Moldeo y conformacin de plsticos y materiales
compuestos
Ing. Fausto Oviedo F. MSc.
Escuela Politcnica Nacional
Facultad de Ing. Mecnica
Abril 2013
Polmeros
Polmeros sintticos
Constitucin de los polmeros:
Constitucin de los polmeros:
Constitucin de los polmeros:
Constitucin de los polmeros:
Constitucin de los polmeros:
Constitucin de los polmeros:Arquitectura de las cadenas
Constitucin de los polmeros:Arquitectura de las cadenas
Clasificacin de los polmeros por su comportamiento con la temperatura, en concordancia con la arquitectura de sus cadenas:
Constitucin de los polmeros:
Constitucin de los polmeros:Ovillo estadstico y orientacin
Constitucin de los polmeros:Orientacin
Constitucin de los polmeros:Orientacin; anisotropa
Constitucin de los polmeros:Cristalinidad
Constitucin de los polmeros:Enlaces Intermoleculares, Puente de Hidrogeno
Carcter Visoelstico de los polmeros
Conformado de plsticos
Extrusin
Extrusin
Productos extruidos
Comportamiento reolgico del material
Extrusora
Partes constitutivas de la extrusora
Husillo
Funciones del Husillo
Relacin L/D
Relacin de compresin CR
Valores referenciales de L/D y CR
Tipos de Husillos
Tipos de extrusora
Extrusora convencional de un husillo
Extrusora de un husillo de alto rendimiento
Extrusora de doble husillo contra-rotante
Extrusora de doble husillo contra-rotante
Extrusora de doble husillo co-rotante
Extrusora planetaria
Plato Rompedor
Sistemas perifricos
Perfilera extruida
Extrusin soplado de film
Extrusin soplado
Coextrusin
Recubrimiento de Cable
Conformado de plsticos
Inyeccin
Proceso de Inyeccin
Proceso de Inyeccin
Molde
Unidad de Inyeccin
Unidad de Inyeccin: Anillos de Retencin
Ciclo de Inyeccin
c) Mantenimiento
La presin en el ciclo de inyeccin:
La temperatura en el ciclo de Inyeccin
Presin y Temperatura en el ciclo de inyeccin
Piel fra
Conformado de Materiales
Compuestos
Introduccin
Material Compuesto
Un material compuesto es un sistema formado por dos materiales de distintas fases, cuya combinacin proporciona propiedades que son diferentes a las de sus constituyentes
Caractersticas de un Material Compuesto
1. Constar de 2 o ms materiales ( Qumicamente distintos; Separados por una interface; Separables mecnicamente)
2. Propiedades nicas, superior alguna(s) a las de los componentes
3. Dispersin del un material en el otro controlable
Componentes un Material Compuesto1. Matriz: Fase continua
2. Refuerzo: fase dispersa, cambia las propiedades de la matriz
3. Aleantes: Agentes de acoplamiento, rellenos, revestimientos
Interfaz: Superficie de conexin M/R, Tambin influye en las propiedades
Materiales de los Compuestos
Tanto la Matriz como los refuerzos pueden ser:
Metales
Cermicos
Polmeros
Propiedades del Material CompuestoDependen de:
1. Propiedades de las fases de los materiales constituyentes.
2. Proporciones relativas de las fases
3. Geometra de las fases de refuerzo
4. Caractersticas de la interfaz
El uso de los Materiales Compuestos
Necesidad de materiales con propiedades inusuales
Mayor resistencia especfica
Disminucin del costo de los refuerzos
Posibilidad de automatizacin del proceso de fabricacin
Clasificacin
Unidireccionales
Multidireccionales
Tejidos
Mat.
Comp.
Reforzados con
partculas
Reforzados con
Fibras
Estructurales
Grandes (interaccin
no atmica o molecular)
Consolidados por
dispersin (10-100 nm)
Continuas
Discontinuas
Laminares
Paneles sandwich
Alineadas
Orientadas al azar
Nanomtricas
MatricesFunciones de la matriz
Juntar a los materiales de refuerzo Proteger a los materiales de refuerzo del medio
ambiente, humedad, ataque qumico y del dao mecnico (desgaste)
Transferir los esfuerzos a los materiales de refuerzo, y protegerlos de los esfuerzos de compresin
Proveer la forma a una estructura Proveer acabado superficial de buena calidad
Proveer propiedades como tenacidad, resistencia al impacto, etc.
Aislar una fibra o partcula de otra de modo que la propagacin de grietas se detenga o su velocidad se reduzca
La matriz controla las propiedades qumicas y elctricas del compuesto.
La matriz debe:
Poseer buena resistencia qumica
Presentar poco encogimiento
Adaptarse con facilidad al procesamiento final del compuesto
Presentar estabilidad dimensional
Matriz de AluminioReforzado con partculasDe almina
Tipos de Matriz
Metlicas
Cermicas
Polimricas
Ejemplos de Matrices metlicas:
Fibras de SiC o de boro en matriz de aluminio
SiC en una matriz de titanio
Fibras de carbono en matrices de magnesio, cobre o aluminio
Aplicaciones:
Cabezas de pistones para motores automotrices
Alabes de turbinas de gas
Paquetes electrnicos
Aplicaciones espacialesHerramientas de corteWC-Co
Matrices Cermicas:
SiC reforzado con SiC
Nitruro de silicio reforzado con SiC
Vidrio reforzado con fibras de carbono
Aplicaciones:
Turbinas para turboreactores
Herramientas de corte
Partes de vlvulas
Cojinetes
HormignFibras de SiC reforzando una
matriz de nitruro de silicio.
Matrices Polimricas: Compuestos reforzados con
carbono para partes de aviones
Resina epoxi con fibras de boro para palas de rotor de helicpteros
Compuestos con fibra de aramidapara disminuir pesos
Termoplsticos con fibras naturales para partes de autos y madera plstica
Neumticos
Equipos deportivos
Barcos
RefuerzosFunciones del material de refuerzo:
Soportar la carga
Proveer rigidez, resistencia, estabilidad trmica y otras propiedades estructurales
Proveer conductividad elctrica o aislamiento
Tipos de materiales de refuerzo
Partculas
Fibras
Partculas
De acuerdo al mecanismo de consolidacin:
Partculas grandes o agregados
Consolidados por dispersin
De acuerdo al material:
De vidrio
Minerales
Polvos metlicos
Tipos de Fibras
En funcin de los materiales:
1. Inorgnicas
Ti, Ni, Acero, SiC, C, B, Vidrio
2. Polimricas
Aramida, polietileno
3. Vegetales
cabuya, abac, sisal
En funcin de su dimetros y caractersticas:
Whiskers
Fibras
Alambres
En funcin de la continuidad:
Continuas
Discontinuas
Compuesto de PP con fibra de vidrio (FV)
FV PP
PP-gAM-FV
AM mejora interfase PP-FV
Interfaz
RellenosFunciones
Reducir costos
Incrementar el mdulo
Reducir el encogimiento en el molde
Controlar la viscosidad
Producir una superficie menos rugosa
Ej: slice, carbonato de calcio, etc.
Matriz y fibras de carbono
Propiedades especiales:
Temperaturas de servicio mayores a 3000C
Gran resistencia especfica
Excelente resistencia al desgaste
Resistencia al choque trmico
Facilidad de maquinado razonable
Aplicaciones:
Componentes de frenos
Pantallas trmicas
Toberas de cohetes
Compuestos especiales
Conformacin de material compuesto con Matriz polimrica
a.- Preimpregnados
Conformacin de material compuesto con Matriz polimrica
b.- Moldeo de lminas
Conformacin de material compuesto con Matriz polimrica
c.- Moldeo con bolsa de vaco y con bolsa a presin
Conformacin de material compuesto con Matriz polimrica
d.- Devanado de filamento
Conformacin de material compuesto con Matriz polimrica
e.- Pultrusin
Conformacin de material compuesto con Matriz polimrica
d.- Devanado de filamento
Conformacin de material compuesto con Matriz Metlica
a.- Procesamiento en fase lquidab.- Procesamiento en fase slida
Conformacin de material compuesto con Matriz Metlica
a.- Infiltracin por escurrimientoFibra prensada en caliente e impregnacin de un lodo de matriz en polvob.- Sntesis QumicaUn sol, fluido coloidal con fibra se convierte en un gel que es tratado trmicamente
Bibliografa:-Kalpakjian; MANUFACTURA INGENIERA Y TECNOLOGA;2002; Ed. PE; 1176p.-Groover; FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA; 1997; Ed. Prentice Hall; 1056p-Quiroz F.; Conformado de plsticos -Guerrero V; Conformado de materiales Compuestos
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