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Poliester

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  1. 1. RESINAS DE POLIÉSTERPor Juan Francisco Díaz Gallego Las resinas son sustancias líquidas que pueden pasar al estadosólido mediante una reacción química provocada por un agente externo. Por sí solas no tienen la resistencia suficiente, es por eso quenecesitan de refuerzos* de otros materiales como la fibra de vidrio, queson los que aportan la flexibilidad y dureza necesarias para lafabricación de una embarcación.* Refuerzos: en nuestro caso fibra de vidrio, material encargado de suministrar resistencia y buencomportamiento mecánico al conjunto del trabajo realizado con resinas. Las resinas se presentan en forma de plásticos termoestables*que son los que se emplean en los materiales compuestos*.* Plásticos termoestables: Hay que decir primeramente que llamamos plásticos a aquellas sustancias dealto peso molecular que pueden transformar su estructura en otra muy diferente. Los plásticostermoestables son aquellos que necesitan de un agente externo (catalizador) para cambiar su estructuramolecular; una vez producida ésta, no pueden volver a su estado anterior, a diferencia de los plásticostermoplásticos (poliestireno, el nylon o el PVC).* Materiales compuestos o composites: esta última es la palabra inglesa que en español significamaterial compuesto. Los materiales compuestos son aquellos materiales que originalmente eran dos o más ypor medio de diferentes procesos se convierten en uno, siendo sus propiedades distintas a las propiedadesde los materiales originales. Así, cuando hablamos de un estratificado o laminado de fibra de vidrio conresina de poliéster es un composite, como también lo puede ser un laminado de Kevlar con epoxi, etc. Existen diferentes clases de resinas, entre las que se encuentranlas llamadas poliéster, vinylister* y epoxi. Estas últimas presentanmejores características de adhesión y resistencia al agua, aunque tienenun elevado precio. De todas formas y como veremos, en lasconstrucciones de barcos son utilizadas las de poliéster, que a su vezpodemos hablar principalmente de dos tipos:o Resinas isoftálicas, que tienen mejores propiedades que las ortoftálicas, sobre todo porque son más resistentes al agua, ya que tienen una absorción de humedad casi nula.o Resinas ortoftálicas, que son utilizadas comúnmente en embarcaciones siempre y cuando se utilicen en las capas exteriores de la embarcación (sobre todo en la zona del casco, las resinas de tipo isoftálicas). El motivo de utilizar éstas se debe a su precio más bajo. Como veremos más adelante esto se traduce en Gel-Coat*, que incluyen necesariamente resinas isoftálicas.* Vinylirter: el proceso de curado y los elementos que intervienen en él son muy similares a las resinas depoliéster con el inconveniente de necesitar altas temperaturas. Por esta circunstancia, no son adecuadas enconstrucción naval.
  2. 2. * Gel-coat: material formado por resina de poliéster, pigmentos y otras sustancias, que se emplean comocapa exterior de cualquier embarcación construida sobre molde en PRFV.PROCESO DE CURADO DE LAS RESINAS El curado es el proceso por el cual las resinas pasan de su estadolíquido inicial al estado sólido. Para este cambio se necesita la presenciade la resina, el catalizador y el activador (acelerador). La reacción esexotérmica*, comenzando la elevación de la temperatura nada másproducirse la mezcla de los diferentes elementos, siendo capaz de subirla temperatura de la resina hasta los 160 ºC. En la construcción navallas elevaciones de temperatura no son tan acusadas como lascomentadas, debido fundamentalmente a la extensión de las superficiesde trabajo.* Reacción exotérmica: Incremento brusco de la temperatura de la resina. Una vez la resina está en fase de utilización y se quiere provocarla reacción de polimerización*, los inhibidores* permiten que medie undeterminado tiempo hasta que se produce el endurecimiento para que laresina se pueda trabajar. La reacción de polimerización por sí sola no seproduce, o se produce con mucha dificultad. Para facilitarlo se utilizanlos catalizadores, los cuales se añaden a la resina en el momento de lautilización.* Polimerización: es el tiempo que transcurre de ésta hasta el curado de la misma una vez catalizada laresina. Durante esta fase, la resina se desprende del monómero (el más utilizado es el estireno) que seencuentra mezclado con la resina y es uno de los elementos líquidos empleados en la fabricación de la resinay que permite que el catalizador reaccione consiguiendo que la resina comience el proceso deendurecimiento una vez catalizada.* Inhibidores: son productos que el fabricante de resinas incluye en ellas, para la fabricación,almacenamiento y reacción de la resina. Los catalizadores o endurecedores son productos que inician lareacción de la polimerización para el endurecimiento de la resina. Por logeneral son el único producto que junto con la resina maneja elaficionado en un trabajo de laminado*.* Laminado o estratificado: son capas de fibra mezcladas con resina catalizada. Suelen ser peróxidos orgánicos que se añaden a la resina enforma líquida en una concentración que varía entre el 1% y el 2% enpeso de resina. Incluso aun existiendo otros factores que favorecen lareacción de polimerización, tales como la elevación de temperatura,condiciones idóneas ambientales, etc. debe siempre respetarse laconcentración de catalizador que se ha de utilizar.
  3. 3. Los acelerantes son unos compuestos químicos que al reaccionarcon el catalizador permiten que la polimerización se haga a temperaturamenos elevada. El acelerador generalmente viene incluido por elfabricante, pero en caso de tener que hacerlo nosotros convieneextremar las precauciones e incluirlo después del catalizador, ya queéste puede llegar a generar una explosión si se realiza conjuntamente. Dentro del proceso de curado se llama polimerización al tiempo dereacción de la resina, desde la gelificación hasta el curado. El curado ensí consta principalmente de tres fases:o La gelificación. En la que se produce el paso de la resina de un estado inicial líquido viscoso, pero con facilidad de fluir, a un gel blando.o El endurecimiento. La resina pasa de gel blando a endurecida o sólido.o La maduración. Durante la cuál la resina adquiere todas sus características mecánicas y químicas. Las dos primeras fases son relativamente cortas (20 a 30minutos). La última de ellas tiene lugar a lo largo de varias horas si sehace con estufas de calor o semanas si se realiza a temperaturaambiente. Los principales factores que intervienen en el proceso de curadoson: o El tipo de resina empleada. o La temperatura ambiente, la mayoría de las resinas no curan a temperaturas inferiores a 10 ºC. o La naturaleza y cantidad de catalizador y activador. A mayor cantidad de ambos menos tiempo de gelificación. o La naturaleza y cantidad de cargas*. Si éstas son elevadas retrasan el curado. o La humedad relativa. Es necesario mantener una humedad relativa entre el 40% y el 54%. Esto se debe.... o El Exceso de insolación (son bastante perjudiciales los rayos ultravioletas). o El Incremento de la temperatura del proceso, la cuál reduce el tiempo de gelificación. A temperatura ambiente no se debe sobrepasar los 27 ºC por cuestiones puramente lógicas. o Espesor del laminado, cuyo aumento disminuye el tiempo de gelificación.
  4. 4. Se pueden controlar los tiempos de curado actuando sobre losparámetros: temperatura, cantidad de acelerador y de catalizador. Estacircunstancia pierde interés en construcciones individuales.* Cargas: Son en su mayoría materiales derivados de minerales empleados como material de relleno (parahacer masillas).TIPOS DE PROCESOS Cuando se utiliza resina y refuerzos de vidrio con el objeto defabricar laminados* pueden ser elaborados a través de diferentesprocesos: - Proyección simultánea - Moldeo por contacto manual - Moldeo por vacío. - Prensado. - Inyección, etc. El proceso utilizado a nivel de aficionado y aconsejado para larealización de trabajos a nivel de piezas, reparaciones o embarcacionesunitarias es el moldeo por contacto manual, que como veremos requierede una menor mecanización y consecuentemente un menor gasto enadquisición de maquinaria, aunque sí necesita una mayor dedicación. En el moldeo por contacto manual, se impregna el refuerzo con lamano con la ayuda de un rodillo o una brocha. La calidad de un laminado depende mucho de la forma deaplicación. En la construcción naval un laminado por proyección no tienela misma calidad que un laminado manual y un laminado por presióntiene superior calidad que el manual, todo esto utilizando los mismosmateriales. (Ej. poliéster reforzado con fibra de vidrio).MODO DE MEZCLAR LAS RESINAS Una vez que se ha catalizado una cantidad determinada de resina,su período de vida en el recipiente (periodo de trabajo) es muy corto(unos 15 minutos aproximadamente). Se sabe que una gran cantidad deproducto, tanto dentro de la vasija de trabajo como en el mismolaminado, endurece con mayor rapidez que una capa delgada (debido aque de esta forma produce mucho más calor). Una paleta de mezcla agitará el producto de una manera másefectiva, pues los aparatos eléctricos de alta velocidad producengeneralmente burbujas de aire.
  5. 5. Normalmente se deben de utilizar vasijas distintas para elmezclado del producto (resinas + catalizador) y para humedecer elrodillo con el que impregnar el manto de fibra. A la hora de remover debemos de mezclar muy bien con elcatalizador y rebanar el mismo movimiento en todas las esquinas de lavasija durante un minuto aproximadamente. Ni que decir tiene que unavez traspasada la resina a otra vasija se debe limpiar rápidamente conacetona o si es del tipo desechable, deshacernos de ella sin recurrir a lamisma para realizar otra mezcla. No existe problema ninguno si la vasija es de plástico, a no serque se mezcla durante mucho tiempo endureciendo la misma yproduciéndose su deformación debido al calor.A LA HORA DE COMPRARLAS La resina es suministrada con unas determinadas condiciones dereactividad, viscosidad y tixotropicidad. La reactividad va a fijar el tiempo que se puede tener preparada,una vez añadido el catalizador, sin utilizar la resina. El grado de viscosidad va a condicionar el tipo de telas de fibraque se van a utilizar, ya que la penetración de la resina en la fibra va aestar estrechamente unida a la viscosidad. En construcción naval, es corriente tener que laminar en paredesverticales. Esto va a condicionar el uso de resinas con un alto grado detixotrópicas. Echamos una ojeada a la ficha técnica siguiente:CRAY VALLEY ficha técnicaESTRATIL A 252 TYResina de poliéster no saturadoPRESENTACIÓNLíquido opaco azul.NATURALEZA DEL PRODUCTOResina de poliéster no saturado, ortoftálica, de reactividad media, tixotrópiaca, preacelerada, de exotermiacontrolada y con revelador de catalilzación.MODO DE TRANSFORMACIÓN - Contacto - ProyecciónAPLICACIÓN - Pieza industrial
  6. 6. - NáuticaCARACTERÍSTICAS (Viscosidad y Reactividad)*Peso específico a 25 ºC: 1,12 g/cm3Visc. Brookfield RV, 25º, móvil nº 2- a 5 rpm : 14 dPa.s- a 50 rpm : 4.5 dPa.sExtracto Seco : 56.5 %Reactividad:- Método : XPO29- Temperatura de ensayo: 25 ºC- Sistema catalítico : 15 MEKP 50%- Cantidad de resina: 100 g.- Tiempo de gel : 20 min.- Tiempo total : 36 min.- Temperatura máxima: 160 ºCPROPIEDADES DE LA RESINA POLIMERIZADA NO REFORZADAPeso específico : 1,20 g/cm3Resistencia a tracción (ISO 527) : 55 MPaElongación a la rotura (ISO 527) : 2,1 %Resistencia a flexión (ISO 178) : 100 MPaMódulo de flexión (ISO 178) : 4000 MPaTemperatura de deformación :Bajo carga (ISO 75 A) : 90 ºCContracción : 7 %ESTABILIDAD AL ALMACENAMIENTO4 meses al abrigo de la luz, temperatura inferior a 25 ºC y en envase cerrado.OBSERVACIONES GENERALESEsta resina contiene antes de endurecer productos volátiles inflamables, debiendo tomarse las medidas deprecaución habituales en estos casos.Para más información consultar la ficha de seguridad del producto.* VISCOSIDAD Y REACTIVIDAD En el moldeo por contacto manual la viscosidad recomendable es: - a 5 rpm: 14 dPa.s - a 50 rpm: 4,5 dPa.s Así mismo, la reactividad recomendada es una reactividad media que sitúa el tiempo de gel entrelos 15 a 20 minutos.(5) Inciso en la ficha técnica: - a 5 rpm: 14 dPa.s - a 50 rpm: 4,5 dPa.s - Extracto Seco: 56,5 % Cuando se habla de Brookfield RV quiere decir que para medir laviscosidad de la resina se va utilizando un viscosiómetro rotacional tipoBrookfield. Se hace necesario indicar el tipo de viscosíometro usado,puesto que dependiendo del tipo de equipo (LV, RV, etc.) conlleva aobtener diferentes valores de viscosidad sobre la misma muestra. Elvalor de la viscosidad obtenido depende de la RPM usada en la medicióny del contenido de sólidos, es decir, a mayor contenido de sólidos mayorserá el valor de viscosidad obtenido. Por este motivo es convenienteindicar la concentración a la cual se lleva a cabo la medición deviscosidad. Esta es la misma razón por la que también se debe indicar sila evaluación se realiza en base seca o en base húmeda. La viscosidad es inversamente proporcional a la temperatura, esdecir, a mayor temperatura de medición menor es la viscosidadobtenida. Nuestras mediciones se llevan a cabo a 25 ºC.
  7. 7. Los fabricantes deberán, a través de las etiquetas del producto ola ficha técnica del mismo, dar esas mismas especificaciones que hemosvisto en el ejemplo anterior. En la resina sin catalizar se calcula una vida media de 6 mesesaproximadamente. El tiempo de almacenamiento será suministrado porel fabricante. Hay que tener en cuenta que la ausencia de cualquier tipode acelerador aumenta su período de almacenamiento si el tipo deresina, como hemos hablado antes, es del tipo isoftálico ó ortoftálico. Enla mayoría de tiendas de efectos navales se pueden conseguir resinas ysobre todo en aquellos proveedores de la industria, que por normageneral se relacionan con el nombre de Composites. Una forma de conseguir un buen comercial, sobre todo si senecesita comprar en grandes cantidades, es utilizar los mismosproveedores que utilizan los astilleros. Una vez yo, que no encontrabaninguno que me convenciera, así lo hice y de una forma un tantoparticular sólo tuve que acercarme a uno de los astilleros que más cercase encontraba y que trabajaban con plásticos. Me dediqué a ojear losenvases de botes y bidones desechables que arrinconan siempre enalguna zona para deshacerse de ellos y fijarme en las etiquetas. El restoes fácil, porque normalmente suele llevar el nombre del comercio que lesirve e incluso dirección y algún que otro teléfono. Es necesario comprobar que la resina que se compra tiene lasespecificaciones exactas para las condiciones de trabajo de lo quequeremos hacer y si está indicada para el procedimiento de construccióny la composición química del mat o tejido* que vamos a utilizar.* Mat: es una tela no tejida fabricada a partir de hilos cortados de fibra, distribuidos al azar y unidos por unligante.* Tejido: telas de fibra tejidas. Por entrecruzamiento de los hilos de fibra a lo largo y a lo ancho, cruzándoseambas fibras en el ligamento.PROPIEDADES DE LA RESINA EN ESTADO SÓLIDO OPOLIMERIZACIÓN Tenemos que tener en cuenta varias propiedades una buenaresistencia a la flexión, a la tracción, a la comprensión, al impacto y a ladureza. No exponiéndose a fuentes de calor mayores a los 85º C nodeben presentar problemas de distorsión. Esto quiere decir que las propiedades de los PRFV son muyparecidas a otros materiales como la madera y el aluminio e incluso que
  8. 8. los laminados de PRFV tienen mayores prestaciones sobre algunos deellos.GEL-COAT Se trata de pintura en base a resinas poliéster pigmentadas y concargas, que aportan propiedades como elasticidad, dureza, resistencia ala luz y al calor. El Gel-coat endurece químicamente por la acción de unreactivo (catalizador) que inicia la transformación de la resina del estadolíquido a la consistencia de un gel en los primeros minutos, pasando alestado sólido al cabo de un cierto tiempo. Se emplean en las superficies externas de todas lasembarcaciones de fibra de vidrio construidas en molde. Esta aplicacióntiene la característica de proporcionar color y brillo, consiguiendo unaspecto suave y atractivo a la última capa, acabado característico deestas embarcaciones. Por lo general los gel-coat utilizados en laconstrucción naval utilizan resinas del tipo isoftálico, que son muchomás resistentes al agua. Otra de las características importantes de losGel-coat es su tixotropicidad. Cuando se utiliza top-coat no es otra cosa que gel-coat parafinadocon el fin de que polimicen totalmente la superficie. Esto es debido aque la parafina forma una fina película exterior y queaísla la superficie de contacto con el aire , lo que permite al gel-coatsecar totalmente. Cuando queremos volver a colocar otra capa de gel-coat o realizar un laminado sobre la misma deberemos de lijarla otratarla previamente con algún producto que la haga desaparecer, yaque sobre la parafina no hay buena adherencia. Si tuviéramos que realizar nosotros mismos la mezcla de gel-coaty parafina para conseguir el top-coat añadiremos una solución deparafina al 2 ó 3%. Por lo general esta se puede comprar ya preparada. El gel-coat se puede aplicar directamente con brocha o rodillo. Sise quiere utilizar a pistola o soplete debe diluirse con acetona o estireno,procurando no abusar o no utilizar proporciones mayores de un 10% dediluyente para no perjudicar el proceso de un curado adecuado. Otro tipo de gel-coat de interés en la construcción sobre molde esel Gel-coat matricero también llamado negro matricero, fabricado conresinas de muy alta calidad que confieren gran brillo y dureza a lassuperficies internas de las matrices o moldes con los que queremos
  9. 9. conseguir la fabricación de la pieza de la parte de un barco (casco,cubierta, cabina, etc). Nota: El gel-coat, aunque no se le ponga parafina y, siempre quese haya catalizado y acelerado (esto último casi siempre suele venirincluido en su compra) convenientemente, cura y seca perfectamente. Elproblema es que sin parafina el proceso de curado en contacto con elaire crea una capa un poco mordiente que siempre se puede quitar conun paño y acetona. El estireno parafinado o parafina que se le aplica al gel-coat (top-coat) produce una acabado mate y tiene el inconveniente como se hacomentado antes de que, si se quiere aplicar alguna otra capa encima,actúa como película antiadherente. Existen en el mercado diversos tipos de gel-coat de tipo standard,sanitario, auto extinguible, anticorrosivo, etc. Que no deben serconfundidos con los que se utilizan en náutica. Igualmente la cantidadde gel-coat utilizar, debe ser tal que se consiga un espesor de capa deentre los 0,3 y 0,8 mm. A veces si son dos capas las que se les da a unmolde debemos dar una de gel-coat y otra más con un mayor grosordonde se coloca una capa llamada Velo de Superficie para evitar que seescurra, aunque los gel-coat son altamente tixotrópicos. Y por supuestohay que entender que cualquier capa de gel-coat debe ser echada deuna manera uniforme, para conseguir una protección eficaz.Para este artículo se han empleado textos y gráficos de: • Construcción de buques de pesca en poliéster reforzado con fibra de Vidrio. Jorge Tejedor Del Valle • Mecánica de motores marinos y construcción de embarcaciones en poliéster. Formación Pesquera. Consejería de Agricultura y Pesca Junta de Andalucía. • Varios autores (Internet)

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