Boton empresa Boton Sistemes de reforç Boto Material Compost Boton Disseny de reforç Boton aplicacio del reforç Boto Obres de Referencia
 


COMPONENTS D'UN REFORÇ I FABRICACIÓ

Què és “un composite” o material compost?

Un material compost (“composite” o FRP fiber-reinforced polymer) és el resultat de la combinació de dos o més materials amb la finalitat d'obtenir una combinació única de propietats.

Els materials compostos han estat àmpliament utilitzats en la història amb la finalitat de millorar les propietats d'un material. D'aquesta manera durant segles s'ha utilitzat fang barrejat amb palla per a construir habitatges d'atovó.

Els materials compostos reforçats amb fibra es poden separar mecànicament. La principal característica d'aquests materials resideix en que un component conforma una matriu que embolica la resta de manera que els materials treballin com un de sol, però ambdós seguiran mantinguent els seus formats originals per separat.

En el cas dels productes per a reforç estructural, s'utilitzen fibres embegudes en una matriu polimèrica, sent la més habitual la matriu de reïna epoxi. Aquesta (la matriu) confereix rigidesa i protecció ambiental/química a les fibres. D'altra banda, les fibres contingudes més habituals solen ser de carboni, aramida i vidre, aportant al “composite” elevada resistència a tracció i elevat mòdul d'elasticitat.


 
 



 
 

El més important a tenir en compte és que la fibra és el component que “absorbeix” els esforços de tracció en la direcció axial a les mateixes. En sentit perpendicular a la direcció de les fibres, les propietats resistents seran exclusivament les que aporta la matriu polimèrica, sent clarament inferiors.

 
 


FUNCIONS DE LES FIBRES I LA MATRIU


Per a comprendre la funció dels materials compostos, és important conèixer la funció de cada component en el conjunt.

Principals funcions de les fibres:

1 . Aportar la resistència a tracció requerida enfront d'un esforç de tracció.
2 . Aportar rigidesa (elevat mòdul elàstic), resistència a tracció, entre altres paràmetres.
3 . Conductividad o aïllament elèctric, depenent del tipus de fibra.


 La matriu aporta propietats vitals al material compost millorant el seu rendiment:

1 . Obliga a les fibres a treballar de forma conjunta, i els transfereix els esforços de tracció.
2 . Aïlla les fibres entre elles, i així treballen de forma separada. Això evita/ralenteix la propagació de fisures en el suport.

La matriu actua com un revestiment de protecció de les fibres, protegint-les dels atacs mecànics (cops) i químics (ambient, substàncies agressives,…). Les Fibres de carboni són conductives, mentre que les d’aramida i vidre són aïllants.


 
 


CARACTERÍSTIQUES ESPECIALS DELS “COMPOSITES” ENFRONT DELS MATERIALS TRADICIONALS.


Els materials compostos han estat dissenyats i fabricats per a aplicacions que necessiten un alt rendiment amb una mínima càrrega morta a l'estructura.

Alguns dels avantatges que oferixen els composites enfront dels reforços tradicionals (normalment basats en solucions metàl·liques) són les següents:

1 . Totes les parts metàl·liques es poden reemplaçar per una única secció equivalent de material compost (o composite).

2 . Els composites tenen un alt mòdul elàstic. Tenen un mòdul més elevat que l'acer i només pesen una cinquena part que aquest.

3 . L'acer entra en fatiga quan se'l sotmet al 50% de la seva resistència a tracció. Els composites no mostren fatiga fins a, com a mínim, el 90% de la seva resistència a tracció.

4 . Els composites no s’oxiden. L'acer i alumini s’oxida davant la presència d'aigua i aire, i precisen d'una cura especial, sent obligat l'ús de pintures protectores. La matriu polimèrica d'un composite protegeix les fibres d'aquestes agressions.

5 . El coeficient d'expansió tèrmica dels composites és molt pròxim a zero. Gràcies a això, ofereixen una gran estabilitat dimensional en comparació amb els reforços metàl·lics.

6 . Els composites es fabriquen en grans longituds, permetent cobrir grans llums sense necessitat d'executar juntes, soldadures, mecanitzar peces, etc. Tot això deriva en un menor temps de fabricació, d'instal·lació i de costos.

7 . Per a l'aplicació d'un composite, es requereix d'eines lleugeres de mà. Els reforços metàl·lics s'han d'instal·lar mitjançant maquinària pesada, puntals, soldadures, etc. Els costos d'instal·lació d'un reforç de material compost són molt baixos i redueixen el cost global d'un reforç.

 
 


TIPUS DE FIBRA

Les fibres constitueixen el reforç del composite i li aporten la rigidesa i resistència característica. Els tipus de fibra més comunes són el vidre, aramida, carboni i bor. La fibra de aramida és la que aporta un major ràtio de resistència a la tracció-pes. En el nostre cas ens centrarem en les fibres de carboni per ser les d'ús més universal.

 Fibra de carboni

Les fibres de -grafit i carboni estan produïdes a partir de dos tipus de matèries primeres:  

  • Fibres PAN (poliacrilonitrilo), és una fibra polimèrica d'origen tèxtil.
  • Fibres  PITCH, s'obtenen de la brea de quitrà de hulla o bé petroli purificat.

Les primeres, són les més esteses en la producció de fibres de carboni, les fibres pitch aporten major rigidesa encara que són més fràgils (i es trenquen amb menors elongacions) produïnt fibres d'alt mòdul elàstic.

Durant el procés de fabricació, les matèries primeres s'exposen a l'oxidació, emprant per a això temperatures extremadament altes. Posteriorment, passen per processos de carbonització i grafitització. Durant aquests processos, les fibres originals sofreixen una sèrie de canvis a nivell químic que els aporten majors ràtios de rigidesa-pes i de resistència a tracció-pes.


 
 



GRAFIC FIBRES DE CARBONI DE LA ACI

 
 


TIPUS DE MATRIU

Amb la finalitat de que les fibres siguin les responsables d'absorbir els esforços, la matriu ha de ser de baix mòdul i ser més deformable que el reforç. Aquesta determina la temperatura de servei del sistema de reforç així com el tipus de procés de fabricació adequat per a la seva producció.

Els laminats de fibra de carboni que s'utilitzen en el reforç estructural, estan compostos en la seva majoria per una matriu de reïna termoestable de tipus epoxi.

Les reïnes termoestables, tenen la particularitat que una vegada endurides no es poden tornar a fondre o remodelar perquè no tornaran a l'estat original. El procés d'enduriment d'una reïna es denomina reticulació. Durant aquest procés en les reïnes termoestables, es formen cadenes tridimensionals entrellaçades entre sí. Degut a això, les molècules no són flexibles i, per tant, no es poden fondre ni remoldelar per a tornar a l'estat original de la reïna. Quant major sigui el nombre de cadenes tridimensionals entrellaçades, major serà la rigidesa del producte final i també major serà la temperatura de transició vítrea del mateix. Per aquesta raó, és important procurar treballar amb temperatures adequades quan manipulem reïnes termoestables. La raó d'ésser en el reforç estructural de les reïnes termoestables, és per la seva alta estabilitat tèrmica i dimensional, bona rigidesa, així com per la seva alta resistència elèctrica, química i a dissoldre's, a més d'oferir una bona impregnació de les fibres.

 
 



 
 

 
Reïna epoxi

És un tipus de reïna molt versàtil ja que posseeix un gran rang de propietats. La seva gran adherència en tot tipus de suports fa que sigui un producte àmpliament utilitzat en una gran varietat d'aplicacions. Per a millorar les seves prestacions, es modifiquen les seves propietats per a adequar-se a l'ús específic com la temperatura de transició vítrea, temps d'enduriment, viscositat, duresa, etc.

El curat d'una reïna epoxi, comença al mesclar-hi un enduridor (component II), creant una xarxa de molècules tridimensionals i resultant en un sòlid epoxídic que ofereix una alta resistència química i a la corrosió. La temperatura de transició vítrea d'aquest tipus de reïnes és dels majors, aportant un bon rendiment a temperatures fins a 80-100 ºC.

L'exposició de la reïna epoxi als rajos UV (reforços exposats a la llum solar) pot produir la seva degradació. Per a evitar que això ocorri és recomanable l'aplicació d'un revestiment en base de poliuretans.


 
 


FABRICACIÓ DE MATERIALS COMPOSTOS

 

El procés de fabricació preten dotar al mateix d'una determinada secció. En el cas de material de reforç estructural la secció més habitual és la rectangular, però poden fabricar-se seccions tubulars (tubs buits o massissos), formes complexes com xassís d'automòbils, etc.
 Al processat de laminats de fibra de carboni amb matriu termostable de reïna epoxi, es denomina pultrusio.

 
 
 



 
 


La pultrusió és un procés de fabricació continu, de baix cost, automàtic i d'alt volum, en el qual les fibres (reforç) impregnades amb reïna (matriu) són traccionades a velocitat constant a fi d'obtenir un producte d'una secció pradissenyada. Aquest procés és similar al d' extrusió de metalls a través d'un orifici, estirant del mateix en comptes de pressionar-lo a través d'aquest. La primera etapa del procés, canalitza les fibres i les impregna en un bany de reïna. Posteriorment, es fa passar el material impregnat per un motlle a una temperatura que assegura la correcta polimerització de la reïna, controla el seu contingut i dóna la forma desitjada al perfil. Finalment, es talla en la longitud desitjada, s'inspecciona el producte acabat i es realitzen assajos de control de qualitat per a certificar que la informació tècnica del producte és veraç.

 
 


PRODUCTE ACABAT

Mitjançant el processat per pultrusió de fibres de carboni amb una matriu de reïna epoxídica, obtenim els laminats de fibra de carboni. Són unes platabandes rígides de color grisenc fosc.

D'altra banda, existeixen els fulls de fibra de carboni. Estan formades pels filaments de fibra de carboni sense teixir, únicament mantenint la seva orientació mitjançant fils de fibra de vidre. Són làmines unidireccionals i flexibles, que permeten l'execució de laminats in situ mitjançant la impregnació manual (de vegades mitjançant maquinària específica) amb reïna epoxidica de fórmula adaptada.

Els fulls de fibra s'adapten fàcilment al parament irregular, mentre que els composites fabricats en indústria són rígids perquè es subministren pultrusionats i, per tant, només poden aplicar-se en paraments plans.

 
 

CONTROL DE QUALITAT

 Els fabricants dels productes faciliten la informació del control de qualitat de les partides subministrades, per a garantir la veracitat de la informació detallada en la fitxa tècnica dels productes. Existeixen diversos tipus d'assajos per a caracteritzar els productes que formen el sistema de reforç estructural. Tots ells estan continguts en normes ASTM, UNEIX, JIS (Japó), BS (British Standards), NF (França), DIN (Alemanya). Elles normalitzen la caracterització de reïnes de adhesió i de matriu i també l'assaig de plàstics reforçats amb fibres (resistència a tracció, contingut de reïna en la matriu, volum de fibres, etc.). Per a assajar les propietats, les normes estableixen les condicions de l'assaig (dimensions-tipologia de la proveta,…).

 
 


Diferens formats de presentació de la fibra de carboni: 

Laminatges de 50, 80, 100 i 120mm d'ample.
Es solen presentar en dos espessors comercials: 1, 2 i 1,4mm.

Teixits de fibra de carboni unidireccional:

En gramatge normal (200, 300, 400 g/m²) per a impregnació amb reïna en la seva posada en obra.
En gramatge alt 530 g/m² per a col·locar per saturació de reïna epoxi.



 
carbonconcrete.es © 2008 Todos los derechos de la web reservados. Diseñado por: Serveis Informàtics Josep