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Moldeo y conformación de
plásticos y materiales
compuestos
Ing. Fausto Oviedo F. MSc.
Escuela Politécnica Nacional
Faculta...
Polímeros
Polímeros sintéticos
Constitución de los polímeros:
Constitución de los polímeros:
Constitución de los polímeros:
Constitución de los polímeros:
Constitución de los polímeros:
Constitución de los polímeros:
Arquitectura de las cadenas
Constitución de los polímeros:
Arquitectura de las cadenas
Clasificación de los polímeros por su
comportamiento con la temperatura, en
concordancia con la arquitectura de sus cadena...
Constitución de los polímeros:
Constitución de los polímeros:
Ovillo estadístico y orientación
Constitución de los polímeros:
Orientación
Constitución de los polímeros:
Orientación; anisotropía
Constitución de los polímeros:
Cristalinidad
Constitución de los polímeros:
Enlaces Intermoleculares, Puente de Hidrogeno
Carácter Visoelástico de los polímeros
Conformado de plásticos
Extrusión
Extrusión
Productos extruidos
Comportamiento reológico del
material
Extrusora
Partes constitutivas de la extrusora
Husillo
Funciones del Husillo
Relación L/D
Relación de compresión CR
Valores referenciales de L/D y CR
Tipos de
Husillos
Tipos de extrusora
Extrusora convencional de un husillo
Extrusora de un husillo de alto
rendimiento
Extrusora de doble husillo
contra-rotante
Extrusora de doble husillo
contra-rotante
Extrusora de doble husillo co-rotante
Extrusora planetaria
Plato Rompedor
Sistemas periféricos
Perfilería extruida
Extrusión soplado de film
Extrusión soplado
Coextrusión
Recubrimiento de Cable
Conformado de plásticos
Inyección
Proceso de Inyección
Proceso de Inyección
Molde
Unidad de Inyección
Unidad de Inyección: Anillos de
Retención
Ciclo de Inyección
c) Mantenimiento
La presión en el ciclo de inyección:
La temperatura en el ciclo de Inyección
Presión y Temperatura en el ciclo de
inyección
Piel fría
Conformado de
Materiales
Compuestos
Introducción
Material Compuesto
Un material compuesto es un sistema
formado por dos materiales de
distintas fases, cuya combinación
pro...
Características de un Material
Compuesto
1. Constar de 2 o más materiales
( Químicamente distintos; Separados por
una inte...
Componentes un Material Compuesto
1. Matriz: Fase continua
2. Refuerzo: fase dispersa, cambia las
propiedades de la matriz...
Materiales de los Compuestos
Tanto la Matriz como los refuerzos pueden ser:
• Metales
• Cerámicos
• Polímeros
Propiedades del Material Compuesto
Dependen de:
1. Propiedades de las fases de los materiales
constituyentes.
2. Proporcio...
El uso de los Materiales Compuestos
• Necesidad de materiales con propiedades
inusuales
• Mayor resistencia específica
• D...
Clasificación
Unidireccionales
Multidireccionales
Tejidos
Mat.
Comp.
Reforzados con
partículas
Reforzados con
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Matrices
Funciones de la matriz
• Juntar a los materiales de refuerzo
• Proteger a los materiales de refuerzo del medio
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• Proveer propiedades como tenacidad, resistencia al
impacto, etc.
• Aislar una fibra o partícula de otra de modo que la
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La matriz debe:
• Poseer buena resistencia química
• Presentar poco encogimiento
• Adaptarse con facilidad al procesamient...
Tipos de Matriz
• Metálicas
• Cerámicas
• Poliméricas
• Ejemplos de Matrices
metálicas:
– Fibras de SiC o de boro en
matriz de aluminio
– SiC en una matriz de titanio
– Fibras ...
• Matrices Cerámicas:
– SiC reforzado con SiC
– Nitruro de silicio
reforzado con SiC
– Vidrio reforzado con
fibras de carb...
• Matrices Poliméricas:
– Compuestos reforzados con
carbono para partes de aviones
– Resina epoxi con fibras de boro
para ...
Refuerzos
Funciones del material de refuerzo:
• Soportar la carga
• Proveer rigidez, resistencia, estabilidad térmica y
ot...
Tipos de materiales de refuerzo
• Partículas
• Fibras
Partículas
De acuerdo al mecanismo de
consolidación:
• Partículas grandes o
agregados
• Consolidados por dispersión
De acu...
Tipos de Fibras
En función de los materiales:
1. Inorgánicas
Ti, Ni, Acero, SiC, C, B, Vidrio
2. Poliméricas
Aramida, poli...
Compuesto de PP con fibra de vidrio (FV)
FV PP
PP-gAM-FV
AM mejora interfase PP-FV
Interfaz
Rellenos
Funciones
• Reducir costos
• Incrementar el módulo
• Reducir el encogimiento en el molde
• Controlar la viscosida...
• Matriz y fibras de carbono
• Propiedades especiales:
– Temperaturas de servicio
mayores a 3000ºC
– Gran resistencia espe...
Conformación de material compuesto
con Matriz polimérica
a.- Preimpregnados
Conformación de material compuesto
con Matriz polimérica
b.- Moldeo de láminas
Conformación de material compuesto
con Matriz polimérica
c.- Moldeo con bolsa de vacío y con bolsa a presión
Conformación de material compuesto
con Matriz polimérica
d.- Devanado de filamento
Conformación de material compuesto
con Matriz polimérica
e.- Pultrusión
Conformación de material compuesto
con Matriz polimérica
d.- Devanado de filamento
Conformación de material compuesto
con Matriz Metálica
a.- Procesamiento en fase líquida
b.- Procesamiento en fase sólida
Conformación de material compuesto
con Matriz Metálica
a.- Infiltración por escurrimiento
Fibra prensada en caliente e imp...
Bibliografía:
-Kalpakjian; MANUFACTURA INGENIERÍA
Y TECNOLOGÍA;2002; Ed. PE; 1176p.
-Groover; FUNDAMENTOS DE
MANUFACTURA M...
Moldeo y conformación de plásticos y materiales compuestos
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Moldeo y conformación de plásticos y materiales compuestos

  1. 1. Moldeo y conformación de plásticos y materiales compuestos Ing. Fausto Oviedo F. MSc. Escuela Politécnica Nacional Facultad de Ing. Mecánica Abril 2013
  2. 2. Polímeros
  3. 3. Polímeros sintéticos
  4. 4. Constitución de los polímeros:
  5. 5. Constitución de los polímeros:
  6. 6. Constitución de los polímeros:
  7. 7. Constitución de los polímeros:
  8. 8. Constitución de los polímeros:
  9. 9. Constitución de los polímeros: Arquitectura de las cadenas
  10. 10. Constitución de los polímeros: Arquitectura de las cadenas
  11. 11. Clasificación de los polímeros por su comportamiento con la temperatura, en concordancia con la arquitectura de sus cadenas:
  12. 12. Constitución de los polímeros:
  13. 13. Constitución de los polímeros: Ovillo estadístico y orientación
  14. 14. Constitución de los polímeros: Orientación
  15. 15. Constitución de los polímeros: Orientación; anisotropía
  16. 16. Constitución de los polímeros: Cristalinidad
  17. 17. Constitución de los polímeros: Enlaces Intermoleculares, Puente de Hidrogeno
  18. 18. Carácter Visoelástico de los polímeros
  19. 19. Conformado de plásticos Extrusión
  20. 20. Extrusión
  21. 21. Productos extruidos
  22. 22. Comportamiento reológico del material
  23. 23. Extrusora
  24. 24. Partes constitutivas de la extrusora
  25. 25. Husillo
  26. 26. Funciones del Husillo
  27. 27. Relación L/D
  28. 28. Relación de compresión CR
  29. 29. Valores referenciales de L/D y CR
  30. 30. Tipos de Husillos
  31. 31. Tipos de extrusora
  32. 32. Extrusora convencional de un husillo
  33. 33. Extrusora de un husillo de alto rendimiento
  34. 34. Extrusora de doble husillo contra-rotante
  35. 35. Extrusora de doble husillo contra-rotante
  36. 36. Extrusora de doble husillo co-rotante
  37. 37. Extrusora planetaria
  38. 38. Plato Rompedor
  39. 39. Sistemas periféricos
  40. 40. Perfilería extruida
  41. 41. Extrusión soplado de film
  42. 42. Extrusión soplado
  43. 43. Coextrusión
  44. 44. Recubrimiento de Cable
  45. 45. Conformado de plásticos Inyección
  46. 46. Proceso de Inyección
  47. 47. Proceso de Inyección
  48. 48. Molde
  49. 49. Unidad de Inyección
  50. 50. Unidad de Inyección: Anillos de Retención
  51. 51. Ciclo de Inyección c) Mantenimiento
  52. 52. La presión en el ciclo de inyección:
  53. 53. La temperatura en el ciclo de Inyección
  54. 54. Presión y Temperatura en el ciclo de inyección
  55. 55. Piel fría
  56. 56. Conformado de Materiales Compuestos Introducción
  57. 57. Material Compuesto Un material compuesto es un sistema formado por dos materiales de distintas fases, cuya combinación proporciona propiedades que son diferentes a las de sus constituyentes
  58. 58. Características de un Material Compuesto 1. Constar de 2 o más materiales ( Químicamente distintos; Separados por una interface; Separables mecánicamente) 2. Propiedades únicas, superior alguna(s) a las de los componentes 3. Dispersión del un material en el otro controlable
  59. 59. Componentes un Material Compuesto 1. Matriz: Fase continua 2. Refuerzo: fase dispersa, cambia las propiedades de la matriz 3. Aleantes: Agentes de acoplamiento, rellenos, revestimientos Interfaz: Superficie de conexión M/R, También influye en las propiedades
  60. 60. Materiales de los Compuestos Tanto la Matriz como los refuerzos pueden ser: • Metales • Cerámicos • Polímeros
  61. 61. Propiedades del Material Compuesto Dependen de: 1. Propiedades de las fases de los materiales constituyentes. 2. Proporciones relativas de las fases 3. Geometría de las fases de refuerzo 4. Características de la interfaz
  62. 62. El uso de los Materiales Compuestos • Necesidad de materiales con propiedades inusuales • Mayor resistencia específica • Disminución del costo de los refuerzos • Posibilidad de automatización del proceso de fabricación
  63. 63. Clasificación Unidireccionales Multidireccionales Tejidos Mat. Comp. Reforzados con partículas Reforzados con Fibras Estructurales Grandes (interacción no atómica o molecular) Consolidados por dispersión (10-100 nm) Continuas Discontinuas Laminares Paneles sandwich Alineadas Orientadas al azar Nanométricas
  64. 64. Matrices Funciones de la matriz • Juntar a los materiales de refuerzo • Proteger a los materiales de refuerzo del medio ambiente, humedad, ataque químico y del daño mecánico (desgaste) • Transferir los esfuerzos a los materiales de refuerzo, y protegerlos de los esfuerzos de compresión • Proveer la forma a una estructura • Proveer acabado superficial de buena calidad
  65. 65. • Proveer propiedades como tenacidad, resistencia al impacto, etc. • Aislar una fibra o partícula de otra de modo que la propagación de grietas se detenga o su velocidad se reduzca • La matriz controla las propiedades químicas y eléctricas del compuesto.
  66. 66. La matriz debe: • Poseer buena resistencia química • Presentar poco encogimiento • Adaptarse con facilidad al procesamiento final del compuesto • Presentar estabilidad dimensional Matriz de Aluminio Reforzado con partículas De alúmina
  67. 67. Tipos de Matriz • Metálicas • Cerámicas • Poliméricas
  68. 68. • Ejemplos de Matrices metálicas: – Fibras de SiC o de boro en matriz de aluminio – SiC en una matriz de titanio – Fibras de carbono en matrices de magnesio, cobre o aluminio • Aplicaciones: – Cabezas de pistones para motores automotrices – Alabes de turbinas de gas – Paquetes electrónicos – Aplicaciones espacialesHerramientas de corteWC-Co
  69. 69. • Matrices Cerámicas: – SiC reforzado con SiC – Nitruro de silicio reforzado con SiC – Vidrio reforzado con fibras de carbono Aplicaciones: – Turbinas para turboreactores – Herramientas de corte – Partes de válvulas – Cojinetes – Hormigón Fibras de SiC reforzando una matriz de nitruro de silicio.
  70. 70. • Matrices Poliméricas: – Compuestos reforzados con carbono para partes de aviones – Resina epoxi con fibras de boro para palas de rotor de helicópteros – Compuestos con fibra de aramida para disminuir pesos – Termoplásticos con fibras naturales para partes de autos y madera plástica – Neumáticos – Equipos deportivos – Barcos
  71. 71. Refuerzos Funciones del material de refuerzo: • Soportar la carga • Proveer rigidez, resistencia, estabilidad térmica y otras propiedades estructurales • Proveer conductividad eléctrica o aislamiento
  72. 72. Tipos de materiales de refuerzo • Partículas • Fibras
  73. 73. Partículas De acuerdo al mecanismo de consolidación: • Partículas grandes o agregados • Consolidados por dispersión De acuerdo al material: – De vidrio – Minerales – Polvos metálicos
  74. 74. Tipos de Fibras En función de los materiales: 1. Inorgánicas Ti, Ni, Acero, SiC, C, B, Vidrio 2. Poliméricas Aramida, polietileno 3. Vegetales cabuya, abacá, sisal En función de su diámetros y características:  Whiskers  Fibras  Alambres En función de la continuidad:  Continuas  Discontinuas
  75. 75. Compuesto de PP con fibra de vidrio (FV) FV PP PP-gAM-FV AM mejora interfase PP-FV Interfaz
  76. 76. Rellenos Funciones • Reducir costos • Incrementar el módulo • Reducir el encogimiento en el molde • Controlar la viscosidad • Producir una superficie menos rugosa Ej: sílice, carbonato de calcio, etc.
  77. 77. • Matriz y fibras de carbono • Propiedades especiales: – Temperaturas de servicio mayores a 3000ºC – Gran resistencia específica – Excelente resistencia al desgaste – Resistencia al choque térmico – Facilidad de maquinado razonable • Aplicaciones: – Componentes de frenos – Pantallas térmicas – Toberas de cohetes Compuestos especiales
  78. 78. Conformación de material compuesto con Matriz polimérica a.- Preimpregnados
  79. 79. Conformación de material compuesto con Matriz polimérica b.- Moldeo de láminas
  80. 80. Conformación de material compuesto con Matriz polimérica c.- Moldeo con bolsa de vacío y con bolsa a presión
  81. 81. Conformación de material compuesto con Matriz polimérica d.- Devanado de filamento
  82. 82. Conformación de material compuesto con Matriz polimérica e.- Pultrusión
  83. 83. Conformación de material compuesto con Matriz polimérica d.- Devanado de filamento
  84. 84. Conformación de material compuesto con Matriz Metálica a.- Procesamiento en fase líquida b.- Procesamiento en fase sólida
  85. 85. Conformación de material compuesto con Matriz Metálica a.- Infiltración por escurrimiento Fibra prensada en caliente e impregnación de un lodo de matriz en polvo b.- Síntesis Química Un sol, fluido coloidal con fibra se convierte en un gel que es tratado térmicamente
  86. 86. Bibliografía: -Kalpakjian; MANUFACTURA INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA;2002; Ed. PE; 1176p. -Groover; FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA; 1997; Ed. Prentice Hall; 1056p -Quiroz F.; Conformado de plásticos -Guerrero V; Conformado de materiales Compuestos

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