Materiales estructurales

Los polímeros reforzados con fibras de vidrio y de carbono pueden ofrecer valores de tensión de rotura y módulo elástico comparables a los de metales como el aluminio y el zamak. Además, la resistencia a las condiciones de trabajo puede beneficiarse de la inercia química típica de los plásticos. No obstante, es esencial diseñar la geometría de los productos y el proceso de moldeo para aprovechar al máximo las particularidades y prestaciones de las matrices y los refuerzos. Aplicar métodos y criterios propios de los metales a los compuestos estructurales es un error profundo y potencialmente peligroso.

En términos generales, un contenido muy alto de fibra de vidrio (por encima del 50% en peso) dará lugar a valores máximos de módulo elástico y tensión de rotura: ideal para aplicaciones estáticas en las que la rigidez, la resistencia a largo plazo y la estabilidad dimensional son aspectos prioritarios. Si se prevén esfuerzos impulsivos, es preferible optar por un contenido de fibra menor, por ejemplo, del 40%. Un 50% de fibras de vidrio (o un 40% de carbono) constituye un buen compromiso entre ambas opciones de aplicación.

Por supuesto, LATI ofrece una amplia gama de materiales estructurales adecuados para operaciones de sustitución de metal y, al mismo tiempo, aptos para el contacto con agua y alimentos. Los grados basados en PP, PA, PPS y PPA, certificados por los institutos internacionales más importantes, pueden consultarse aquí (insert link). Atención: en este momento no existe fibra de carbono adecuada para estas situaciones.

Normalmente, las fibras cortas de refuerzo tienden a comprometer el rendimiento estético de los compuestos reforzados, dejando vetas y manchas características en la superficie. Se han realizado avances para mejorar el aspecto de estos grados: en particular, ya está disponible la gama de compuestos estructurales para aplicaciones estéticas LATIGLOSS. Se trata de compuestos desarrollados sobre PA6, PA66 y PPA, reforzados del 30 al 60% con fibra de vidrio y de carbono, capaces de garantizar un acabado superficial absolutamente uniforme. Consulte nuestra gama

Las fibras de vidrio permiten alcanzar una excelente resistencia y robustez manteniendo una buena relación rendimiento/precio. Por ello, los productos estructurales con fibras de vidrio son excelentes candidatos para cualquier proyecto de sustitución de metal. Los compuestos reforzados con fibras de carbono son proporcionalmente más rígidos, eléctricamente conductores, ligeramente autolubricantes y exclusivamente de color negro: normalmente se seleccionan para aplicaciones que requieren elevadas prestaciones mecánicas, ligereza, estabilidad dimensional y propiedades antiestáticas.

Por su naturaleza, los polímeros termoplásticos tienden a adaptar su disposición con el tiempo para minimizar el estado de tensiones internas. Esto se traduce en un aumento de la deformación en caso de una carga constante impuesta (fluencia) o en la relajación de tensiones internas en caso de un desplazamiento constante impuesto. El fenómeno implica un deslizamiento de las macromoléculas que puede verse considerablemente dificultado por las fibras de refuerzo. Para garantizar prestaciones fiables y seguras en productos sometidos a esfuerzos constantes a lo largo del tiempo, resulta por tanto adecuado adoptar compuestos reforzados: cuanto mayor sea la cantidad de fibras, menores serán los efectos del flujo viscoso.

La elevada presencia de fibras de refuerzo reduce de forma natural la posibilidad de añadir modificadores funcionales y aditivos adicionales. Sin embargo, en la gama LATI puede encontrar compuestos cargados al 40 o 50% con fibra de vidrio y, simultáneamente, autolubricantes, ignífugos y antiestáticos.

Una carga constante, aunque sea muy elevada, requiere materiales rígidos con alto módulo elástico, alta tensión de rotura y excelente resistencia a la fluencia. Un esfuerzo dinámico, por ejemplo un impacto, requiere en cambio un material capaz de distribuir el esfuerzo impuesto para absorber su energía mediante la deformación. En el primer caso, por tanto, puede optar por un material altamente reforzado, incluso con carbono (p. ej., 60% de fibra de vidrio o 40% de fibra de carbono); en el segundo caso, optará por un contenido de refuerzo menor (p. ej., 30 o 40% de fibra de vidrio).

El problema de la fatiga también existe en los materiales poliméricos y es decididamente complejo. El fallo por fatiga depende de múltiples factores, entre ellos el tipo, la frecuencia y la amplitud del esfuerzo (por ejemplo, una vibración). En general, el fallo se produce tras la formación de una grieta y su posterior avance en el material. La presencia de fibras de refuerzo ayuda a limitar el daño generado por posibles sobrecalentamientos locales y dificulta la propagación de grietas en el material.

Actualmente existen programas de simulación FEM con los que es posible evaluar de forma preventiva las prestaciones de un objeto fabricado con compuestos estructurales, teniendo en cuenta correctamente no solo las condiciones de contorno (cargas y restricciones), sino también la temperatura, el tiempo y las condiciones ambientales. LATI ofrece a sus clientes un servicio completo de codiseño y verificación de viabilidad.

Las fibras de vidrio y de carbono pueden ser muy abrasivas y provocar un desgaste rápido en moldes, boquillas, sistemas de alimentación y elementos plastificadores. El fenómeno es más rápido cuanto mayores sean las velocidades y los esfuerzos implicados (elementos que también pueden contribuir a romper las propias fibras, reduciendo su eficacia). Se recomienda adoptar aceros resistentes al desgaste y tratamientos de endurecimiento superficial cuando sea necesario, además de parámetros de moldeo correctos.