fila 2, columnas 2 y 3, se obtiene el porcentaje de contracción en volumen,

tabulado en el mismo cuadro, fila 2, columna 4:

%06,55830,29

10026,55355830,29SV

De igual forma, se calcula el porcentaje de contracción en volumen, y la contracción para

cada dimensión de longitud, ancho y profundidad para las probetas obtenidas con los

moldes plásticos, y para las probetas de resina de flexión e impacto. Para ello, se utilizan

las dimensiones mostradas en los cuadros A.7, A.8, A.9, A.19 y A.26, y los volúmenes

mostrados en las columnas 2 y 3 de los cuadros B.8, B.15 y B.20. Los respectivos

porcentajes de contracción en volumen, largo, ancho y profundidad, se tabulan en las

columnas 4, 5, 6 y 7 de los cuadros B.8, B.15 y B.20.

106

C.9 Cálculo de la cantidad de residuos de fibra de cabuya en el recipiente de

reacción

Para el cálculo de los residuos de fibra de cabuya en el recipiente de reacción, se utiliza la

ecuación C.9:

ccd d MMF (C.9)

Utilizando los datos del Cuadro A.10, fila 2, columnas 6 y 7, se obtiene el dato de fibra

residual tabulado en el Cuadro B.9, fila 2, columna 2:

026,074536,3677153,36F d

De forma análoga, se calculan los residuos de fibra de cabuya en las demás muestras para

las probetas de tensión. Además, para las probetas de flexión e impacto con fibra de

cabuya, se utilizan los datos de los cuadros A.16 y A.23, columnas 6 y 7; y se tabulan los

resultados respectivamente en los cuadros B.13 y B.18, columna 2.

C.10 Cálculo de la cantidad de residuos de resina en el recipiente de reacción

Para el cálculo de los residuos de resina en el recipiente de reacción, se utiliza la ecuación

C.10:

drrd d FMMR (C.10)

Utilizando los datos del Cuadro A.10, fila 2, columnas 2 y 5, y del Cuadro B.9, fila 2,

columna 2, se obtiene el dato de resina residual tabulado en el Cuadro B.9, fila 2, columna

3:

249,3026,0813,97088,101R d

107

De forma análoga, se calculó la resina residual para las demás probetas reforzadas con

fibra de cabuya. Se utilizaron los datos de los Cuadros A.10 columnas 2 y 5, y B.9 columna

2; A.16 columnas 2 y 5, y B.13 columna 2; y A.23 columnas 2 y 5, y B.18 columna 2, y los

resultados se muestran en los cuadros B.9, B.13 y B.18, columna 3. Para las probetas de

referencia de resina, y de resina reforzada con fibra de vidrio, se considera Fd=0, y se

calcula la resina residual de forma análoga. Para las probetas de resina de poliéster, se

utilizaron los datos de los cuadros A.12, A.18 y A.25, columnas 2 y 4; y los resultados se

tabularon en los cuadros B.10, B.14 y B.19, columna 2. Para las probetas reforzadas con

fibra de vidrio, se utilizaron los datos de los cuadros A.14, A.21 y A.28, columnas 2 y 5; y

los resultados se tabularon en los cuadros B.11, B.16 y B.21, columna 2.

C.11 Balance de masa y cálculo de la cantidad de pérdidas durante la fabricación de

las probetas

La ecuación C.11 representa el balance de masa del proceso de fabricación de las probetas,

en el cual se consideran la masa inicial de resina y de fibra, la masa final de la probeta,

residuos de fibra y resina, y pérdidas. Para el cálculo de las pérdidas de masa en el proceso,

se utiliza la ecuación C.11, de la cual se despeja el término K:

KFRPFR ddii (C.11)

Utilizando los datos del Cuadro A.10, fila 2, columnas 3, 4 y 8, y del Cuadro B.9, fila 2,

columnas 2 y 3, se obtiene el dato de las pérdidas, tabulado en el Cuadro B.9, fila 2,

columna 4:

008,1026,0249,3923,11162,0044,16FRPFRK ddii

De forma análoga, se calcularon las pérdidas de masa para las demás probetas reforzadas

con fibra de cabuya. Se utilizaron los datos de los cuadros A.10 columnas 3, 4 y 8 y B.9

columnas 2 y 3; A.16 columnas 3, 4 y 8 y B.13 columnas 2 y 3; y A.23 columnas 3, 4 y 8 y

B.18 columnas 2 y 3; y los resultados se muestran en los cuadros B.9, B.13 y B.18,

108

columna 4. Para las probetas de referencia de resina, se considera Fi=Fd=0, y se calculan

las pérdidas de forma análoga utilizando los datos de los cuadros A.12 columnas 3 y 5 y

B.10 columna 2; A.18 columnas 3 y 5 y B.14 columna 2; y A.25 columnas 3 y 5 y B.19

columna 2; y los resultados se tabularon en los cuadros B.10, B.14 y B.19, columna 3. Para

las probetas reforzadas con fibra de vidrio, se considera Fd=0, y se calculan las pérdidas

utilizando los datos de los cuadros A.14 columnas 3, 4 y 6, y B.11 columna 2; A.21

columnas 3, 4 y 6, y B.16 columna 2; y A.28 columnas 3, 4 y 6, y B.21 columna 2; y los

resultados se tabularon en los cuadros B.11, B.16 y B.21, columna 3.

C.12 Cálculo de la masa real de fibra en las probetas reforzadas con fibra de

cabuya

Para el cálculo de la masa real de fibra de cabuya en cada probeta, se utiliza la ecuación

C.12:

di p FFF (C.12)

Utilizando los datos del Cuadro A.10, fila 2, columna 4 y del Cuadro B.9, fila 2, columna

2, se obtiene el dato de la masa de fibra en la probeta, el cual se tabula en el Cuadro B.9,

fila 2, columna 5:

136,0026,0162,0F p

De forma análoga se calcula la masa de fibra en las demás probetas reforzadas con fibra de

cabuya, utilizando los datos de los cuadros A.10, columna 4 y B.9, columna 2; A.16,

columna 4 y B.13, columna 2; y A.23, columna 4 y B.18, columna 2. Los resultados se

tabularon en los Cuadros B.9, B.13 y B.18, columna 5.

C.13 Cálculo del porcentaje real de fibra en las probetas

109

Para el cálculo del porcentaje real de fibra en cada probeta, se utiliza la ecuación C.13:

100PF

%F p (C.13)

Utilizando los datos del Cuadro A.10, fila 2, columna 8 y del Cuadro B.9, fila 2, columna

5, se obtiene el porcentaje real de fibra, el cual se tabula en el Cuadro B.9, fila 2, columna

6:

14,110011,9230,136%F

De forma análoga se calcula el porcentaje real de fibra en las demás probetas reforzadas

con fibra de cabuya, utilizando los datos de los cuadros A.10, columna 8 y B.9, columna 5;

A.16, columna 8 y B.13, columna 5; y A.23, columna 8 y B.18, columna 5. Los resultados

se tabularon en los Cuadros B.9, B.13 y B.18, columna 6. Para las probetas reforzadas con

fibra de vidrio, se considera Fp=Fiy se utilizan los datos de los cuadros A.14, A.21 y A.28

columnas 4 y 6 para calcular los porcentajes tabulados en los cuadros B.11, B.16 y B.21,

columna 4.

110

APÉNDICE D PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES

D.1 Obtención de especímenes de poliéster reforzados con fibra de cabuya

A. Preparación del molde y tapas de vidrio

1. Previo al primer uso del molde y de las tapas de vidrio, realizar el siguiente proceso

de preparación:

a. Untar agente desmoldante en todo el molde/tapa, incluyendo los bordes.

b. Dejar reposar el molde/tapa con el agente desmoldante durante 15 minutos.

c. Utilizando una toalla de tela, remover el agente desmoldante en su totalidad,

a la vez que se pule el molde/vidrio.

d. Repetir los pasos anteriores para un total de 9 aplicaciones de agente

desmoldante.

2. Después del primer uso, realizar los pasos anteriores al menos una vez previo a

cada uso del molde/tapa.

B. Preparación de la fibra de cabuya

1. Cortar la fibra a la longitud requerida utilizando la herramienta de corte.

C. Fabricación de probeta de resina de poliéster reforzada con fibra de cabuya

1. Pesar el recipiente de reacción vacío.

2. Pesar en el recipiente de reacción la cantidad de resina requerida.

3. Con base en la cantidad de resina a utilizar, calcular las cantidades de fibra y de

catalizador (MEKP) requeridas. Para el catalizador, la cantidad corresponde a un 1

% en volumen de la resina de poliéster.

4. En un recipiente aparte, pesar la cantidad de fibra requerida, previamente cortada a

la longitud deseada.

5. Agregar las gotas de catalizador requeridas al recipiente de reacción con la resina, y

agitar por 2 minutos con un agitador de vidrio.

6. Agregar la fibra al recipiente de reacción y agitar por aproximadamente 1,5

minutos, asegurándose de que toda la fibra quede impregnada de resina.

7. Vaciar la mezcla en el molde correspondiente, distribuyendo la fibra de manera

uniforme a lo largo del mismo.

111

8. Una vez vaciada la mezcla, iniciar de inmediato el proceso descrito en Separación

de fibra remanente, para evitar el endurecimiento de la resina dentro del recipiente

de reacción.

9. Colocar una tapa de vidrio sobre la cavidad con la resina, evitando que queden

burbujas dentro. En caso de formarse burbujas, impregnar un agitador de vidrio con

resina remanente del recipiente de reacción y eliminar la burbuja.

10. Dejar curar la resina por 2 horas a temperatura ambiente.

11. Desmoldar las probetas del molde y post-curarlas a 70 ºC por 6 horas.

12. Pesar las probetas a temperatura ambiente.

D. Separación de fibra remanente

1. Una vez vaciado el contenido del recipiente de reacción en el molde, pesar el

recipiente con los residuos de fibra y resina.

2. Agregar de inmediato 20 mL de acetona al recipiente de reacción para disolver la

resina remanente.

3. Con un agitador de vidrio, agitar la mezcla y asegurar que todas las fibras adheridas

a las paredes del recipiente de reacción, queden sumergidas en la acetona.

4. Una vez disuelta la resina remanente, filtrar el contenido utilizando una bomba de

vacío y un embudo Büchner.

5. Durante el filtrado, hacer lavados con acetona a la fibra recuperada en el papel filtro

para eliminar residuos de resina.

6. Secar la fibra por 1 hora a 105 ºC.

7. Dejar enfriar la fibra a temperatura ambiente en un desecador y pesar.

8. Colocar la fibra nuevamente a 105 ºC por 15 minutos.

9. Dejar enfriar la fibra a temperatura ambiente en un desecador y pesar.

10. Repetir los dos pasos anteriores hasta llegar a peso constante.

D.2 Obtención de especímenes de poliéster patrón sin refuerzo

1. Preparar el molde y las tapas de vidrio con agente desmoldante siguiendo los pasos

descritos en Preparación del molde.


112

3. Pesar en el recipiente de reacción la cantidad de resina requerida. Con base en la

cantidad de resina a utilizar, calcular la cantidad de catalizador (MEKP) requeridos

(1 % en volumen de la resina de poliéster).



5. Vaciar la mezcla en el molde correspondiente y colocar una tapa de vidrio sobre la

cavidad con la resina, evitando que queden burbujas dentro. En caso de formarse

burbujas, impregnar un agitador de vidrio con resina remanente del recipiente de

reacción y eliminar la burbuja.


7. Pesar el recipiente de reacción con la resina remanente.

8. Una vez finalizado el tiempo de curado, desmoldar las probetas y post-curarlas a 70

ºC por 6 horas.


D.3 Obtención de especímenes de poliéster patrón reforzados con fibra de vidrio

A. Preparación de la fibra de vidrio

1. Cortar capas en el tejido de fibra, con la forma y dimensiones del molde a utilizar.

B. Fabricación de probeta de resina de poliéster reforzada con fibra de cabuya

1. Preparar el molde y las tapas de vidrio con agente desmoldante siguiendo los pasos

descritos en Preparación del molde.


3. Pesar en el recipiente de reacción la cantidad de resina requerida.

4. Con base en la cantidad de resina a utilizar, calcular las cantidades de fibra y de

catalizador (MEKP) requeridas. Para el catalizador, la cantidad corresponde a un 1

% en volumen de la resina de poliéster.

5. Por aparte, pesar la cantidad de capas de fibra requeridas para obtener el porcentaje

de fibra deseado.



7. Colocar una capa de fibra de vidrio en el molde.

113

8. Vaciar una cantidad suficiente de la mezcla de reacción en el molde, y con una

brocha, compactar la fibra y asegurar que ésta se impregne en su totalidad.

9. Repetir los dos pasos anteriores hasta que todas las capas de fibra se hayan

colocado dentro del molde.

10. Colocar una tapa de vidrio sobre la cavidad con la resina, evitando que queden

burbujas dentro. En caso de formarse burbujas, impregnar un agitador de vidrio con

resina remanente del recipiente de reacción y eliminar la burbuja.


12. Pesar el recipiente de reacción con la resina remanente.

13. Una vez finalizado el tiempo de curado, desmoldar las probetas del molde y post-

curarlas a 70 ºC por 6 horas.


ANEXOS

ANEXO 1:

Fichas técnicas de materias primas

,., M 1S.X JffC~AJ~fl\ : 1

,. 11!

r

RESINMEX MR-277

PRODUCTO: RESINMEX l\1R-277

DESCRIPCION: Poliéster Ortoftalico de reactividad media, tixotrópico y con indicador óptimo de curado.

CARACTERISTICAS: • Adecuado porcentaje de sólidos que garantiza las propiedades mecánicas optimas del producto final.

• Viscosidad adecuada para humectar rápidamente la fibra de vidrio. • Facilidad de expulsión del aire atrapado durante la operac'.ón de

rolado. • Alta tixotropia que evita el escurrimiento de la resina en paredes

verticales del molde, asegurando de esta manera un espesor uniforme del laminado.

• Presenta un cambio de tonalidad durante el curado, que sirve como indicador óptico de este.

• El corte húmedo se puede realizar en tiempos razonables.

APLICACIONES: Producto diseñado para ser utilizado en la fabricación de artículos· de plástico reforzado con fibra de vidrio, ya sea utilizando el método de aspersión o picado a mano, sus características tixotrópicas lo hacen ideal para moldear piezas de gran tamaño en superficies verticales.

DATOS TECNICOS (Resina líquida)

PROPIEDADES ESPECIFICACIONES Sólidos(%) 61 ± 1

Viscosidad a 25 oc (cps) (*1) 700 ± 100

Gravedad especifica (gr/cmA3) 1.10 ± 0.02

Tiempo de gelado 25 oc (min.) (*2) 22 ± 2

Tiempo de curado (min.) 40± 5 Exoténnia máxima COC) 165 ± 10

· lndice tixotrópico (*3) 2 + 0.5

No. Acido 30MAX. Color AZUL 1 VERDOSA

CALLE POTRERILLOS LOTE 12 MANZ. 2 COL. ESPERANZA, C.D. NEZAHUALCOYOTL EDO. DE MEXICO C.P. 57819

TELEFONOS 227-02·50 CON 30 LINEAS 797-29-11 797-20-58, 765·01-25, 797-21-21 FAX 227-02·50 EXT.177 BUZON INTERNET meresaOsolar.sar.net

• MEXICANA dle HESINAS, s.a. de c.v.

HOJA DE DATOS DE SEGURIDAD PARA SUSTANCIAS QUIMICAS

CLASIFICACIÓN DE RIESGOS NFPA

4 = Extremo 3 = Alto 2 = Moderado 1 = Ligero O= Mínimo

1.· Nombre del fabricante o importador

MEXICANA DE RESINAS, S.A DE C.V.

3.- Domicilio completo: Calle Potrerillos Lote 12 Manz.2 Col. Esperanza C.P.57819 Cd. Nezahualcoyotl Edo. de México

1.- Nombre Comercial

RESINA POLIESTER INSATURADA

3.- Familia Química

Resina Poliéster lnsaturada

4.- Sinónimos

1. % y Nombre de los Componentes

50 A 20 % Monomero Estireno

No Aplica

2. N°CAS

100-42-5

1.· Temperatura de Ebullición ( a760 mmHg)

1

3.- Temperatura de Inflamación.

31.7"C

5.- Densidad Relativa 25°C (H20=1)

1.10±0.02

7.- Peso Molecular

4500 ± 5000

3. N° O.N.U.

UN-2055

FUE GO

REACTIVIDAD

2.· En caso de emergencia comunicarse al teléfono

(5)7 16 70 00

Teléfono de Emergencia SETIQ (800) 00214 00 (5) 55915 88

2.- Nombre Químico ó Código

Resina Poliéster lnsaturada

5.- Otros Datos

Formula Molecular: No Aplica

4. CPT.CCT o P 5.1PVS 6. GRADO DE RIESGO

50ppm CPT N.O. 2 3

2.- Temperatura de Fusión.

4.- Temperatura de Autoignición.

490 ·e 6.- Densidad de Vapor ( aire=1)

3.03

8.- Estado Físico, Color Olor

o

Líquido de aspecto viscoso, con olor a estireno.

- 1 -

HOJA DE DATOS DE uirDAD PARA SUSTANCIAS QUIMICAS 9.· Velocidad de Evaporación (Eter =1) .

<1

11.· Presión de Vapor mmHg 2o•c 3.62

13.· Limites de lnflamabilidad o Explosividad:

10.· Solubilidad en Agua No Soluble

12.·% de Volatilidad 22± 2

14.· Otros Datos No Disponibles Clase de riesgo: Líquido Flamable (3)

1. Modo de Extinción:

Niebla de Agua: No Agua: No Polvo Químico Seco: X

2. Equipo de Protección Personal: Equipo de bombero, mascarilla contra gases, y equipo de respiración autónomo de presión positiva.

3. Procedimiento y Precauciones Especiales en el Combate de Incendio: Para fuegos pequeños, use polvo químico o dióxido de carbono. Agregue agua para prevenir la re-ignición. Para fuegos grandes, aplicar agua en cantidad abundante desde una distancia segura.

4. Condiciones que Conducen a otro Riesgo Especial A elevadas temperaturas y en condiciones de fuego, el Estireno polimeriza rápidamente. Si esto ocurre en un recipiente cerrado, existe la posibilidad de una

ruptura violenta (explosión).

5. Productos de la Combustión Nocivos para la Salud CO, C02 y varios hidrocarburos. (Productos de Combustión)

1. Sustancia. 2. Condiciones a Evitar

Estable: X (20-2s•c HR<50%) Inestable: Calor y luz solar directa

3. Incompatibilidad (sustancia a evitar) 4. Productos Peligrosos de la Descomposición Ácidos fuertes, peróxido y agentes oxidantes Ninguno esperado

5. Polimerización Espontanea. Puede Ocurrir: X No Puede Ocurrir: ----------1

Condiciones a evitar: altas temperaturas, fuentes de ignición como flama abierta, chispas, energía estática, etc.

Por exposición crónica. El estireno en concentraciones de 200ppm o mayores es irritante al aparato tracto-respiratorio y a los ojos. Puede ser fatal a 10,000 ppm.

2. Sustancia Química Considerada Como: Cancerígena: No Mutacenica: No

STPS(NOM-01 0-STPS)

Fuente aprobada

SI N.O.

SI N .D.

Teratogenica: ~ Otras Especificar: No disponible --~----------~

NO N.O.

NO N.O. Especificar: No di i ible

Información complementaria (Dlso Clso, etc): de acuerdo a la agencia internacional para la investigación de cáncer (IARC) "no" existen evidencias para clasificar al Estireno como un

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HOJA DE DATOS DE SEGURIDAD PARA SUSTANCIAS QUIMICAS

2.• Parte Emergencia y Primeros Auxilios

a) Contacto con los ojos: lavar con agua tibia durante 15 minutos

b) contacto con la piel: lavar con agua abundante durante 15 minutos minimo

e) ingestion: mantener a la víctima inmovil y a temperatura confortable. No inducir vómito.

d) inhalacion: trasladar a un area ventilada vigilar respiracion

1. Otros riesgos o efectos para la salud: No determinado

2. Datos para el medico: No

3. Antídoto, dosis en caso de existir: No determinado ~l .

~ ,,

,~ Sección VIII.., I ndicaciones e~ Caso d~ Fuga o perrame. • Evita todas las fuentes de ignición. • Colectar el matefial y bombear1o a recipientes adecuados

• Ventila el áea. • Marcando el producto . • Coloca diques de retención al derrane. • Absorber con matefiales inertes y disponer los residuos .

j ''

SeCción IX , Protec;ción Esaieclal. 1.· Equipo de Protección Personal • Usar ropa de protección para evitar el contacto repetido con el producto . • Usar guantes y mascarilla de protección con filtro para vapores orgánicos en caso de que no exista • Una buena ventilación en el área de trabajo . • Usar lentes de seguridad .

2.· Ventilación: se recomienda ventilación exhaustiva en el lugar de trabajo.

,., . ti Sección X ~F Información Sobre Transportatión . . ;1<y,

l. · Debe estar de acuerdo con el reglamento para el transporte terrestre de materiales y residuos peligrosos y con las normas que para el efecto se expidan.

• Debe proporcionarse al transportista la hoja de emergencia de transportación • La unidad de transporte debe contar con los elementos necesarios para un derrame o fugas • La unidad de transporte debe contener los señalamientos mencionados en el reglamento para transporte terrestre de materiales y residuos peligrosos .

y #t '""

Sección Información Sobre Ecología. 4 !,·+; XI

~

1.· Debe estar de Acuerdo con las Reglamentaciones Ecológicas. • Se debe tener a la mano la hoja de seguridad de materiales . • Evitar contaminar aire, agua o suelo con emanaciones, derrames o fugas . • La disposición final de residuo de este producto se debe realizar en lugares autorizados para este fin .

'14 X&; sécc·' 'xn P~uciones Especiales. '"' "~ IOn ... -..~

1.· Precauciones que deben ser Tomadas para el Manejo y Almacenamiento: • Almacenar en lugares frescos y secos (T <25°C y% Hr =50± 10%) .

• Evitar el contacto con luz solar. • El manejo del producto debe ser con equipo de protección adecuado . • No dañar los contenedores aún estando vacíos, ya que los residuos son dañinos .

2.- Otras Precauciones. Este producto aún cuando es un material preacelerado (con sales de cobalto), es cliente debe estar consciente de que si por necesidades de proceso se requiere adicionar acelerádor la mezcla resultante de acelerador y catalizador es explosiva, por lo que se deben adicionar a la resina por separado, integrar el acelerador y posteriormente adicionar el catalizador mezclando perfectamente. Nota la información aqui contenida se suministra al margen de cualquier otra garantía expresa o implícita, incluida toda garantía de comercialización o uso para el fin particular y es independiente de cualquier otra responsabilidad contraída por el fabricante. En vista de que el uso de este material está fuera de nuestro control, esta compañía no se hace responsable de cualquier daño o perjuicio resultado del mismo, la decisión final respecto al manejo, almacenaje, uso, disposición y en caso de quien su empleo infrinja alguna patente, es responsabilidad del comprador.

Elaborado por: Asis. Sist. Calidad y Exportaciones Fecha de elaboración: FEB/2000 Basado en la Nonna Oficial Mexicana NOM-114-STPS-1994

Revisado por: Gerencia Técnica Fecha de revisión: FEB/2001

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DE EMERGENCIA EN TRANSPORTACIÓN. NOMBRE DE LA COMPAÑÍA PROPIETARIA. COMPAÑÍA TRANSPORTADORA:

MEXICANA DE RESINAS S.A. DE C.V.

DIRECC N: POTRERILLOS # 12 COL. ESPERANZA CD. NEZAHUALCOYOTL EDO. DE MEX. CP. 57819

TEL. DE EMERGENCIA: TEL. DE EMERGENCIA: (5)7-16-70-00.

SETIQ MEXICOOudad de México y área Metropolitana (S) S 59 15 88

NOMBRE DEL PRODUCTO (COMERCIAL Y T ICO).

RESINA POLIESTER INSATURADA

No. DEL MATERIAL: UN 1866

CLASIFICACIÓN: GRADO 3.1; LIQUIDO INFLAMABLE

ESTADO FÍSICO: ASPECTO F

LIQUIDO LIQUIDO VISCOSO CON OLOR A SOLVENTE.

AVISAR A LAS AUTORIDADES LOCALES:

POLICÍA FEDERAL DE CAMINOS, BOMBEROS Y CRUZ ROJA.

EQUIPO Y MEDIOS DE PROTECC PERSONAL:

GUANTES DE NEOPRENO, MASCARILLA CONTRA VAPORES, SI LA CONCENTRACIÓN ES ALTA ENTONCES USAR EQUIPO DE AIRE AUTONOMO.

EN CASO DE ACCIDENTE:

SI OCURRE ESTO :

r INTOXICACIÓN/EXPOSICIÓN

[t.] INFORMACIÓN MEDICA 1ros.

AUXILIOS

DERRAMES

- PARAR MOTOR - PONER SEÑALES EN ZONA DE PELIGRO - NINGUNA CLASE DE LLAMAS - NO FUMAR

HAGA ESTO: - ALEJAR PERSONAS EXTRAÑAS DE ZONA DE PELIGRO

• INGESTION: NO INDUCIR AL VOMITO, CONSEGUIR AYUDA MEDICA. • CONTACTO: YA SEA EN PIEL Y/0 OJOS LAVAR CON ABUNDANTE AGUA DURANTE 20 MIN. O DESE UN BAÑO. • INHALACIÓN: TRASLADAR A LA VICTIMA A UN AREA VENTILADA, DE SER NECESARIO CONSEGUIR AYUDA

MEDICA. • EVITAR QUE EL LIQUIDO ALCANCE LOS O LAGOS COLOCANDO ARENA O TIERRA EN FORMA DE

BORDOS, LEVANTAR EL MATERIAL ABSORVENTE Y COLOCARLOS EN TAMBOS. • SI LA SUSTANCIA SE DERRAMA EN CURSO DE AGUA O ALCANTARILLAS O HA CONTAMINADO EL SUELO O

LA VEGETACIÓN ADVERTIR A LA POLICIA.

• RETIRAR ROPA Y CALZADO CONTAMINADO (LAVAR CON AGUA Y • LIMPIAR ÁREAS AFECTADAS CON ABUNDANTE AGUA Y JABÓN. • EN CASO DE CONTACTO CON LA PIEL Y OJOS, ENJUAGAR CON ABUNDANTE AGUA POR LO MENOS 15 min. • NO PROVOCAR VOMITO, SI PRESENTA DESMAYO NO DAR A BEBER NADA. • PROPORCIONAR AYUDA MEDICA.

• ELIMINAR CUALQUIER FUENTE DE IGNICI (PARAR MOTOR, TRAFICO Y NO FUMAR). • ELIMINAR LA FUENTE Y ABSORBER EL MATERIAL CON VERMECULITA U OTRO MATERIAL INHERTE. • CONSTRUIR DIQUES DE CONTENCIÓN, MANTENER EL DERRAME ALEJADO DE ALCANTARILLAS, RIOS

LAGOS, ETC. • LAVAR CON ASPERSOR DE AGUA. • ALEJAR A LAS PERSONAS Y/0 AUTOMOVILES CERCANOS. • APAGAR EL FUEGO CON ASPERCIÓN DE AGUA, DIOXIDO DE CARBONO, POLVO QUIMICO , ESPUMA

DE ALCOHOL.

• MANTENER EL RECIPIENTE O RECIPIENTES FRIOS CON AGUA

NOTA : ESTA HOJA DEBE ESTAR EN UN LUGAR ACC ESIBLE PARA SER USADA EN CASO DE EMERGENCIA. GET -08-010-HET- PT

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1. IDENTIFICACION DE SUSTANCIA O PREPARACION Y DE LA SOCIEDAD O EMPRESANombre químico

ProveedorAkzo Nobel Polymer Chemicals LLC525 West Van Buren StreetChicago, Illinois 60607-3823USA

Teléfono de emergencia+1-914-693-6946Dobbs Ferry, NY USA

Uso indicadoAgente de curado.

Fecha del primer número2001/03/26

Fecha del último número / Revision #2004/03/23 / 0.02

2. COMPOSICION/INFORMACION SOBRE LOS COMPONENTESPreparado conforme a las Directivas de la CEE.

Información sobre ingredientes peligrosos

Descripción química

Composición / información sobre los ingredientesNúmero % en peso Número - CAS Nombre químico

1 30.00 - 35.00 1338-23-4 Methyl ethyl ketone peroxide

2 60.00 - 70.00 6846-50-0 Di-isobutanoato de 2,2,4-trimetil-1,3 pentanodiol

3 3.00 7722-84-1 Peróxido de hidrógeno

4 2.00 78-93-3 Metiletilcetona

Número de anexo-1 Número - CEE Símbolo(s) Frase(s)-riesgo

1 215-661-2 C E R02 R22 R34 R07

2 229-934-9 ninguno

3 008-003-00-9 231-765-0 C O R34 R08

4 606-002-00-3 201-159-0 F Xi R11 R36 R66 R67

3. IDENTIFICACION DE LOS PELIGROSPuede provocar incendios.Nocivo por ingestión.Provoca quemaduras.

4. PRIMEROS AUXILIOSSíntomas y efectosNocivo por ingestión. Provoca quemaduras. Produce lesiones en la córnea y los párpados. Riesgo de lesiones ocularesgraves.

Primeros auxilios

En generalLlamar a un médico inmediatamente.

InhalaciónTrasladar al aire fresco, en posición de descanso, medio erguido, con las ropas sueltas. Oxígeno o respiración artificial sihay dificultad en respirar. Quitar la ropa contaminada. Siempre solicitar atención médica.

PielQuitarse de inmediato toda la ropa contaminada. Lavar con abundante agua y jabón. Siempre consultar al médico. Lavarla ropa antes de usarla nuevamente.

OjosLavar inmediatamente y durante tanto tiempo como sea posible con mucha agua. Los párpados deberán mantenerseseparados del globo ocular para asegurar el lavado completo. Siempre consultar al médico.

FICHA DE DATOS DE SEGURIDAD

Según 2001/58/ECRestricted distribution

CADOX M-50A

Código producto 603191 Fecha del último número 2004/03/23 Página 1 de 7Fecha de impresión/archivo pdf generado

ES-English

IngestiónEnjuagar la boca con agua. NO provocar el vómito. Llamar a un médico inmediatamente !

Avisar al médicoSe recomienda un tratamiento sintomático.

5. MEDIDAS DE LUCHA CONTRA INCENDIOSMedios de extincióndióxido de carbono, polvo químico seco, arena seca, agua, espuma.

Medios de extinción inadecuadoshalones.

Riesgos especiales de exposiciónPRECAUTION: puede producirse el reencendido. Descomposición bajo el efecto del calor. Si se encuentra en unincendio, soportará la combustión. En caso de incendio y/o de explosión no respire los humos.

Productos de descomposición/combustión peligrosadióxido de carbono, Water, Acido acético, Acido fórmico, Propanoic acid, Metiletilcetona

Equipo protectorÚsese indumentaria protectora adecuada. Usar un aparato respiratorio autónomo.

Otra informaciónApagar un fuego poco importante con polvo o dióxido de carbono, después echar agua para impedir que se vuelva aproducir la ignición.Contenedores con agua cerrados en frío.

6. MEDIDAS QUE DEBAN TOMARSE EN CASO DE VERTIDO ACCIDENTALPrecauciones personalesNo respirar humos/vapor. Evítese el contacto con los ojos y la piel. Para protección personal ver sección 8.

Precauciones ambientalesNo permitir que entre en sumideros o conducciones de agua.

Métodos de limpiezaRecoger tanto como sea posible en un contenedor limpio para reutilización (preferible) o eliminación. Cubrir el resto conun absorbente inerte (p.ej. vermiculita) para su eliminación. Los desechos NO deberán encerrarse. Mantener húmedo.

Otra informaciónPRECAUTION: puede producirse el reencendido.

7. MANIPULACION Y ALMACENAMIENTOManipulaciónNunca pesar en la sala de almacenaje. No comer, beber, ni fumar durante su utilización. No pipetear con la boca. Norespirar humos/vapor. Manipular en áreas bien ventiladas. Consérvese lejos de agentes reductores (p.ej.: aminas),ácidos, álcalis y compuestos a base de metales pesados (p.ej.:acelerantes, secativos, jabones metálicos). Mantener elproducto y el contenedor vacío alejado del calor y de las fuentes de ignición. Es necesario evitar el confinamiento.Evítese golpes y rozamientos. Evítese el contacto con los ojos y la piel.

Prevención de incendio y explosiónUtilizar equipos protegidos contra explosión. Conservar alejado de toda llama o fuente de chispas - No fumar.

Requisitos de almacenajeAlmacenar según los reglamentos locales/nacionales. Manténgase lejos de alimentos, bebidas y piensos. Almacenar enun lugar seco bien ventilado apartado de las fuentes de calor y de la luz directa del sol. Consérvese únicamente en elrecipiente de origen. Mantener el contenedor vertical para evitar las fugas.

Almacenaje

Para asegurar la máxima calidad, almacenar por debajo de : 25 °C. Por seguridad, almacenar por debajo de : 25°C.

Otra informaciónSe recomienda usar equipos eléctricos de temperatura grupo T3. However, autoignition can never be excluded. Lavarminuciosamente las manos después de manipular o de tocar el producto. Guardar la ropa de trabajo por separado y nollevarla a casa.

8. CONTROL DE EXPOSICION/PROTECCION INDIVIDUAL



CADOX M-50A


ES-English

Controles técnicosAsegurar una buena ventilación y escape local de la zona de trabajo. Se recomienda ventilación a prueba de explosiones.

Protección personal

RespiratorioEn caso de ventilación insuficiente usar un equipo respiratorio adecuado (mascarilla de respiración con Filtro A.).

ManosUsar guantes adecuados de neopreno o goma sintética.

OjosÚsese protección para los ojos/la cara.

Piel y cuerpoÚsese indumentaria protectora adecuada.

Otra informaciónLavar las ropas antes de volverlas a utilizar.

Methyl ethyl ketone peroxide

Agency OES-STEL 1.500 mg/m³

Peróxido de hidrógeno


Agency OES-TWA 1.400 mg/m³

Metiletilcetona


Agency OES-TWA 600.000 mg/m³

OES-STEL = , OES-TWA = MEL-STEL=

9. PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICASAspecto claro líquido

Color incoloro

Olor débil

Punto de ebullición/rango no aplicable (Se descompone)

Rango/punto de fusión no determinado

Temperatura de inflamación Por encima de SADT

Inflamabilidad Producto de descomposición puede ser inflamable.

Temperatura de autoencendido Método de prueba no aplicable (Ver sección 7)

Propiedades explosivas no

Límites de explosión no aplicable

Propiedades oxidantes no aplicable

Presión de vapor no determinado

Densidad aproximadamente 1000 kg/m³ (20 °C )

Densidad aparente no aplicable

Solubilidad en agua parcialmente miscible con agua.

Solubilidad en otros disolventes no determinado

pH no determinado

Coeficiente de repartición n-octanol/agua no determinado

Densidad de vapor relativa (aire=1) no determinado

Viscosidad no determinado



CADOX M-50A


ES-English

Contenido de oxígeno activo 8.8 - 9.0 %

Contenido de peróxido 30-35 %

Temperatura de autoencendido Método de prueba no aplicable (Ver sección 7)

SADT 60 °C. Consultar también el Capítulo 10.

Límites de explosión no aplicable

10. ESTABILIDAD Y REACTIVIDADEstabilidad

SADT – (Temperatura de descomposión autoacelerada) es la temperatura mínima a la cual puede empezar ladescomposición autoacelerada de una sustancia en el envase, como se usa para su transporte. Una peligrosareacción de descomposición autoacelerada que, bajo ciertas circunstancias, puede dar lugar a incendio oexplosión, a causa de la descomposición térmica a la temperatura que se indica o superior a ella: 60 °C. Elcontacto con sustancias incompatibles puede causar descomposición a la temperatura SADT o por debajo de ella60 °C.

Condiciones a evitar

Para mantener la calidad del producto, guardar en el envase original cerrado por debajo de: 25 °C.

Evítese golpes y rozamientos. Es necesario evitar el confinamiento.

IncompatibilitiesEvitar el contacto con el óxido, hierro y cobre. El contacto con materiales incompatibles como ácidos, álcalis, metalespesados y agentes reductores producirá una descomposición peligrosa. No mezclar con acelerantes de peróxido. Utilizarsolamente equipos de acero inoxidable 316, PVC, polietileno o revestidos de vidrio.

DecompositionAcido acético, Acido fórmico, Propanoic acid, Metiletilcetona

Otra informaciónLos procedimientos de emergencia variarán en función de las condiciones. El cliente debe disponer de un plan derespuesta de emergencia. Contacte con Akzo Nobel para asistencia para preparar un plan de respuesta de emergencia.

11. INFORMACIONES TOXICOLOGICASNingún dato toxicológico experimental en el preparado tal como está disponible. Los datos siguientes son válidos parael(los) ingrediente(s) abajo listados.


Toxicidad aguda

Oral LD50 rata:1017 mg/kg

Dérmica LD50 rata:4000 mg/kg

Inhalación LC50 rata:17 mg/l ; 4 horas Tiempo de exposición

Irritación

Piel Corrosivo

Ojos Corrosivo

Sensibilización No sensibilizante

Genotoxicidad Prueba de Ames: no mutagénico

Nombre Methyl ethyl ketone peroxide, 40 % en Ftalato dedimetilo

Metiletilcetona

Toxicidad aguda

Oral LD50 rata: 2737 mg/kg

Dérmica LD50 conejo 6480 mg/kg

Inhalación LC50 rata 23.5000 mg/m³

Irritación



CADOX M-50A


ES-English

Piel Moderadamente irritante

Ojos Moderadamente irritante

Nombre Metiletilcetona

12. INFORMACIONES ECOLOGICASNo hay datos ecológicos experimentales en el preparado como tal. Los datos siguientes son válidos para el(los)ingrediente(s) abajo listados.


Ecotoxicidad

Nombre Methyl ethyl ketone peroxide, 40 % en Ftalato dedimetilo

peces Toxicidad aguda, 96h-LC50 = 44.2 mg/l. ( Poeciliareticulata.)

bacterias Prueba de inhibición de la respiración de barrosactivados EC50 = 48.0 mg/l.

Destino

Degradación biótica Fácilmente biodegradable ( prueba de botella cerrada ).

Metiletilcetona

Ecotoxicidad

Nombre Metiletilcetona

peces Lepomis macrochirus: 96h-LC50: 3.22 g/l

Destino

Degradación biótica Fácilmente biodegradable.

Otra información Sustancia presente, en la naturaleza

13. CONSIDERACIONES RELATIVAS A LA ELIMINACIONProductoEliminación de residuos según los reglamentos (lo más probable es que sea por incineración controlada).

Embalaje contaminadoSegún los reglamentos locales.

Otra informaciónPara más información ponerse en contacto con el fabricante.

AbfallschlüsselnrPor favor, indique su industria en particular en el catálogo de residuos europeo.

14. INFORMACIONES RELATIVAS AL TRANSPORTETransporte por tierra (ADR/RID)

Clase de ADR 5.2

Codigo de clasificación ADR P1

Clase de RID 5.2

TREM-Card CEFIC TEC(R)- 52GP1-L

Nº UN 3105

Nombre de embarque conveniente Organic peroxide type d, liquid; ( Methyl ethyl ketoneperoxide.)

Otra información etiqueta; 5.2

Transporte por mar (IMO/Código IMDG)

Clase 5.2

Grupo de embalaje II



CADOX M-50A


ES-English

Nº UN 3105

EMS F-J, S-R

Contaminante marino no

Nombre de embarque conveniente Organic peroxide type d, liquid; ( Methyl ethyl ketoneperoxide (s) )


Transporte por aire (ICAO-TI/IATA-DGR)

Nº UN 3105

Clase 5.2

Nombre de embarque conveniente Organic peroxide type d, liquid; ( Methyl ethyl ketoneperoxide (s) )


15. INFORMACIONES REGLAMENTARIASEtiquetado de acuerdo con las directrices de la C.E.E

Número - CEEno aplicable

Frases de R(iesgo)

Code Description

R07. Puede provocar incendios.

R22. Nocivo por ingestión.

R34. Provoca quemaduras.

Frases de S(eguridad)

Code Description

S03/07. Consérvese el recipiente bien cerrado y en lugar fresco.

S14B. Consérvese lejos de agentes reductores (p.ej.: aminas), ácidos, álcalis y compuestosa base de metales pesados (p.ej.:acelerantes, secativos, jabones metálicos).

S26. En caso de contacto con los ojos, lávense inmediata y abundantemente con agua yacúdase a un médico.

S36/37/39. Usense indumentaria y guantes adecuados y protección para los ojos/la cara.

S45. En caso de accidente o malestar, acúdase inmediatamente al médico (si es posible,muéstresele la etiqueta).

S50D. No mezclar con aceleradores peróxidos o agentes reductores.

Símbolo(s)

A ECORROSIVO (C) COMBURENTE (O)

Otra informaciónSubstancia y/o producto listado en Directiva 96/82/EC.

16. OTRAS INFORMACIONES



CADOX M-50A


ES-English

Esta información solamente se refiere al producto antes mencionado y no ha de ser válida para otro(s) producto(s) nipara cualquier proceso. La información es, según nuestro mejor conocimiento, correcta y completa y se facilita de buenafe pero sin garantía. Continúa siendo responsabilidad propia del usuario el que esta información sea la apropiada ycompleta para su utilización especial de este producto

Información de frase de riesgo

Nombre químico Frase(s)-riesgo

Methyl ethyl ketone peroxide R02 R22 R34 R07 Riesgo de explosión por choque,fricción, fuego u otras fuentes deignición Nocivo por ingestión Provocaquemaduras Puede provocar incendios

Di-isobutanoato de 2,2,4-trimetil-1,3pentanodiol

ninguno ninguno

Peróxido de hidrógeno R34 R08 Provoca quemaduras Peligro de fuegoen contacto con materias combustibles

Metiletilcetona R11 R36 R66 R67 Fácilmente inflamable Irrita los ojos Laexposición repetida puede provocarsequedad o formación de grietas en lapiel La inhalación de vapores puedeprovocar somnolencia y vértigo

Historia

2004/06/10

Revision 0.02

Compuesto por J.W. Wessels. J.M.G.M. Reijnders.



CADOX M-50A


ES-English

ANEXO 2:

Planos de moldes

200.

00

3.50 280.00

22.20

R76.00

58.7

0

172.

00

4.8013.60

13.40

Molde para Prueba de Tensi�ó�� n

Nota: todas las dimensiones están dadas en mm

13.0

0

3.40

130.

90

13.10

13.90

200.

00

280.00

Molde para Prueba de Flexi�ó�� n


76.20

65.50

13.10

19.10

12.9

0

274.

00

13.6

0

5.35

Molde para Prueba de Impacto


ANEXO 3:

Fotografías del proceso de construcción de

especímenes reforzados con fibra de cabuya

(a) Corte de fibra

(b) Aplicación de agente desmoldante a moldes y tapas de vidrio

(c) Pesado de resina y fibra

(d) Mezcla y reacción: resina de poliéster y fibra

(e) Chorreado de resina en moldes

(f) Curado a temperatura ambiente

(g) Separación de fibras remanentes con acetona

(h) Filtración y separación de fibras remanentes

(i) Post curado de especímenes

(j) Probeta de tensión reforzada con fibra de cabuya

(k) Probeta de impacto reforzada con fibra de cabuya

(l) Probeta de flexión reforzada con fibra de cabuya

ANEXO 4:

Reportes de pruebas mecánicas

~~~ Laboratoño de Polímeros, POUUNA Fecha de l!fnlolón de eale Versión:

Eswela de Química, Universidad Nacional 101111Ulario:

02 Apdo.- 86-3000 Heredia, Costa Rica 30/01/2009 POU LABP02

Telefax. (506) 2277-3557; Email: [email protected] F01

Pi~ina :

lnfonne de Ensayo

IÑFORME DE ENSAYO No.: 'ci27-12

FECHA DE EMISIÓN DE ESTE INFORME: - 12111112

CUENTE: Alejandro Brenes

DESCRIPCION DE LA MUESTRA: todas probetas para ensayo de elongación

M070-12: Poliéster/cabuya (1% fibra, L=5 mm) identificadas por el diente almo Muestras 1-1 O

M071-12: Poliéster/cabuya (1% fibra, L=1 O mm) identificadas por el diente como Muestras 11-20

M072-12: Poliéster/cabuya (3% fibra, L=5 mm) identificadas por el diente ,como Muestras 31-40

M073-12: Poliéster/cabuya (3% fibra, L= 1 O mm) identificadas por el diente como Muestras 41-50

M074-12: Poliéster/cabuya (5% fibra, L=5 mm) identificadas por el diente almo Muestras 61-70

M079-12: Poliéster/cabuya (1% fibra, L=15 mm) identificadas por el diente como Muestras 21-30

MOS0-12: Poliéster/cabuya (3% fibra, L=15 mm) identificadas por el diente como Muestras 51--60

M081-12: Poliéster/cabuya (5% fibra, L=10 mm) identificadas por el diente como Muestras 71-80

M082-12: Poliést.er/cabuya (5% fibra, L=15 mm) identificadas por el diente como Muestras 81-90

M083-12: Poliéster sin cabuya con post-wrado identificadas por el diente como Muestras 91-95

M084-12: Poliéster sin cabuya sin post-curado identificadas por el diente como Muestras 96-100

ENSAYOS Y RESULTADOS

Determinación de la resistencia a la tensión por elongación

Módulo Resistencia a •;. Deformación Muestra elástico la ruptura

lMPal lMÍ>a) a la ruptura

M070-12 2186 ± 87 28,0±3,2 1,6 ± 0,2 M071-12 2680 ± 68 26,5 ±3 o 1 1 ± 0,1 M072-12 2220 ± 94 26,9 ±2,1 1,5 ± 0,2 M073-12 2829± 66 21,4±4,2 0,9 ± 0.2 M074-12 2182 ± 92 23,8±4,2 1,6 ± 0,3 M079-l2 2697 ± 25 34,5 ± 1, 1 1,47 ± 0,05 M080-12 2812 ± 88 28,0 ± 4,0 1,2 ± 0,2 M081-12 2885 ± 69 25,5 ± 2,8 1,1 ± 0,1 M082-12 2844± 154 24,4± 6,5 1,6 ± 0,3 M083- l2 2639 ± 54 52,6±6,2 2,4 ± 0,4 M084-l2 1992± 24 45,2±3,2 4,0 ± 1, 1

Se a4untan gráficas de tensión-defonnación

~ Laboratorio de Polímeros, POUUNA F-de omiol6n de este Venióft: -Esruela de Química, Universidad Nacional 02

Apdo.- 8~3000 Heredia, CAsta Rica 30101/2009 POULABP02 Telefax. (506) 2277-3557; Email: [email protected] F01

"'-= lnfonne de Ensayo

CONDICIONES DEL ANAUSIS:

Resistencia a la tensión por elongación: Se siguió el método ASTM 0638M y 0882. Se probaron alrededor de 1 O especímenes del tipo IV de acuerdo a la norma. Las pcobetas se acondicionaron a 23 :!: 2 °C y 40 :!: 5 % de humedad relativa durante 48 horas previas al análisis. En este informe se reportan los promedios de los valores obtenidos. El aparato utilizado fue un analizador mecánico universal INSTRON 3365, coo una celda de 5 kN. Se empleó una velocidad de separación de la traversa de 1 mm por minuto. La apertura inicial entre las prensas de la máquina fue de 100 mm.

AUTORIZA ESTE INFORME DE ENSAYO:

ADVERTENCIA:

Dr. Guillenno A. Jiménez Villalta Coordinador T éalico

1-Los resultados de este análisis se refieren solamente a las muestras analizadas. 2-Para reproducir este análisis es na:esario el permiso del POUUNA. Cuando así se haga debe reproducirse íntegramente.

~:~ Laboratorio de Polimeros, POUUNA FecNo de eml&l6n de este Versión:

Esruela de Química, Universidad Nacional lormulorio:

Apdo.- 86-3000 Heredia, Costa Rica 30/0112009 Telefax. (506) 2277-3557; Email: [email protected]

lnfonne de Ensayo

INFORME DE ENSAYO No.: 001-13

FECHA DE EMISION DE ESTE INFORME: 08/02120f3

-f LI§NTE: ~ii!nc!rº-. Brenes

DESCRIPCION DE LA MUESTRA: probetas para ensayo de elongación

M001-13: Poliéster/fibra de vidño, identificadas por el diente como Muestras 101-110

ENSA VOS Y RESULTADOS

Determinación de la resistencia a la tensión por elongación

Muestra

MOOl-13

Se actuntan gráficas de tensión-defoonaáón

CONDICIONES DEL ANALISIS:

Módulo elástico

Resistencia a la ruptura

•A. Deformación a la ruptura

2,4 ± 0,3

02

POULABP02 F01

Página :

-----1

Resistencia a la tensión por elongación: Se siguió el método ASTM D638M y D882. Se probaron alrededor de 10 especúnenes del tipo IV de acuerdo a la norma. Las probetas se acondicionaron a 23 ± 2 oc y 40 ± 5 %de humedad relativa durante 48 horas previas al análisis. En este infonne se reportan los promedios de los valores obtenidos. El aparato utilizado fue un analizador mecánico universal INSTRON 3365, con una celda de 5 kN. Se empleó una velocidad de separación de la traversa de l mm por minuto. La apertura inicial entre las prensas de la máqo.ina fue de 100 mm.

AuTORIZA ESTE INFORME DE ENSAYO:

ADVERTENCIA:

~\4 Dr. Guillermo A. J1menez VIllana

Coordinador Técnico

-------

1-Los resultados de este análisis se refieren solamente a las muestras analizadas. 2-Para reproducir este análisis es necesario el permiso del POLIUNA. Cuando así se haga debe reproducirse íntegramente.

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LABORATORIO DE POLIMEROS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL

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Tensile s

tress

(MPa)

Tensile strain (mm/mm)

Specimen 1 to 10

Specimen #

12345678910

Sample descriptionPLASTICOS RIGIDOS

Results Table 1Tensile stress atMaximum Load

(MPa)

Modulus (Automatic)(MPa)

Tensile strain at Break(Standard)

(%)Specimen label

1 29.168 2337.56 1.55763 12 28.224 2090.51 1.63732 23 23.242 2248.69 1.21196 34 32.308 2220.97 1.82822 45 27.193 2231.31 1.47417 56 26.851 2178.81 1.49459 67 31.139 2074.40 1.87626 78 29.033 2091.09 1.71099 89 30.147 2135.57 1.72562 9

10 22.220 2252.55 1.14384 10Promedio 27.952 2186.15 1.56606Desviacion Estandar

3.223 86.785 0.244

10/18/2012 2:09:13 PM M070-12.is_tens

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Tensile s

tress

(MPa)


Specimen 1 to 10

Specimen #

12345678910



(MPa)



(%)Specimen label

1 29.336 2706.20 1.23014 112 25.516 2714.35 1.05448 123 27.119 2665.00 1.11409 134 22.476 2566.69 0.93748 145 25.334 2639.03 1.03842 156 33.109 2618.59 1.41832 167 25.664 2625.81 1.04503 178 26.240 2786.20 1.04338 189 23.644 2740.64 0.94339 19


2.975 68.140 0.143

10/19/2012 9:39:09 AM M071-12.is_tens

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Tensile s

tress

(MPa)


Specimen 1 to 10

Specimen #

12345678910



(MPa)



(%)Specimen label

1 25.792 2363.12 1.32907 312 27.185 2289.27 1.48302 323 25.106 2263.88 1.33994 334 25.837 2271.29 1.38480 345 24.269 2324.61 1.27016 356 30.639 2159.94 1.86658 367 25.998 2092.73 1.58844 378 29.612 2183.07 1.74274 389 26.103 2141.71 1.53650 39


2.072 94.334 0.206

10/19/2012 10:24:09 AM M072-12.is_tens

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tress

(MPa)


Specimen 1 to 10

Specimen #

12345678910



(MPa)



(%)Specimen label

1 20.804 2754.90 0.99993 412 26.037 2884.68 1.02189 423 25.869 2735.80 1.06805 434 19.052 2780.93 0.75816 445 15.484 2806.84 0.60150 456 27.403 2856.14 1.10134 467 16.197 2832.67 0.88329 478 18.192 2947.00 0.71648 489 20.990 2892.90 0.81045 49


4.231 66.536 0.165

10/19/2012 11:18:19 AM M073-12.is_tens

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tress

(MPa)


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Specimen #

12345678910



(MPa)



(%)Specimen label

1 27.536 2197.50 1.66978 612 23.557 2352.08 1.27465 623 26.390 2245.56 1.57050 634 24.374 2277.56 1.40829 645 24.991 2076.35 1.57003 656 12.464 2101.67 2.23468 667 23.629 2083.49 1.43155 678 23.859 2221.42 1.38173 689 27.045 2134.25 1.68655 69


4.237 91.985 0.268

10/22/2012 3:49:15 PM M074-12.is_tens

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Tensile s

tress

(MPa)


Specimen 1 to 10

Specimen #

12345678910



(MPa)



(%)Specimen label

1 33.351 2679.28 1.42529 212 36.634 2734.81 1.55928 223 34.790 2724.64 1.44807 234 33.534 2717.13 1.42116 245 34.923 2697.20 1.46991 256 33.550 2665.31 1.43603 267 35.440 2663.75 1.53721 278 33.703 2678.69 1.44170 289 33.922 2707.20 1.44985 29


1.093 24.642 0.050

10/24/2012 3:10:42 PM M079-12.is_tens

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Tensile s

tress

(MPa)


Specimen 1 to 10

Specimen #

12345678910



(MPa)



(%)Specimen label

1 30.318 2672.73 1.36355 512 27.500 2860.87 1.10193 523 27.572 2899.98 1.08529 534 22.011 2936.21 1.11185 545 30.504 2869.58 1.26320 556 30.543 2713.27 1.35316 567 30.608 2864.70 1.25836 578 28.684 2818.50 1.18091 589 31.946 2755.52 1.37842 59


3.979 88.525 0.177

10/24/2012 4:22:58 PM M080-12.is_tens

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Tensile s

tress

(MPa)


Specimen 1 to 10

Specimen #

12345678910



(MPa)



(%)Specimen label

1 28.730 2806.20 1.29991 712 22.644 2957.53 0.87196 723 22.067 2763.74 0.90372 734 23.198 2888.58 1.13499 745 25.243 2856.38 1.01339 756 28.091 2971.93 1.08529 767 28.157 2946.23 1.10323 778 27.293 2908.53 1.09131 789 21.618 2917.48 0.90856 79


2.835 69.118 0.143

10/24/2012 4:52:45 PM M081-12.is_tens

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Tensile s

tress

(MPa)


Specimen 1 to 10

Specimen #

12345678910



(MPa)



(%)Specimen label

1 32.274 2950.10 1.72492 812 21.939 2950.78 2.30504 823 29.951 3158.35 1.38350 834 30.528 2860.35 1.33710 845 23.798 2902.27 1.13405 856 26.051 2693.10 1.41986 867 18.831 2670.09 1.94001 878 9.943 2821.44 1.86186 889 23.612 2685.83 1.48538 89


6.545 153.978 0.354

10/25/2012 11:18:03 AM M082-12.is_tens

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tress

(MPa)


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Specimen #

12345



(MPa)



(%)Specimen label

1 56.387 2572.94 2.70147 912 59.274 2605.96 2.85766 923 43.189 2710.11 1.85442 934 53.766 2635.12 2.54340 945 50.313 2670.10 2.26821 95

Promedio 52.586 2638.85 2.44503Desviacion Estandar

6.206 53.607 0.396

10/25/2012 11:40:20 AM M083-12.is_tens

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Specimen #

12345



(MPa)



(%)Specimen label

1 47.565 1975.24 4.47149 962 45.807 1985.15 5.70494 973 40.549 2017.44 2.70325 984 48.477 2017.29 3.95653 995 43.438 1965.60 3.37097 100

Promedio 45.167 1992.15 4.04143Desviacion Estandar

3.219 24.040 1.140

10/25/2012 12:10:16 PM M084-12.is_tens

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Specimen 1 to 10

Specimen #

12345678910



(MPa)



(%)Specimen label

1 94.062 5313.15 2.90831 1012 82.377 5482.31 2.46489 1023 91.915 5339.50 2.71316 1034 78.179 5756.14 2.04284 1045 84.455 5396.22 2.50338 1056 90.691 5785.21 2.28320 1067 89.601 5693.22 2.39028 1078 90.122 5582.78 2.56453 1089 86.964 5536.27 2.22701 109


4.910 173.853 0.250

2/4/2013 11:57:52 AM M001-13.is_tens

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~:~ Laboratorio de Polimeros, POUUNA F«NN de -.6ft de eate VeR Ión:

Eswela de Química, Universidad Nacional rormu~wto:

02

Apdo.- 86-3000 Heredia, Costa Rica 30101/2009 POULABP02


~;

lnfonne de Ensayo

INFORME DE ENSAYO No.. 007-13

FECHA DE EMJSIÓN DE ESTE INFORME: 18103/13

CUENTE: Alejandro Brenes REPRESENTANTE DEL CUENTE: Alejandro Brenes

DESCRIPCION DE LA MUESTRA:

M01>13' Suministrado por el diente en forma de probeta& numeradas del111 Dl120paralmpacto 11 péndulo (modo IZOO), a base de

resina polléater

M01&.13: Sumlnltrtrado por el diente en forma de probetas numerada& del 121 11130 pera lmpecto al p6n~o (modo IZOO), a base de

rlllllna poliéater con flbra de vidrio

M017-13· Suministrado por al d1ente en forma de probetas numeradas dal131 al140, para ensayo de flexión, a base de resina

poli ~!&ter

M016-13: Suminlatredo por el cliente en forma de probetas numeradas del141 "150, pera -.yo de ftaxión, a baa6 de resina

polléater con fibra de vidrio

M01~13. Suministrado por el cliente en forma de probeta numerada del151 11160 p¡watmpecto 11 p6ndUo (modo IZOO). a base de

r111111a polulster con ftbra de catluya (5%, 1 O nvn)

MQ20.13: SumllliWado por al dMnl.e en forma de probeta& mneradas del161 " 170. pera -.yo de llaxi6n, a baa6 de resina

pdl'-twoonfibra de cabuya (5%. 10 mm)

ENSAYOS Y RESULTADOS

Detenoinadón de la resistencia eo Oexión

Módulo ResistenciA Teruión en nwón al S% Muestra elástico máxima de deformación

(MPa) (MPa) (MPa} M017-13 2796± 80 62,9 ± 10,5 ••••• M01~13 6410±496 155 ± 20 23 6 ± 7,9 M020-13 3049 ± 210 32,6 ± 4,6 •••••

Resistencia al impacto de péndulo modo IWO

MUESTRA Grosor promedio Resistencia al impacto Ti¡w de fractura (mm) (J/m)

(1rJ/m2)

M015-l3 12,7±0,1 5,82 ±2,02 QC: IDO% de los 0,54 ± 0, 19 cspcclmcncs

MOI6-13 12,1 ± 0,3 207,46 ± 15,37 NQ. 100% de los 19,46± 1,42 especímenes

100,87 ± 20,90 QB· 90 % de los especimc:nes

9,69±2,08 M019-13 12,63±0,09 58,36 5,54

QC: 1 O % de los especlmenes

QB. Quebradura tipo bisa{Ta, en donde una parte queda unida a la o4nJ por una pequetla poraón de material QC: Quebradura c:om¡:Wa NQ; No hay guebradura

~$~ Laboratorio de Polimeros, POUUNA F~ ele emlol6n de este Venl6n;

~ Escuela de Química, Universidad Nacional 02

Apdo.- 86-3000 Heredia, Costa Rica 3010112009 POULABP02


f"GGn.a . lnfonne de Ensayo

CONDICIONES DE LOS ANAUSIS:

Resistencia en flexión: Se siguió eJ método ASTM 0790. Se probaron alrededor de lO especímenes de perfil rectangular con dimensiones promedio (en mm) de 80xl2x4. Las probetas se acondicionaron a 23 ± 2 °C y 50 ± 5 % de humedad relativa durante 48 horas previas al análisis. Fn este infonue se reportan los promedios de los valores obtenidos. El aparato utilizado fue un analizador mecánico universal INSTRON 3365, con una celda de 5 kN. Se empleó una configuración de flexión en tres puntos, con una distancia de soportes de 55 mm y una velocidad de aplicación del esfuerzo en eJ punto medio de la probeta de 1,3 mm por minuto.

Resistencia al impacto de péndulo lZOD: Se utilizó un analizador de péndulo de la marca CSJ modelo CSI-137 y se siguió la norma ASTM O 256, método A correspondiente al ensayo IZOD. Las probetas en forma de vigueta (72xl4) mm, con una muesca según las indicaciones del método, se acondicionaron por 48 horas a 23°C y 50% de humedad previo al análisis. En total se analizaron entre 8 y 1 O especimenes de cada muestra y se determinó el promedio de resistencia al impacto tanto en J/m (normalizado por grosor) como en kJ/m2 (normalizado por grosor y hondura bajo la muesca). Se utilizó un péndulo con una capacidad de 2, 7 J y una longitud de 42 cm.

AUTORIZA ESTE INFORME DE ENSAYO:

ADVERTENCIA:

Dr. Guillermo A Jiménez Villalta Coordinador Técnico

1-Los resultados de este análisis se refieren solamente a las muestru analiudu. 2-Para reproducir este análisis es necesario el permiso del POUUNA. Cuando así se baga debe reproducirse íntegramente.

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