El material de refuerzo constituye la estructura de soporte del producto de FRP, que determina fundamentalmente las propiedades mecánicas del producto pultruido. El uso del material de refuerzo también influye en la reducción de la contracción del producto y en el aumento de la temperatura de deformación térmica y la resistencia al impacto a bajas temperaturas.
En el diseño de productos de PRFV (plástico reforzado con fibra), la selección de los materiales de refuerzo debe considerar detenidamente el proceso de moldeo, ya que el tipo, el método de colocación y la composición de dichos materiales influyen considerablemente en el rendimiento de los productos de PRFV, determinando fundamentalmente su resistencia mecánica y su módulo de elasticidad. El rendimiento de los productos extruidos con diferentes materiales de refuerzo también varía.
Además, al tiempo que se cumplen los requisitos de rendimiento del producto del proceso de moldeo, también se debe considerar el costo, y se deben seleccionar materiales de refuerzo económicos en la medida de lo posible. Generalmente, el roving de hebras de fibra de vidrio sin deshilachado tiene un costo menor que los tejidos de fibra; el costo deesteras de fibra de vidrioes menor que la de la tela, y la impermeabilidad es buena, pero la resistencia es baja; la fibra alcalina es más barata que la fibra libre de álcalis, pero con el aumento del contenido de álcalis, su resistencia a los álcalis, resistencia a la corrosión y propiedades eléctricas disminuirán.
Los tipos de materiales de refuerzo comúnmente utilizados son los siguientes:
1. Mecha de fibra de vidrio sin torsión
Utilizando un agente de encolado reforzado, desenroscadomecha de fibra de vidrioSe puede dividir en tres tipos: seda cruda retorcida, mecha sin torcer directa y mecha sin torcer a granel.
Debido a la tensión desigual de los hilos retorcidos, es fácil que se comben, lo que crea un bucle suelto en el extremo de alimentación del equipo de pultrusión, lo que afecta al buen desarrollo de la operación.
La mecha sin torsión directa se caracteriza por una buena capacidad de agrupamiento, una rápida penetración de la resina y excelentes propiedades mecánicas de los productos, por lo que actualmente se tiende a utilizar mayoritariamente este tipo de mecha.
Las mechas a granel son beneficiosas para mejorar la resistencia transversal de productos como las mechas rizadas y las mechas texturizadas por aire. La mecha a granel combina la alta resistencia de las fibras largas continuas con el volumen de las fibras cortas. Es un material con alta resistencia a la temperatura, baja conductividad térmica, resistencia a la corrosión, alta capacidad y alta eficiencia de filtración. Algunas fibras se compactan hasta formar un monofilamento, lo que también puede mejorar la calidad superficial de los productos pultruidos. Actualmente, las mechas a granel se utilizan ampliamente a nivel nacional e internacional como hilos de urdimbre y trama para tejidos decorativos o industriales. Se pueden utilizar para producir materiales de fricción, aislamiento, protección o sellado.
Requisitos de rendimiento para mechas de fibra de vidrio sin torsión para pultrusión:
(1) No hay fenómeno de voladizo;
(2) La tensión de la fibra es uniforme;
(3) Buen agrupamiento;
(4) Buena resistencia al desgaste;
(5) Hay pocas cabezas rotas, y no es fácil esponjarlas;
(6) Buena humectabilidad y rápida impregnación de resina;
(7) Alta resistencia y rigidez.
2. Estera de fibra de vidrio
Para que los productos de FRP pultruidos tengan suficiente resistencia transversal, se deben utilizar materiales de refuerzo como la estera de filamentos cortados, la estera de filamentos continuos, la estera combinada y el tejido de hilo sin torsión. La estera de filamentos continuos es uno de los materiales de refuerzo transversal de fibra de vidrio más utilizados en la actualidad. Para mejorar la apariencia de los productos,alfombrilla de superficiea veces se utiliza.
La estera de filamentos continuos se compone de varias capas de fibras de vidrio continuas dispuestas aleatoriamente en círculo, y las fibras se unen con adhesivos. El fieltro superficial es un fieltro fino, similar al papel, formado por filamentos cortados de longitud fija dispuestos de forma aleatoria y uniforme, y unidos con un adhesivo. Su contenido de fibra oscila entre el 5 % y el 15 %, y su grosor es de 0,3 a 0,4 mm. Esto permite obtener una superficie lisa y estética, además de mejorar la resistencia al envejecimiento del producto.
Las características de la estera de fibra de vidrio son: buena cobertura, fácil saturación con resina, alto contenido de adhesivo.
Requisitos del proceso de pultrusión para la estera de fibra de vidrio:
(1) Tiene alta resistencia mecánica
(2) Para las esteras de filamentos cortados unidos químicamente, el aglutinante debe ser resistente a los efectos químicos y térmicos durante la inmersión y el preformado para garantizar una resistencia suficiente durante el proceso de formación;
(3) Buena humectabilidad;
(4) Menos pelusa y menos cabezas rotas.
Estera de fibra de vidrio cosida
Estera compuesta de fibra de vidrio
3. Esterilla de superficie de fibra de poliéster
El fieltro de superficie de fibra de poliéster es un nuevo tipo de material de fibra de refuerzo en la industria de la pultrusión. Existe un producto llamado Nexus en los Estados Unidos, que se utiliza ampliamente en productos pultruidos para reemplazaresteras de superficie de fibra de vidrioTiene buena eficacia y bajo costo. Se ha utilizado con éxito durante más de 10 años.
Ventajas de utilizar esteras de tejido de fibra de poliéster:
(1) Puede mejorar la resistencia al impacto, la resistencia a la corrosión y la resistencia al envejecimiento atmosférico de los productos;
(2) Puede mejorar el estado de la superficie del producto y hacer que la superficie del producto sea más lisa;
(3) La aplicación y las propiedades de tracción del fieltro de superficie de fibra de poliéster son mucho mejores que las del fieltro de superficie de vidrio C, y no es fácil que se rompan los extremos durante el proceso de pultrusión, lo que reduce los accidentes de estacionamiento;
(4) Se puede aumentar la velocidad de pultrusión;
(5) Puede reducir el desgaste del molde y mejorar la vida útil del molde.
4. Cinta de tela de fibra de vidrio
En algunos productos pultruidos especiales, para cumplir con ciertos requisitos de rendimiento específicos, se utiliza tela de vidrio con un ancho fijo y un espesor inferior a 0,2 mm, y su resistencia a la tracción y resistencia transversal son muy buenas.
5. Aplicación de tejidos bidimensionales y tejidos tridimensionales
Las propiedades mecánicas transversales de los productos compuestos extruidos son deficientes, y el uso de trenzado bidireccional mejora eficazmente la resistencia y la rigidez de dichos productos.
Las fibras de urdimbre y trama de este tejido no se entrelazan entre sí, sino con otro material tejido, por lo que es completamente diferente de la tela de vidrio tradicional. Las fibras en cada dirección se encuentran colimadas y no presentan ninguna deformación, por lo que la resistencia y rigidez del producto pultruido son mucho mayores que las de un compuesto de fieltro continuo.
Actualmente, la tecnología de trenzado tridireccional se ha convertido en el campo de desarrollo tecnológico más atractivo y activo en la industria de los materiales compuestos. Según los requisitos de carga, la fibra de refuerzo se teje directamente en una estructura tridimensional, cuya forma coincide con la del producto compuesto que la conforma. El tejido tridireccional se utiliza en el proceso de pultrusión para superar la cizalladura interlaminar de los productos de pultrusión de fibra de refuerzo tradicionales. Si bien presenta desventajas como una baja resistencia a la cizalladura y una fácil delaminación, su rendimiento entre capas es prácticamente óptimo.
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Fecha de publicación: 23 de julio de 2022
