Procesos para materiales plásticos
Descripción
| Los procesos para plásticos tienen similaridad con algunos de los procesos de fundición o deformación descritos anteriormente. |
| Forma básica del material: granos o pasta (ver transparencias) |
| Los plásticos requieren temperaturas de operación menores que los metales y por lo tanto cuestan menos. |
Propiedades del polímero derretido
| Viscosidad |
| Visco-elasticidad |
| Índice de flujo de material derretido |
Procesos discutidos en clase
| producción de hojas y películas |
| producción de fibras y filamentos |
| procesos de cubiertas |
| extrusión | estudiar las ecuaciones relacionadas con el flujo volumétrico | |
| moldeo por inyección | estudiar las ecuaciones relacionadas con la compensación al encogimiento | |
| moldeo por soplido |
| moldeo por compresión |
| moldeo por transferencia |
Procesos para materiales compuestos
Definición
| Un material compuesto es una combinación de dos o mas fases quimicamente distintas e insolubles. |
| Esta combinación tendrá propiedades y rendimiento estructural superiores a los de sus componentes. |
Tipos de materiales compuestos
| Matriz de plástico |
| Matriz de cerámica |
| Matriz de metal |
Compuestos a base de matriz de plástico
| Se utilizan todos los tipos de plásticos como matriz: |
| termoplásticos |
| termofijos | los más comunes | |
| elastómeros |
Tipos de procesos
Tipos de procesos de molde cerrado
| Moldeo por compresión |
| Moldeo por transferencia |
| Moldeo por inyección |
Estructura de plásticos reforzados
| Estos consisten de fibras en una matriz continua. |
| Las fibras son fuertes y rígidas pero usualmente quebradizas. Algunas fibras son vidrio, grafito, boron y arámidos. |
| La matriz continua es a base de plásticos y complementa a alas fibras. |
| Si hay mas de un tipo de fibra el compuesto es híbrido. |
Fibras de refuerzo
| Vidrio = mas común, hay dos tipos de fibras: E (borosilicate) y S (magnesia-alumina-silicate). El producto se llama plástico reforzado con fibra de vidrio. |
| Grafito = mas caro pero menos denso que el vidrio. El producto se llama plástico reforzado con fibra de corbón. El grafito es 99% carbón (fibras de carbón son 90-95% carbón). |
| Arámidos = su nombre de fábrica es KEVLAR. Los arámidos son las fibras más fuertes. Sus propiedades |
| Boron = las fibras de boron es boron depositado en fibras de tungsteno mediande deposición química por vapor. |
| Otras = otras fibras son nilo, silicon, aluminio, etc. |
Tamaño y largo de las fibras
| El tamaño aproximado es de 0.01 mm (0.0004") de diámetro (las fibras de vidrio son mas resistentes que el acero 650 ksi) |
| Son cortas o largas |
| Sostiene y transfiere los esfuerzos a las fibras. |
| Protege las fibras del ambiente. |
| Previene la propagación de grietas. |
| Materiales posibles son los epoxies (en el 80% de los casos), poliester, silicon, polimidos |
Propiedades de plásticos reforzados
| Depende de la forma, tipo y orientación del material reforzante, el largo de las fibras y el pro ciento del material reforzante. |
| El tiempo y la temperatura influyen en las propiedades. |
| Un factor crítico en los plásticos reforzados es la fortaleza del enlace entre la matriz y la fibra. Los enlaces débiles pueden provocar delaminación estructural o desgarre de la fibra. |
| Mediante arreglos diferentes de la fibra podemos conseguir diferentes propiedades. |
Aplicaciones
| botes de fibra de vidrio |
| tanques |
| tuberias |
| componentes de aviones (estan reemplazando componentes de aluminio) |
Nuevos desarrollos: fibras en una matriz metálica
| Tiene una mayor resistencia, ductilidad y tenacidad que en las matrices de polímeros. |
| Sus limitaciones son mayor densidad y dificultad de procesamiento. |
Características de los polvos de ingeniería
| tamaño y distribución de las partículas |
| forma de las partículas y estructura interna |
| fricción entre partículas y características de flujo |
| empaquetado, densidad y porosidad |
| químiza y películas en la superficie |
Producción de los polvos metálicos
| Atomización | El metal derretido se rocía de forma que las gotas se solidifiquen en polvo. | |
| Reducción química | Utiliza reacciones química para reducir el material a polvo. | |
| Electrólisis | se coloca una celda electrolítica (CE) en el ánodo (la materia prima) | | el ánodo se disuelve lentamente | | la CE transporta el material disuelto y lo deposita en el cátodo, del cual luego se remueve | | Matriz continua | |
Nuevos desarrollos: fibras en una matriz de cerámica
| Ejemplos: silicon carbide y silicon nitride. |
| Aplicaciones: motores de autos y aviones, equipo de minas bajo mar, tanques, etc. |
Estructuras de panal de abejas
| Son otra forma de compuestos que tienen fortaleza y tenacidad específica. |
| La estructura consiste de formas corrugadas unidas por una cubierta exterior fina. |
| Ejemplo: cartón corrugado. |
Procesos
| Guías | En el caso de dos o mas materiales de fibra hay que velar su compatibilidad | | ver ejemplo sobre raqueta de tenis | |
| Moldeo de Laminados | mezcla de fibras se vierte entre las hojas de plástico para hacer un emparedado | | por vacíon o presión | | hojas de papel o telas son impregnadas con resinas líquidas termofijas, formando un "emparedado" que es curado a alta presión y temperatura. | | Ejemplos: láminas, tubos, rodillos, engranajes, superficies curvas, etc. | |
| Embobinado de filamentos | consiste en crear forma con fibra entretejida (como carretes de hilo) | | Producción de formas de paneles de abejas o corrugadas | | consiste en usar pegamento para unir capas de material y luego cortarlo y expandirlo | | las formas corrugadas se forman con rodillos y luego se pegan y cortan. | |
Consideraciones de diseño para los procesos de moldeo para plásticos o compuestos
Factores a considerarse
| requisitos del usuario (temperatura, ambiente, envejecimiento) |
| material (propiedades: resistencia a impacto, tensión, etc.) |
| diseño |
| proceso de producción requerido |
Consideraciones sobre diseño de moldes | cantidad de material necesaria para llenar el molde |
| remoción de aire |
| encogimiento | proveer transiciones suaves para evitar concentración de esfuerzos y promover flujo del material | | espesor de paredes | | tolerancias | | como remover pieza del molde (proveer cono o "taper" para facilitar extracción). | |
Guías para el diseño de moldes
| | Simplificar la geometría de la pieza que se va a producir. | | Evitar esquinas y ángulos afilados mediante transiciones con curvaturas suaves | |
| | El espesor de las secciones debe ser uniforme para evitar cavidades por encogimiento. | | Permitir un poco de inclinación (“draft”) para facilitar la remoción de la prieza o el patrón. | | Cambios menores pueden eliminar la necesidad de “cores”. | | Seleccionar tolerancias, terminados de superficies y compensaciones razonables. | |
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