PRACTICA N°3 Por Sergio Paúl Condori Pacara
October 10, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
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GUIA DE PRÁCTICAS VIRTUAL MATERIALES COMPUESTOS I DOCENTES: DR. ALEJANDRO SILVA / DR. ROCIO TAMAYO JEFE DE PRÁCTICAS: ING. ANNJEANET CANAHUA SOSA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN LABORATORIO ING. DE MAT. COMPUESTOS PRACTICA N° 3:
USANDO LA REGLA DE MEZCLAS PARA MATERIALES COMPUESTOS
POR:
SERGIO PAÚL CONDORI PROGRAMA DE INGENIERIA DE MATERIALES
GUIA DE PRÁCTICAS VIRTUAL MATERIALES COMPUESTOS I DOCENTES: DR. ALEJANDRO SILVA / DR. ROCIO TAMAYO JEFE DE PRÁCTICAS: ING. ANNJEANET CANAHUA SOSA
PRÁCTICA N°3: USANDO LA REGLA DE MEZCLAS PARA MATERIALES COMPUESTOS PROGRAMA DE INGENIERIA DE MATERIALES --------------------------------------------Datos del alumno------------------------------------------- Apellidos/Nombres: Condori Pacara Sergio Paúl A Semestre: N° de grupo: CUI: 20163229 Turno(A o B): A 1
I.
OBJETIVOS
II.
Iden Identitififica carr los los comp compon onen ente tess con con los los qu que e se van van a re real aliz izar ar las las probetas Repasar conceptos desarrollados en teoría Usar la regla de mezclas para predecir algunas propiedades de nuestro compuesto y fracciones volumétricas
FUNDAMENTO T TE EÓRICO Regla de mezclas Ciert Ciertas as pr prop opie ieda dade dess de un ma mate teria riall co comp mpues uesto to depe depend nden en so solo lo de la lass cantidades y propiedades relativas de los constituyentes individuales. La regla de las mezclas puede predecir estas propiedades con exactitud; por lo tanto tan to la pro propie piedad dad de mat materi erial al com compue puesto sto sera sera igual igual la sum sumato atoria ria del producto de las propiedades de cada uno de los componentes multiplicado por la fraccion volumetrica de cada uno de los componentes
Para un sistema de dos componentes (matriz - refuerzo o fase dispersa)
Por lo que esta regla de mezclas predice que el módulo elástico del compuesto (Ec) está comprendido entre un máximo y un mínimo y es función de la fracción de volumen (V).
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Relación resistencia-peso
Resistencia específica: RE = / Módulo específico: ME = E/ límite de fluencia : densidad E: módulo de elasticidad :
Tipo de compuesto 1.Compuestos reforzados con partículas
Reforzados con partículas grandes (> 1 mm)
Regla de mezclas
-El grado de aumento de las -Densidad del compuesto propiedades de la matriz depende de la fuerza de c = Vm m + Vf1 f1 + Vf2 f2 + cohesión en la interfase matriz…. + Vfn fn partícula. Cuando hay n constituyentes -En la mayoría de los módulo elástico del compue com puesto stos, s, la fas fase e dis disper persa sa -El es más dura y resistente que la compuesto, Ec, está comprendido en entr tre e un mí míni nimo mo y un má máxi ximo mo,, matriz (más blanda y dúctil). según la regla de las mezclas. -La -L as partículas tienden a restri res tringi ngirr el mov movimi imient ento o de la matriz. -Las pro propie piedad dades es mec mecáni ánicas cas aument aum entan an al inc increm rement entars arse e la cantidad de partículas -L -Las as int nter erac acccione ioness ma mattrizrizpartícula se describen mediante la mecánica continua, y no a nivel atómico o molecular.
Reforzados
-Las partículas tienen un diámetro aproximado entre 10 y 100 nm
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con partículas dispersas (< 1 mm)
2.Compuestos estructurales
Compuestos laminares
-Las int intera eracci ccione oness mat matriz riz-pa -partí rtícul cula a se pue pueden den des descri cribir bir a nivel nivel atómico o molecular. -El endurecimiento de la matriz se produce debido a la interacción de las partículas con las dislocaciones (mecanismo de corte o de Orowan). -El -El incr increm emen ento to de la re resi sist sten enci cia a de dell co comp mpue uest sto, o, cu cuan ando do la lass pa part rtíc ícul ulas as son son inco incohe heren rente tess co con n la matr matriz iz,, es está tá in inve vers rsam amen ente te relacionado con el espaciado entre partículas (dp). El esfuerzo de corte necesario para que las dislocaciones se muevan a través de las partículas (Orowan) es función de este espaciado: t = (Gmb)/dp; Gm es el módulo de cizalle de la matriz y b el vector de Burger. -Se arreglan los componentes Propiedades paralelamente al laminado en series de capas alternadas -Cuando se aplican cargas, los -Cuando es esfu fuer erzzos re ressulta ultant ntes es son proporc prop orcion ionale aless a los mód módulo uloss elás elástticos icos y de co corrte de lo loss constituyentes.
-
Densidad : c = Vi i
-
Conductividad eléctrica: c = Vi i
-
Conductividad térmica : kc = Vi ki
-T -Tam ambi bién én internos pued pueden endebido ap apar arec en - Módulo de elasticidad : esfuerzos aecen las contra con tracci ccione oness o exp expans ansion iones es Ec = Vi Ei de las diferentes láminas (diiferentes (d relaciones de Propiedades perpendicularmente Posisson). al laminado: -Densidad : -En esfuerzos transversales, se c = Vi i produ pro duce cen n esfu esfuer erzo zoss de co cort rte e -Conductividad eléctrica: entre las superficies de c = Vi/ i 1/ 1/ contacto. -Conductividad térmica : -Módulo
1/kc = Vi/ ki
de elasticidad :
1/Ec = Vi/ Ei
Compuestos -Material compuesto por dos láminas externas o caras, de mayor tipo sándwich resistencia, y entre ellas una capa de material menos denso (núcleo), de baja rigidez y baja resistencia. 3.Compuesto reforzados con fibras
Fibras continuas
Existe Exis te una una long longititud ud de fibr fibra a -Densidad : crí crític tica a (lc ) para para aume aument ntar ar la c = Vm m + Vf f resistencia y rigidez del compuesto: - Conductividad eléctrica: c = Vm m + Vf f
f :
- Conductividad térmica : kc = Vm km + Vf kf
resistencia a la tracción de - Deformación, se puede la fibra
GUIA DE PRÁCTICAS VIRTUAL MATERIALES COMPUESTOS I DOCENTES: DR. ALEJANDRO SILVA / DR. ROCIO TAMAYO JEFE DE PRÁCTICAS: ING. ANNJEANET CANAHUA SOSA d :
diámetro de la fibra
considerar: c = m = f
esfu esfuer erzo zo de cort corte e de la matriz (resistencia de la unión fibra-matriz)
c :
Densidad :
Fibras
Fibras dispuestas al azar, es
-
discontinuas
más difícil predecir las propiedades del compuesto.
Vi i -Resistencia ac =lafractura
)/d + c = (l c Vf )/d
m Vm
-Módulo de elasticidad
Ec = K Ef V Vf + + Em Vm K: parámetro de eficiencia de la fibra
*Si l = = lc : la carga máxima se consigue en e n el centro de la fibra Si l > > lc : el reforzamiento es más efectivo Si l < < lc : el reforzamiento es insignificante (la matriz se deforma alrededor de la fibra, casi no existe transferencia del esfuerzo) l
lc
lc
(normalmente 15 ) fibras continuas Si l < >> < lc fibras cortas lo>discontinuas
Con respecto al módulo de elasticidad de materiales compuestos con fibra continua:
Si la ca carg rga a se apli aplica ca para parale lela lam men entte a las las fibra ibrass co cont ntin inua uass unidireccionales Ec = Vm Em + Vf Ef
Si el esfuerz rzo o apl pliicado es muy gran and de (l (la a cu currva es esffuer erzzo deformación no es lineal) Ec = Vf Ef
Si la carga se aplica perpendicularmente a las fibras continuas: 1/Ec = Vm/Em + Vf /E /Ef
Para cargas longi longitudin tudinales, ales, la relaci relación ón entre la fuerza soport soportada ada por la matriz (Fm) y la fibra (Ff) pude expresarse como:
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II IIII.
DE DESA SARR RROL OLLO LO EX EXPE PERI RIM MEN ENTA TAL L 1. A ccon onttinu nuac aciión identificamos que tipo de material compuesto que elegimos
Material de probeta elegida MATRIZ REFUERZO Poliester Ortoftalico
Fiber E-GLASS
2. Ahor Ahora a ident identifi ificam camos os la regla de mezcl mezclas as que tendremo tendremoss que aplicar aplicar para par a prede predeci cirr la densidad y el modulo elástico en función a los componentes que vamos a utilizar en nuestro compuesto
Propiedad Densidad
Regla de mezclas ρc = ρf ∗V f + ρm∗V m ρc =2.5∗V f f + 1.1∗(1−V f )
Módulo de elasticidad
Ec = E f ∗V f + E m∗V m Ec =72.35∗V f + 3.4∗( 1 −V f )
PROPIEDADES DE LOS CONSTITUYENTES:
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IV.
RESULTADOS todoss los los da dato toss qu que e pu pued edas as ob obte tene nerr acer acerca ca de los los Ahora investiga todo componentes compon entes utilizar utilizaras as para hacer tu probeta, probeta, la información información que recopi recopiles les debe estar organizada.
Compuesto de resina poliéster ortoftalica-fibra de vidrio tipo E. 1. FIBRA DE VIDRIO-E. En internet se puede encontrar proveedores de fbras de
2.
vidrio que orecen la fcha técnica del producto. (Final+Advanced Materials) o tambien puede encontrarse fbras de vidrio en endas de Arequipa, como las cintas de fbra de vidrio. En erreterías puede encontrarse fbra de vidrio, por lo general suelen ser del po E. Matriz poliéster Orolico. Puede encontrarse en internet, descrito como el
económico y buenas propiedades, es el de mayor uso común. 3. más Una vez determinado el proveedor, se cuenta con las tablas de propiedades de
4.
los componentes (fchas bibliográfcas) y también de las l as fchas técnicas que puedan proporcionarnos las empresas por internet. Finalmente, primero se determinará el volumen del compuesto para ser usado (Vc), luego se PROPONDRA un volumen raccionario (V) de fbra para la experimentación, se obene V y Vm, y los pesos de cada componente por su densidad.
Vc ( cm 3 )=Vf ( ( cm 3 )+ Vm ( cm 3 )
Vf= x % Vf (( cm 3)= x %∗Vc ( cm 3 ) Vm ( cm 3 )=( 1− x % )∗Vc ( cm 3 ) Por densidad se calcula la masa a usar: M ρ = =¿ Mf = ρf ∗Vf ;Mm = ρm∗Vm Vm;; fibra fibra y matrizrespectivamen matrizrespectivamente te V
5. Luego se procedería a preparar la resina aplicar una pre-capa base, luego la fibra y luego otra capa de resina. Se deja que cure y se procede a experimentar en función del Vf. ENLACES DE PÁGINAS DE CONSULTA EN LA BIBLIOGRAFIA
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MODULO ELASTICO LONGITUDINAL
DENSIDAD CUANDO Vf=0,3 y Vf=0,6
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V.
CUESTIONARIO 1. Us Usan ando do la re regl glaa de me mezc zcla lass en co comp mpue uest stos os refo reforz rzad ados os co con n fibras unidireccionales, si el esfuerzo se aplica paralelo a las fibras ¿cómo simplificaría la ecuación si la matriz rompe antes que la fibra? Caso: Matriz rompe antes que la fibra. Entonces trabajaren función de la deformación máxima de la matriz, que se obtiene dela ley de Hook con el usando el esfuerzo aplicado para su rotura Em ϵ máx= σ m∨máx ;despejar ϵ max
Entonces se tiene:
2. Iden Identi tifi fiqu quee al algu guna nass de la lass prop propie ieda dade dess im impo port rtan ante tess de los los materiales compuestos de plástico reforzado con fibra. - Lo Loss co comp mpue uest stos os de ma matr triz iz pol polim imér éric ica a de dest stac acan an en pr prim imer era a instancia de una elevada tasa en relación de densidad-resistencia a esfuerzos en comparación con otras matrices. - Los polímeros como matriz ofrecen un medio de protección eficaz contra agentes oxidantes o corrosivos, de la humedad. - Las matrices poliméricas son más flexibles y pueden ser más trabajables, desde que se puede moldear.
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3. ¿T ¿Tod odas as la lass pr prop opie ieda dade dess se puede pueden n pred predeci ecirr co con n la regl reglaa de mezclas? ¿porque? - Si en parte porque la regla de mezclas permite aproximar las propiedades. propied ades. Pese a su simplicidad, simplicidad, usa enfoqu enfoques es intuitivos intuitivos y de gran utilidad para introducir los conceptos básicos del análisis micromecánico. Hay otras formulas que se derivan de la regla de mezcla mezc lass pa para ra po pode derr fo form rmul ular arse se de ta tall fo form rma a qu que e so son n má máss exactas.
4. Que fact factores ores de deben ben de tomarse tomarse en cuenta cuenta al d diseñar iseñar un mate material rial compuesto reforzado con fibra
VI.
Los ac Los acto tore ress se serí rían an la lass ca carac racte terí ríst stic icas as de la fifibra bra:: lo long ngititud ud,, diámetro, orientación y cantidad de fibras (Vf).
La ra razó zón n en enttre la lon ongi gitu tud d y el di diám ámet etro ro de la fi fibr bra a es proporcional a la resistencia del compuesto.
Mayor volumen de fibras incrementa la resistencia y rigidez del compuesto; hasta un 80% por encima de esta transferencia de esfue esf uerzo rzoss de deja ja de se serr ef efic icie ient nte. e. La tr tran ansf sfere erenc ncia ia de car carga ga depende de que tan fuerte es su interfase, las características de la intercara o superficie de las fibras. Debe tener una buena compatibilidad, para que halla cohesión entre los constituyentes.
CONCLUSIONES - La regla de mezclas es una herramienta base para predecir el comportamiento micromecánico de los materiales compositos sirve de guía para la formulación de ecuaciones más exactas (predicciones semi-empiricas). - De la regla de mezclas se desprende la posibilidad de predecir varias propiedades y sus formulas varían conforme las características de los reforzantes. - El material que se eligió para formar el compuesto, fue escogido por su facilidad de adquisición en las ferreterías y que la información de sus propiedades es muy accesible.
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VII. -
BIBLIOGRAFIA hps://tecnologiadelosplascos.blogspot.com/2011/12/fbra-de-vid hps://tecnologiadelospl ascos.blogspot.com/2011/12/fbra-de-vidrio.html#:~:text=Los rio.html#:~:text=Los %20pos%20de%20fbra%20de,de%20boro)%2C%20vidrio%20E%2D
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hps://spanish.alibaba.com/product-detail hps://spanish. alibaba.com/product-detail/clear-liquid-marine-orthophth /clear-liquid-marine-orthophthalic-unsaturatedalic-unsaturatedpolyester-resin-or-hand-lay-up-rp-boats-yachts-50046069502.html? spm=a2700.8699010.normalList.29.43c54b224ZAKFX
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RESINA
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hp://www.motorex.com.pe/blog/que-es-la-resina-poliester/ hp://www.motorex.com.pe/bl og/que-es-la-resina-poliester/
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hp://zinco.com.pe/producto/resina-poliester-ortoalica-transpar hp://zinco.com.pe/produ cto/resina-poliester-ortoalica-transparente ente hp://www.tudistribuidorperu.com/index.php/resina-fb hp://www.tudistribui dorperu.com/index.php/resina-fbra-de-vidrio/resina-poliesterra-de-vidrio/resina-poliesterortoalica.html
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hp://www.motorex.com.pe/blog/dierencias-resina-poliester-isoal hp://www.motorex.com.pe/bl og/dierencias-resina-poliester-isoalica-ortoalica/ ica-ortoalica/
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FIBRA
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hps://www.fnalhps://ww w.fnal-materia materials.com/g ls.com/gb/26-eb/26-e-glass-fb glass-fbre re
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hp://www.motorex.com.pe/c/fbra-de-vidrio/fbra-de-vidrio/ hp://www.motorex.com.pe/c/fbra-de-vi drio/fbra-de-vidrio/
-
hps://www.promart.pe/cinta-de-fbra-de-vidrio-48mm-x-73-2-metros/p hps://www.promart.pe/cinta-d e-fbra-de-vidrio-48mm-x-73-2-metros/p
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ANEXO: PROPIEDADES Y CARÁCTERISTICAS DE LOS MATERIALES DEL COMPUESTO RESINA POLIESTER Caracteríscas generales Caracteríscas
Las
resinas
de
poliéster
son resinas
de
po
insaturado.
Estos
son
compuestos termoestables capaces de endurecer parendo de un estado líquido si son somedos a las condiciones apropiadas. Esa es caracterísca principal de este po de resinas y, al mismo empo, su mayor ulidad. Tipos de resina de poliéster Por lo general este material se clasifca en dos clases de poliésteres bastante comunes que se emplean en la industria del laminado. El primero es el poliéster ortoálico, ortoálico, una resina económica de mayor rigidez, pero menor resistencia al agua. La segunda alternava es el poliéster isoálico isoálico,, que se está convirendo en el material preerido en la industria marina por su alta resistencia al agua. Resina de poliéster ortofálica También conocido como poliéster de propósitos generales , ue el primero de los dos en ser creado. Tiene un costo bajo y es muy ulizado en la industria del plásco reorzado con fbra. Se trata de un material basado en ácido ortoálico que conene entre 35% y 45% de esreno. Se uliza principalmente en industrias que no requieren propiedades de alta resistencia y unciona sasactoriamente en tanto en agua común como en salada. Resina de poliéster insaturado ortofálica para uso general . Es de reacvidad media, de baja viscosidad y alto porcentaje de no-voláles. Excelente resistencia mecánica, alta resistencia hidrolíca, buena resistencia al impacto, buena aceptación a todo po de cargas inertes y rápidos ciclos de desmolde.
-
Para abricacion de carrocerias,maniquís,na. carrocerias,maniquís,na. Es usada en la abricación de partes reorzadas con fbra de vidrio en general por moldeo manual, etc..
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Resina de poliéster isofálica Este es un compuesto mejorado, por lo que sus propiedades son superiores a las de la resina ortoálica. Asimismo, este material posee una resistencia mucho mayor al ser expuesto al agua y conene entre 42% y 50% de esreno . Tiene un costo ligeramente más elevado, pero lo compensa con un mejor desempeño en disntas áreas, algunas de las cuales veremos a connuación. connuación.
Proceso de mezcla Durante la preparación de la mezcla se necesita mucho cuidado. La resina y los adivos deben removerse con paciencia y cuidado para que los componentes se dispersen de manera uniorme. Asimismo, si se permite que el aire se introduzca en la mezcla, la calidad fnal se verá aectada. Si no se ene cuidado durante el proceso de laminado, se pueden ormar burbujas de aire dentro del producto fnal, lo que debilitará la estructura. También es importante considerar la candad de catalizador y acelerador que se agrega. Demasiado catalizador catalizador ocasionará que el proceso de gelación resulte demasiado rápido. Si se emplea muy poco, el resultado no raguará raguará apropiadamente. apropiadamente.
FIBRA DE VIDRIO Proceso de mezcla Durante la preparación de la mezcla se necesita mucho cuidado. La resina y los adivos deben removerse con paciencia y cuidado para que los componentes se dispersen de manera uniorme. Asimismo, si se permite que el aire se introduzca en la mezcla, la calidad fnal se verá aectada. Si no se ene cuidado durante el proceso de laminado, se pueden ormar burbujas de aire dentro del producto fnal, lo que debilitará la estructura. También es importante considerar la candad de catalizador y acelerador que se agrega. Demasiado catalizador catalizador ocasionará que el proceso de gelación resulte demasiado rápido. Si se emplea muy poco, el resultado no raguará raguará apropiadamente. apropiadamente.
Fabricación de fbra de vidrio E El óxido de boro se agrega a sílice , sílice , cal, alúmina y alúmina y magnesia , magnesia , mientras que los óxidos alcalinos están excluidos, para obtener la fbra de vidrio. Esta composición se enciende y, a alrededor de 800 ° C, la pasta undida comienza a adquirir una consistenc consistencia ia viscosa, luego líquida: se vitrifca. A 1400 ° C, es casi homogéneo, pero las úlmas burbujas e impurezas solo desaparecen del vidrio a 1500 ° C. Cuando se refna, la masa undida es perectamente transparente transparente cuando sale del horno y la masa se pasa a través de matrices (placas de aleación de plano peroradas con cientos de agujeros) para producir un hilo de vidrio. Este hilo se dimensiona, se enrolla y se seca.
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Otros pos de vidrio incluyen
Vidrio R : alto rendimiento mecánico: este po de flamento se creó a pedido de sectores avanzados como la aviación, el espacio y las municiones. Cumple con las especifcaciones de resistencia del material a la l a aga, temperatura o humedad. Gracias a su alto rendimiento técnico, se puede ulizar para ortalecer las palas de helicópteros, pisos de aviones, tanques de combusble de cohetes y misiles y sus lanzadores.
Vidrio D : excelentes caracterísc caracteríscas as dieléctricas: los compuestos de vidrio basados en D, que enen pérdidas dieléctricas muy bajas, se ulizan como material permeable para ondas electromagnécas con enormes ventajas en términos t érminos de propiedades eléctricas.
Vidrio AR : resistente a los álcalis: el vidrio AR está especialmente desarrollado para el reuerzo de morteros de cemento estándar. El alto contenido de óxido de circonio lo hace resistente a los compuestos alcalinos generados durante la
solidifcación.
Vidrio C :: El vidrio C se uliza para la l a producción de velos de vidrio que requieren propiedades resistentes a la corrosión (protección externa de tuberías, capa protectora de tuberías compuestas). compuestas).
Propiedades de la fbra de vidrio E Propiedades mecánicas y sicas
Los productos de fbra de vidrio E son parcularmente resistentes a la abrasión y la vibración y enen una excelente exibilidad. El hilo de vidrio ene una resistencia específca más alta (resistencia a la tracción / masa volumétrica) que la del acero. Esta caracterísca caracterísc a permite desarrollar hilos de vidrio que reuerzan los compuestos de alto rendimiento.
Propiedades electricas y acúscas
Sus excelentes propiedades de aislamiento eléctrico, incluso a bajo espesor, combinadas con su resistencia mecánica y su comportamiento a dierentes temperaturas, ueron la base para las primeras aplicaciones de la rosca de vidrio.
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Propiedades termales
La fbra de vidrio E ene baja conducvidad térmica. Para feltro, por ejemplo, la conducvidad conducvida d es de 0.03 W / mK. La fbra puede soportar temperaturas superiores a 600 ° C y no es combusble.
Resistencia química
Los productos fbrosos de fbra de vidrio E son resistentes a aceites, solventes y la mayoría de los agentes químicos. También son a prueba de pudrición.
Estabilidad dimensional
El hilo de fbra de vidrio es insensible a las variaciones de temperatura y humedad y ene un bajo coefciente de expansión.
Ventajas de la bra de vidrio E
Inorgánico Buena resistencia a la abrasión y a las vibraciones. VIncombusble Resistente a la pudrición Resistente a los principales agentes químicos. Excelente resistencia dieléctrica. Excelente estabilidad dimensional Compable con troqueles orgánicos.
Aplicacioness de la bra de vidrio E Aplicacione
Aislamiento electrico y termico Varios reuerzos Productos compuestos Sellado de puertas o tuberías de horno. Protección de cables, vainas y tuberías. Protección de la bobina de inducción.
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