Poliéster reforzado con fibra de vidrio – Trámex

Alicia Ubeira Millán »

Puede definirse una fibra como un material flexible, homogéneo que tiene una elevada relación entre la longitud y el grosor, siendo este además muy pequeño.

Desde tiempos antiguos el hombre ha utilizado las fibras que le proporcionó la naturaleza, tanto de origen vegetal como el algodón, o de procedencia animal como la lana.

Las fibras mantienen su importancia en la sociedad actual y la química industrial ha incidido en el sector proporcionando unas fibras de síntesis con propiedades superiores a las de los productos naturales.

Por lo tanto, las fibras de vidrio son fibras minerales elaboradas a partir de sílice, cal, alúmina y magnesita. A estas se les añade óxidos diversos y se trituran finamente consiguiendo una masa homogénea. Estos filamentos pueden ser hechos con distintos tipos de vidrio, designados con las letras A, E, C, AR y S.

Las fibras de vidrio empleadas como refuerzo de los poliésteres suelen ser de tipo E, y admiten distintas morfologías, es decir, pueden incorporarse como fibras cortas, en forma de fieltro, en forma de aglomerados unidireccionales, en forma de tejidos bidireccionales y en forma de hilo continuo que se impregna en la matriz y se rebobina alrededor de un molde.

La estructura de las fibras de vidrio se describe a tres niveles de organización molecular, cada uno de ellos relacionados con un aspecto de sus propiedades.

El de mayor importancia corresponde a la propia naturaleza de la unidad estructural y a la naturaleza del enlace. Las propiedades de la fibra están condicionadas por estas características, como las propiedades químicas, capacidad de tinción, absorción de humedad, propiedades físicas, etc.

Un segundo nivel se relaciona con la longitud de la cadena, distribución de la fibra, rigidez, tamaño y forma.

Finalmente un tercer nivel supermolecular tiene en consideración la organización espacial de las macromoléculas.

Tipos de fibras de vidrio

Existen cinco grupos:

FIBRAS TIPO E

Es una fibra inorgánica compuesta de 53-54 % de SiO₂, 14-15,5 % de Al₂O₃, 20-24 % de CaO, MgO y 6.5-9 % de B₂O₃ y escaso contenido en álcalis. Este tipo de fibra posee buenas propiedades dieléctricas, además de sus excelentes propiedades frente al fuego. El vidrio tipo E tiene un peso específico de 2.6g/cm³.

Como propiedades químicas destacar su resistencia a los disolventes así como la alta resistencia a la intemperie, rayos ultra violeta y al ataque de microorganismos.

Este tipo de fibras tiene infinidad de aplicaciones, entre ellas en el sector de la construcción, en la automoción, como por ejemplo composites para componentes de vehículos. En el deporte se encuentra presente en utensilios para la práctica de deportes como esquís, pértigas, canoas… a su vez también se destacan sus usos industriales como en piezas plásticas, componentes para ordenadores…

FIBRAS TIPO AR

La fibra de vidrio tipo AR es una fibra de alto contenido en óxido de zirconio. Este tipo de fibra posee muy buenas propiedades de resistencia a compuestos alcalinos. Tiene un peso específico de 2.7 g/cm³.

Entre sus propiedades químicas destacar su resistencia a los disolventes así como la alta resistencia a la intemperie, rayos ultra violeta y al ataque de microorganismos.

Sus aplicaciones más comunes son a nivel industrial, como por ejemplo usada como fibra de refuerzo en morteros a base de cemento, sustitución de amianto en tejados, paneles de fachadas, piezas de recubrimiento…

FIBRAS TIPO C

La fibra de vidrio tipo C es una fibra inorgánica compuesta de un 60-72 % de SiO₂, 9-17% de CaO, MgO y 0.5-7 % de B₂O₃. Se caracteriza por su alta resistencia química, por ello se suele aplicar para aquellos productos que necesiten de dicha propiedad. Tiene un peso específico de 2.5 g/cm³.

Como propiedades químicas nombrar su resistencia a disolventes, así como de su alta resistencia a la intemperie y al ataque de microorganismos.

Sus aplicaciones son meramente industriales destacando los productos donde se necesite de una alta resistencia química, para torres de refrigeración, material para techos, tanques de agua, tuberías, barcos…

FIBRAS TIPO D

Una fibra tipo D es una fibra inorgánica compuesta de 73-74 % de SiO₂ y 22-23 % de B₂O₃. Son fibras que poseen muy buenas propiedades dieléctricas, además de sus excelentes propiedades frente al fuego. Su peso específico es de 2,14 g/cm3.

Entre sus propiedades químicas cabe destacar la absorción de humedad a 20 grados y 60 % de humedad relativa.

Destacamos entre sus aplicaciones más características su uso en composites permeables a las ondas electromagnéticas, radares, ventanas electromagnéticas, circuitos impresos de alta gama…

FIBRAS TIPO R

La fibra de vidrio tipo R es una fibra compuesta de un 60 % de SiO₂, 25 % de Al₂O₃, 9 % de CaO y 6 % de MgO. Posee buenas propiedades mecánicas y es resistente a la fatiga, temperatura y humedad. Su peso específico es de 5,53 g/cm³.

Como al igual que en las anteriores destacamos como propiedades químicas su alta resistencia a los disolventes, así como a la intemperie, rayos ultra violeta y ataque de microorganismos.

Sus aplicaciones son meramente industriales, se utiliza como fibra de refuerzo en palas de helicópteros, componentes en aeronáutica, cisternas de cohetes, misiles, lanza misiles…

Fabricación de la fibra de vidrio

Las fibras se fabrican por hilado, que es un proceso de extrusión a través de un disco finamente agujereado.

Se extrude tanto el material fundido como el material en disolución. Una vez que el polímero ha sido hilado debe solidificar.

El material hilado se pasa por una hilera para conseguir regularidad en el mismo. A la salida de esta, el material experimenta un cambio de temperatura, de concentración y de reacciones químicas que provocan esa solidificación.

Seguidamente la fibra ha de ser estirada para conseguir buena resistencia a la tensión. Durante el estiramiento se consigue que las cadenas no cristalinas se orienten y que tenga lugar la cristalización.

Las fibras generalmente se estiran al pasar a través de dos rodillos o un sistema de rodillos. Las fibras individuales aumentan de manera irreversible varias veces su tamaño original. La relación de la longitud estirada a la no estirada, que es controlada por la relación de las velocidades de la superficie de los rodillos, se denomina razón de estiramiento.

En muchos casos se aplica calor a las fibras justo antes o durante el estiramiento para favorecer el proceso. El grosor de la fibra cabe comentar que va a depender del proceso anterior de estiramiento.

Según su uso final puede ser sometida a otras operaciones como procesos de relajación térmica que aumentan la estabilidad dimensional, retorcimiento y entrelazado que aumentan la cohesión.

Los procesos de hilado son conocidos como procesos de hilado del fundido, hilado seco e hilado húmedo.

¿Qué es el poliéster?

Es un polímero técnico que ha alcanzado gran importancia en materiales de todo tipo que se desarrollaron intensivamente desde los años anteriores a la Segunda Guerra Mundial.

Los poliésteres fueron los primeros en aparecer debido a que la reacción de esterificación es la más estudiada de química orgánica y mejor conocida, con lo que en 1930 ya había conocimiento para abordar síntesis de poliésteres lineales alifáticos de alto peso molecular.

Se define como un compuesto orgánico no saturado capaz de polimerizar con otros monómeros de doble enlace, formando estructuras tridimensionales de resistencia mecánica muy elevada.

Son muchos los procedimientos y rutas de síntesis que se pueden emplear para llegar a poliésteres, pero la vía más común es la reacción de un diol (dialcohol) con un diácido o un derivado reactivo de un diácido como puede ser un diéster o un dihaluro de acilo. En la preparación de los poliésteres comerciales de mayor interés práctico se utilizan dioles alifáticos (glicoles) y diácidos o diésteres, según el esquema de síntesis general de poliésteres, como se muestra a continuación:

HO-(CH₂)_n-OH + XOC-R-COX → -[-O-(CH₂)_n-OOC-R-CO-]_n + XH

Esta reacción se lleva a cabo por policondensación en fundido, a temperatura superior de la temperatura de fusión del polímero, y el producto secundario (XH), que es agua, si se utilizan monómeros diácido o alcohol si se utilizan monómeros diester, se elimina continuamente para favorecer el desplazamiento de la reacción.

Entre las propiedades del poliéster se destacan:

• Resistencia a la degradación por rayos ultra violeta 
• Resistencia térmica
• Resistencia mecánica y a todo tipo de químicos 
• Resistencia a la hidrólisis
• Resistencia al impacto 
• Flexibilidad
• Propiedades inertes
• Propiedades dieléctricas
• Propiedades de auto extinción ante el fuego así como propiedades antiabrasivas
• Propiedades antideslizantes
• Propiedades constructivas monolíticas-sellantes (ausencia de soldaduras y uniones)
• Propiedades elasométricas

Poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV)

El poliéster con fibra de vidrio se agrupa dentro de los materiales compuestos que se definen como combinaciones de dos materiales formando fases distintas para obtener determinadas estructuras que permitan aprovechar aquellas propiedades de interés de cada uno de los componentes. Normalmente las propiedades que interesan son las mecánicas.

Las condiciones que deben cumplir las sustancias combinadas son:

a) Que no se disuelvan una en otra, es decir, que en el material compuesto se reconozcan sus constituyentes.
b) Que existan interfases entre los constituyentes.
c) Que exista compatibilidad entre sus constituyentes.

Las propiedades de los materiales compuestos dependen no solo del polímero que forma la matriz, sino también de la geometría de la distribución de las fibras. Las mejores propiedades suelen darse en la dirección en la que están alineadas las fibras de refuerzo.

Las fibras de vidrio empleadas en el refuerzo de los poliésteres suelen ser de tipo E, las más comunes, y admiten distintas morfologías, es decir pueden incorporarse como fibras cortas, en forma de fieltro, de aglomerados, en forma de tejidos bidireccionales y en forma de hilo continuo.

Fabricación del PRFV

La fabricación del poliéster con fibra de vidrio tiene lugar mediante un proceso denominado pultrusión.

Según la Wikipedia:

La pultrusión es un proceso productivo de conformado de materiales plásticos termorrígidos para obtener perfiles de plástico reforzado, de forma continua, sometiendo las materias primas a un arrastre y parado por operaciones de impregnado, conformado, curado y corte. Este proceso se caracteriza por un buen acabado superficial.

Una vez el PRFV formado, podremos destacar de este las siguientes propiedades:

• Características mecánicas
• Relación resistencia/peso
• Grandes posibilidades de adaptación
• Alta resistencia química y a la intemperie; inatacables por microorganismos y fisiológicamente inertes
• Alta estabilidad dimensional, baja absorción de agua y resistencia a elevadas temperaturas
• Nula necesidad de mantenimiento
• Posibilidad de reparaciones fáciles y rápidas 
• Elevada resistencia de aislamiento y rigidez
• Resistencia a la corrosión electrolítica y agresiva

Trámex

El trámex es un nuevo material que se emplea en sustitución de aceros debido a su gran resistencia su bajo peso y su carácter anticorrosivo.

Combina hilos de fibra de vidrio con poliéster, para formar un panel fuerte y moldeado de una pieza. Esto provoca que el poliéster le confiera rigidez y resistencia química mientras que la fibra de vidrio garantiza al material las mejores propiedades mecánicas.

Dado que es un material compuesto, las características de este son muy variadas:

• Resistente a la corrosión
• Resistente a productos químicos 
• Resistente al desgaste
• Resistente a los rayos UV
• Aislamiento térmico y eléctrico 
• Bajo peso y fácil manipulación  Antideslizante
• Mantenimiento mínimo
• Fácil mecanizado y montaje 
• Económico

Cara a la industria, propiedades como la resistencia a la corrosión, a productos químicos y al desgaste son muy importantes ya que implicará que el material usado a la intemperie permanecerá inatacable. Debido a esta propiedad este nuevo material sustituye a los aceros y otros metales.

Debido a sus características de fácil montaje y mantenimiento mínimo este material abarata costes, ya que no necesita de maquinaria específica para su montaje ni de personal cualificado.

Todas estas características hacen del trámex un material “económico”. Es decir, su coste no es demasiado elevado, aunque existen materiales más económicos que cumplen la misma función, sin embargo, las características de resistencia y mantenimiento mínimo hacen de este un material económico, ya que no necesitara repararse ni sustituirse, como ocurre con los materiales metálicos.

Sus campos de aplicación son muy diversos, y se pueden destacar los siguientes:

• Sector naval
• Plataformas marinas 
• Paseos
• Industria química
• Industria alimentaria 
• Acuicultura
• Aguas residuales 
• Alcantarillado
• Falso techo 
• Decoración

En el sector naval destacamos por ejemplo el empleo de este material en las bodegas, salas de máquinas y pasarelas.

En la industria alimentaria se puede hacer mención por ejemplo a la industria láctea, ya que en ella los suelos están compuestos de este material, esto es debido a que la leche está compuesta de ácidos, que en contacto con el suelo lo degradan, sin embargo este material permanece inalterado.

Los trámex existen en diferentes medidas, que se observan en la siguiente tabla:

Esto quiere decir que existen trámex de medida 25 mm, de 30 mm etc.

Este material es altamente resistente, como se observa si en un trámex de 25 mm colocamos una separación de apoyos de 300 mm entre cada uno, este material podría soportar una carga puntual de 642 kg. Por lo tanto a medida que aumentamos el número de separación de apoyos la carga que puede soportar el material es menor, pero sin embargo a medida que aumentamos el tamaño, este puede soportar mayor carga puntual.

Cabe destacar que el trámex comienza a sustituir a materiales como el mallazo de hierro, ya que este puede sufrir degradación y corrosión, debido a que el hierro es altamente atacado. Sin embargo actualmente aun no es definitiva esta sustitución debido al alto precio que se comercializa este tipo de trámex en sustitución de mallazo.

---

Bibliografía

• “Los plásticos como materiales de construcción”. M.ª Reyes Vigil; Alejandra Pastoriza.
• “Ciencia y tecnología de materiales poliméricos.” (Volumen II). L. Garrido; L. Ibarra; C. Marco.
• “Los plásticos y el tratamiento de sus residuos”. Rosa Gómez Antón; J. Ramón Gil.
• “Manual de fibras de uso técnico”
• “Aproximación al conocimiento de PRFV”. Jaime Vila Miro