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Técnica de la fibra de vidrio capítulo 3 / resinas curadores y masillas.

3. RESINA + CURADOR. MASILLAS Y ADITIVOS

 

Las resinas mas utilizadas son las poliéster por ser las más económicas, están además disponibles en cualquier mercado local junto con el endurecedor MEKP, el acelerador cobalto y otros aditivos.

 

La importación en pequeñas cantidades de estos materiales resulta antieconómica porque al ser considerados inflamables el costo del transporte resulta prohibitivo. Algunos detalles adicionales y consejos prácticos de los materiales que se ven a continuación, se encuentran en el “TECH911” que acompaña a este manual por lo que es conveniente consultar el mismo cuando se tiene alguna duda o para ampliar el conocimiento de los mismos.

 

3.1  Las resinas de poliéster

 

La gran mayoría de las piezas de FV (fibra de vidrio) son  construidas con resinas poliéster, éstas son fáciles de usar, de rápido curado, tolerantes a los extremos de temperatura y  catálisis, y menos caras que los sistemas espoxi

 

Aplicaciones delgadas de resinas polyester no endurecen completamente cuando son expuestas al aire. En estos casos se recomienda el uso de una resina encerada. La cera que contienen estas resinas sube a la superficie y provee una barrera contra el aire permitiendo que se  cure completamente.

 

Notas:

 

1. la cera debe ser lijada y limpiada completamente si se va aplicar una capa adicional de resina o pintura. Si un laminado o molde es construido usando dos o mas capas de tela de refuerzo, no es necesario usar resina encerada porque el calor generado durante el ciclo de curado fijara completamente la resina.  

                         

2.  Rocíe un agente de desmolde como el  PVA sobre cualquier reparación o laminación de polyester así la resina curara  libre de viscosidad. Espere 5 minutos después de terminar el plan de laminacion (lay-up), y luego rocíe (el PVA) en dos capas ligeras. Dentro de pocas horas este    puede ser limpiado completamente con agua, dejando una superficie de resina o “gel coat” completamente curados.

 

3.1.1 Monómero estireno

 

(Vinyl benzene). Realmente es éste líquido  el que huele y causa problemas de olores. El estireno monómero es un compuesto orgánico volátil.

 

Las resinas poliéster usadas para trabajos de FRP son, por si mismos como cualquier sólido a temperatura ambiente o cuando mas líquidos muy espesos y viscosos. Para diluir el poliéster lo suficiente como para permitir una fácil  absorción (wet-out) por el refuerzo, el poliéster puede ser diluido con estireno en proporciones que van desde un 10 a 50% de estireno según el uso. El estireno disminuye la resistencia de la resina.

 

El monómero estireno es un líquido claro, y poco viscoso con un olor fuerte (el típico olor de un taller familiar). Dependiendo de la temperatura al cual es guardado, esta mezcla de líquido almibarado gradualmente se transforma a sólido. A temperaturas cercanas a cero grados centígrados, este proceso podría tomar años, mientras que en un ambiente caluroso y poco ventilado sucede en pocos días o semanas.

 

Lo que realmente controla el endurecimiento es el calor, pero este proceso es grandemente acelerado a cualquier temperatura, por la adición de un catalizador - usualmente un material llamado MEKP (methyl ethyl ketone peroxide). Añadiendo menos de un 2% de MEKP a esta resina inhibida causa su gelatinización en pocas horas a la temperatura ambiente. Este tiempo es suficiente para su uso práctico.

 

3.1.2  MEKP&Cobalto

Cuando ciertas combinaciones de químicos son mezclados juntos, estos reaccionan violentamente y liberan energía en forma de calor.

               

 Si el catalizador MEKP, por ejemplo, es mezclado con algo llamado naptateno de cobalto (cobalt naphthenate) (o en forma abreviada CoNap), el resultado es dramático - si hay mas que solo un poco de cada uno, habrá una explosión!. Así si mezclamos solo un poco de CoNap en la mezcla  de poliéster/styrene (0.2 - 0.3 % es típico), y luego añadimos una pequeña cantidad del catalizador MEKP, la reacción entre este y el CoNap creara una sustancial cantidad de calor y la efectividad del catalizador se incrementara con el aumento de la temperatura, así la mezcla con la resina endurecerá muy rápidamente.

 

Una resina poliéster de propósito general típica con 0.3 % de CoNap y 1.5-2% de MEKP (en volumen) comenzara a solidificar en solo unos pocos minutos dependiendo de la temperatura ambiente - solo lo suficientemente lento como para permitir al operador saturar (wet out) completamente el refuerzo, y lo suficientemente rápido como para prevenir el corrimiento de la resina. Esta combinación de un acelerador como el naptateno de cobalto y un catalizador como el MEKP es lo que hace posible el proceso de curado en frío o a temperatura ambiente. El color ligeramente purpurino (rosado pálido) de la resina poliéster es evidencia de la presencia del CoNap.

 

 

Nota: 1 cc = 20 gotas  (aproximadamente)

 

3.2 Resinas de vinyl ester

 

Las resinas “vinyl ester” son típicamente usadas cuando se necesita gran durabilidad, estabilidad térmica, y extremadamente alta resistencia a la corrosión.                                                     Estas aplicaciones incluyen a menudo edificaciones y reparación de tanques de almacenamiento de químicos. Gracias a estas propiedades, recientemente, la industria naval ha comenzado a usar los vinyl ester para producir y reparar cascos de barcos de FRP, que son muy propensos a formaciones de  ampollas  y problemas de osmosis. 

 

Las resinas de vinyl ester son actualmente usadas en todas las aplicaciones modernas de alto desempeño. Las resinas de vinyl ester están probando ser una magnifica alternativa de las resinas convencionales en autos de competencia, aplicaciones navales y aeroespaciales.

 

Las resinas vinyl ester a menudo   son descritas como intermedias entre las poliéster y las epoxi. Esto es sobre-simplificar, pero ayuda a  recordar sus cualidades. Las resinas vinil ester caen entre las poliéster y las epoxi en cuanto al precio, y en la mayoría de sus propiedades físicas y cualidades de manipulación. Sin embargo, las resinas vinil ester exceden tanto a las poliéster como a las epoxi en resistencia a la corrosión, resistencia a la temperatura, y tenacidad.           

 

Las resinas vinyl ester necesitan ser mezclada con 1,5% de  MEKPpara comenzar la reacción de curado. Estas resinas tienen un limite de vida de 3 meses, por lo tanto la orden debe hacerse tomando en cuenta este aspecto, las resinas vinyl ester sonademás compatibles con todas las telas,  pigmentos, y rellenos. Están disponibles también para la construcción de la mayoría de tanques para combustible. Sin embargo, se recomienda la prueba de compatibilidad antes de poner el tanque en servicio.

3.3 Resinas epoxy.

 

Los laminados  que usan resinas epoxy tienen generalmente más alta resistencia mecánica y química que aquellos que usan poliéster, especialmente a altas temperaturas. Los epoxy tienen también menos contracción  que el poliéster un 40% - 50% menos, dependiendo de los agentes de curado utilizados.  De otro lado, las epoxy son evidentemente más difíciles de manipular que las poliéster, introducen algunos riesgos específicos para la salud, y tantoestas como sus agentes de curado son significativamente más costosos.

 

Manipulación del epoxy las dificultades del manejo radican, primero del hecho que las resinas epoxi usadas en la fabricación del composites son mas viscosas y pegajosas que las poliéster. Esto hace más difícil tanto la consecución de un mezclado completo de la resina y el endurecedor, así como de la saturación de las telas, añadiendo trabajo  y aumentando el riesgo de áreas con refuerzos incompletamente saturados. Vale la pena enfatizarse aquí la necesidad de un completo y exhaustivo mezclado de las resinas epoxy. Para asegurar que toda la resina sea mezclada con todo el endurecedor, algunos suministradores recomiendan usar dos contenedores para el mezclado. He aquí una manera de hacerlo: vacíe el endurecedor desde el envase “A” dentro de la resina en el envase “B”, raspe los lados del contenedor “A” tanto como sea posible, y mezcle concienzudamente; vacíe entonces la mezcla de regreso al envase “A” , nuevamente raspe el container “B”, y continúe mezclando; la mezcla es entonces vaciada en un tercer contenedor , “C” y mezclada de nuevo.

 

Adelgazadores  los adelgazadores (Thinners) llamados a veces diluyentes, son para reducir la viscosidad de las resinas epoxy. Estos deben ser empleados con precaución. Los diluyentes pueden reducir la resistencia mecánica y química del producto terminado.

 

Mezclado el segundo problema es que, con una sola excepción, los endurecedores usados con los epoxy deben ser mezclados con la resina en una proporción específica, y algunos requieren verdaderamente de una muy precisa medición.  Un error de apenas una migaja y el resultado puede ser cualquier cosa desde un curado incompleto, dejando una parte débil, a un total no curado.  Lo que es mas, esta intolerancia a la variación de la relación resina/endurecedor significa que la velocidad de curado de los sistemas epoxy  no puede ser ajustados variando la cantidad del endurecedor, si UD quiere acelerar el curado, tiene que recurrir sea a escoger un agente endurecedor diferente, o incrementar la temperatura del espacio de trabajo, o del molde.

 

En general la proporción resina: endurecedor para los sistemas epoxy puede ser por ejemplo 100:23   100:27   100:44, etc. para tiempos de curado de que van desde 20 minutos  a una hora. Dependiendo del fabricante y del tiempo de curado. La proporción de este depende del fabricante en cualquier caso debe ser muy precisa. Es mejor seguir las instrucciones del fabricante.

 

3.4 Que es un “GEL COAT”

   Es una resina de fijado rápido aplicada como capa de superficie, esta capa superficial de gel coat constituye la verdadera piel sea de un modelo, un molde, o un  pieza terminada. Esta capa superficial puede ser coloreada con un pigmento o puede ser transparente, en cuyo caso deja ver la urdiembre del reinforcement.

     En el caso de usarse  para fabricar piezas en moldes hembra, una vez aplicado el gel coat , este debe dejarse secar hasta un estado "gomoso"  antes de empezar a "extender" los reinforcements, el gel coat por tanto llega a ser parte integral del laminado final.

Un gelcoat  convencional no es más que una resina poliéster, con unos pocos ingredientes añadidos para prevenir corrimientos y  deformaciones.

Cuando  es aplicado a una superficie vertical,  se mezcla con un agente tixotrópico, para añadirle "cuerpo" y  resistencia a fluir bajo el efecto de la gravedad. Un relleno inerte tal como "kaolin" (arcilla-china) o dióxido de sílice (silicon dioxide) puede ser incluido, el cual añade un grado de resistencia al impacto, y ayuda a reducir el descascaramiento durante el uso normal.

Aunque hay disponibles gel coats transparentes, un pigmento es usualmente añadido, para dar color al laminado y protegerle de los rayos ultravioletas. Dependiendo del uso final de la pieza, la formulación básica del poliéster puede ser modificada para obtener más dureza a expensas de la flexibilidad, o puede ser flexibilizada para reducir la tendencia al resquebrajamiento. Las formulaciones mas brillantes y  duras son usualmente vendidas como gel coats para "herramientas (moldes)" o sanitarios (i.g. tinas de baño).

Las formulaciones de menos dureza y resistencia a las ralladuras, se aplican a botes, carrocerías de automóviles, y aplicaciones similares donde la constante vibración tiende a trizar los plásticos más duros.

En construcciones que usan moldes hembra, debido a que la primera capa de laminado aplicada a continuación tiene que adherirse al gel coat, la resina de un gel coat no contiene cera, de esta manera la presencia del aire inhibe la reacción del endurecedor y deja una superficie pegajosa incompletamente curada.

Para producir piezas con una superficie suave y brillante comparable a la de un metal pintado, o superficies que dejan ver la urdiembre del la tela de refuerzo , una capa de gel coat transparente (sin pigmento) es usualmente aplicada a la superficie del molde y permitida curarse (a un estado "gomoso") antes de tenderse el refuerzo.

Un gel-coat puede también ser coloreado, lo que evita la necesidad de pintura. Aparte de dar una atractiva superficie cosmética a las piezas terminadas, el gel-coat también protege la fibra de los efectos del tiempo, evitando el contacto con la humedad.

En caso de no existir un gel-coat preparado de fábrica puede prepararse la siguiente formulación. En peso: resina poliéster (100 partes), Aerosil  (2 partes), Dióxido  (10 partes), Cobalto (0.3 partes), Estireno (10-15 partes para aplicación como spray, y 5 para aplicación con brocha). En un molinillo apropiado se baten los tres primeros componentes (unos 10 min.), luego se añaden los dos últimos y de baten nuevamente todos los ingredientes (10 min.).

Un color de contraste entre el molde y la pieza es deseable, por esta razón los gel coats para moldes se colorean con pigmento blanco o naranja.

En caso de gel coats aplicados en reparaciones superficiales, el gel coat debe contener cera, esta evita que la resina del entre en contacto con el aire mientras se cura, ya que el aire inhibe la acción del catalizador.

3.5 Resinas enceradas para superficies

 

Para añadir cera a la resina (esto incluye a los "gel-coat") cuando no se dispone de una solución de cera comercial, consiga un poco de la cera familiar de parafina, como la utilizada en la "velas". Para encerar una pinta (16 oz.) de resina, corte un trozo de cera de tamaño un poco mas pequeño que el tamaño de un cubo de azúcar (debe procurarse que tenga un gramo de cera), y córtelo en escamas muy finas. Vacíe unas ocho onzas de resina en un recipiente y colóquelo en un contenedor parcialmente lleno con agua hervida muy caliente, añada las escamas de cera y agite hasta que se disuelvan, entonces añada el contenido de este recipiente a las restantes ocho onzas de resina a temperatura ambiente, mezclándolas juntas

3.6          Masillas y aditivos

Son pastas usadas para tapar o rellenar agujeros o imperfecciones superficiales.

 

Pueden distinguirse dos clases de rellenos, los cosméticos y los estructurales ambos pueden usarse con sistemas de resinas poliéster, vinyl ester o epoxy y se usan individualmente o combinados (cosméticos + estructurales).

   

Los rellenos cosméticos pueden transformar las resinas en pastas que pueden ser usadas para igualar cualquier irregularidad superficial. Como carecen de un soporte fibroso, tienen poca resistencia. Entre estos se encuentran el " talco ", el " cabosil ", las " microesferas ". Etc.

    

Los rellenos estructurales están constituidos por fibras cortas de vidrio carbón o kevlar en diferentes presentaciones que pueden ser mezcladas con resinas para dar rellenos estructurales. En general mientras mas largas son las fibras mas resistente es la masilla, sin embargo las fibras cortas ofrecen un mejore acabado cosmético.

    

La masilla automotriz ordinaria también es un relleno muy utilizado aunque difícil de lijar.

 

Puedes preparar también una masilla casera aunque difícil de lijar (de dureza similar a la de uso automotriz) con la siguiente formulación:

 

Resina pura 100%

Cobalto  0.3% (5-6 gotas)

Talco chino   50 - 100% (dependiendo de la consistencia que necesites según la aplicación que le iras a dar)

 

Mezclar en ese orden hasta tener una pasta perfectamente homogénea. Luego añade el MEKP al 2%. Si la mezcla se hace verde, se te paso la mano con el cobalto. El preparado se seca en unas 2 horas.

 

3.6.1 Talco

Se le llama también " talco chino ", "arcilla china " etc. en realidad es el kaolín. Se usa como componente de cualquier relleno para  embellecer y suavizar el acabado de un laminado. Ver también " filler ".

 

El  "talco para bebe" puede ser usado como relleno, pero asegurándose que sea una marca de calidad - el talco barato  contiene no solo talco puro sino también bastante almidón de cereal.

 

  Si no dispones de de talco comercial puedes usar en último caso el "carbonato de calcio", que no es otra cosa que la conocida cal viva.

 

3.6.2 Agentes tixotrópicos(thixotropic agent)

 

La tendencia de un material a adherirse a una superficie vertical se llama tixotropía. Los agentes tixotrópicos se añaden a las resinas y los gel-coat para darles más "cuerpo", evitando corrimientos en áreas verticales. El " Cabosil " o " Cab-0-Sil "  y el "Aerosil" son marcas registradas del mismo producto (thixotropic Silica).

 

3.6.3 Dióxido

Es el " sílicon dioxide “, éste es un relleno inerte que al igual que la "arcilla china (china clay)", se añade a un gel-coat para conferirle resistencia al impacto. También se usa como blanqueador en algunas formulaciones. Las proporciones son muy variables por ejemplo 2 - 10 cc en 100 gm de resina.

 

3.6.4 Microesferas de vidrio

Puede referirse a microesferas huecas de vidrio (como de 70 micrones - un cuarto el tamaño de un grano de sal) que mezcladas con resina forman una pasta liviana fácil de lijar y pulir que sirven para rellenar huecos,  irregularidades o materiales de núcleo de una superficie.

 

3.7 Micro

 

Es un término que usan los constructores de piezas de composites para describir una mezcla de resina y  esferas huecas de vidrio, o "micro esferas", este material tiene la apariencia de nieve blanca en polvo es asombrosamente liviana y fácil de lijar.

 

Cuando las esferas secas son mezcladas con resina, desplazan el equivalente de su volumen en peso de resina y hacen la mezcla tan liviana y viscosa como se desee. La combinación de resina y burbujas hace una espuma plástica muy conveniente  que puede ser usada como un relleno de peso ligero y de fácil adhesión a otras espumas usadas en la construcción principalmente de modelos.

 

Hay varias clases de "micro" a saber:

 

3.7.1 Slurry (pasta)  es una mezcla que ha sido preparada a una viscosidad parecida a la de una salsa delgada, lo suficientemente fina como para fluir fácilmente, pero lo suficientemente viscosa como para que una capa delgada no se chorree en una superficie vertical. El "slurry" es una mezcla  en cantidades aproximadamente iguales en volumen de resina y microesferas de vidrio secas. Esta mezcla es lo suficientemente fluida como para poder ser aplicada con una brocha. (Una buena guía para el "slurry" es ver si la mezcla fluye solo por su propio peso en  la paleta mezcladora.)

 

El "slurry" se usa como pegamento, pero también puede ser usado para rellenar los poros en los núcleos de espuma de poliestireno antes de tender los refuerzos. Esto ahorra peso porque evita la excesiva ab-sorción de resina liquida cuando se tiende las telas con resina. La espuma de uretano no requiere de esta operación de relleno

 

3.7.2 Micro húmedo (Wet-micro). Compuesto formado por dos a cuatro volúmenes de micro-esferas en un volumen de resina. Tiene aproximadamente la consistencia de una miel.  Una capa gruesa resbalara suavemente  por una superficie vertical.

 

3.7.3 Micro seco (Dry-micro).- Compuesto formado por aproximada-mente cinco volúmenes de micro-esferas en un volumen de resina. El dry-micro tiene la propiedad de permanecer estable como una crema batida o una pasta y no fluye. Es suficientemente húmedo como para tener una superficie viscosa. El dry-micro es usado como un relleno de propósito general para espuma en muchas aplicaciones.

 

 

3.8 El sistema cera + PVA

 

Como veras con mas detalle  en el capitulo 4, Para que el desmolde de moldes y piezas sea posible se usan varias capas de cera y luego varia capas de alcohol polivinilico.

 

3.8.1 Cera.

La más empleada  es la cera de "carnauba". Esta cera procede de la "Copernicia cerífera", planta indígena del Brasil. Es la más dura de las ceras naturales y la de punto de fusión mas elevado. Se usa en la fabricación de velas, cremas para el calzado, discos fonográficos y en el acabado de carrocerías de automóvil.

 

Si por alguna razón no puedes encontrar una cera especialmente formulada para uso con composites puedes usar perfectamente la ceras que se usan para dar brillo a las carrocerías como por ejemplo, el "Simoniz", el "Rally", y aun la "Bacerola" (usada para dar brillo a los zapatos) siempre que sea sin pigmento es decir la de color blanco.

 

3.8.2 PVA (Polivinyl Alcohol).

Es un líquido que se aplica en spray sobre cualquier superficie que necesite ser impermeabilizada. También se usa junto con cera de carnauba para formar una película que evita la adherencia entre capas resinosas.

 

Cuando trabajes con "cera de partición + PVA", generalmente se aplican cuatro capas de cera con una hora de espera entre la segunda y tercera capa. Después que la aplicación final ha secado y se haya amari-llado, el PVA puede ser rociado en todo el modelo.

 

Para mejores resultados, el PVA debería ser rociado en tres capas de fina neblina y permitirlos secar por 30 - 45 minutos. En ese tiempo debería curar en una película lisa y delgada. El PVA cuando se seca forma una película delgadísima parecida a un plástico corriente que impide que el molde y pieza de adhieran.

 

El PVA  puede conseguirse listo en cualquier almacén de resinas o de pinturas pero puedes conseguirlo también  en forma granulada (parecida al azúcar).  Para prepararlo se mezclan dos cucharadas de PVA en un litro de agua caliente a 60 ºC luego se mecen durante casi una hora hasta obtener la completa homogenización.


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