Exploración de las propiedades del plástico reforzado con fibra de vidrio (PRFV)

La fibra de vidrio presenta una baja densidad, excelentes propiedades de aislamiento dieléctrico, aislamiento térmico superior, así como características de absorción y dilatación térmica.

I. Densidad

La densidad de la fibra de vidrio oscila entre 1,5 y 2,0, es decir, entre una cuarta y una quinta parte de la del acero al carbono ordinario, y aproximadamente dos tercios más ligera que el aluminio ligero. A pesar de su ligereza, su resistencia mecánica es impresionantemente alta.

En algunos aspectos, puede incluso acercarse al nivel del acero al carbono ordinario. Por ejemplo, algunos materiales de fibra de vidrio epoxi alcanzan resistencias a la tracción, la flexión y la compresión superiores a 400 MPa. Si se considera la resistencia relativa, la fibra de vidrio no sólo supera con creces al acero al carbono ordinario, sino que también puede igualar e incluso superar el nivel de algunos materiales especiales. aceros aleados.

En la Tabla 1 se presenta una comparación de la densidad, la resistencia a la tracción y la resistencia relativa de la fibra de vidrio y varios metales.

Cuadro 1

Relación fuerza-peso: Se refiere a la resistencia a la tracción por unidad de densidad, es decir, la relación entre la resistencia a la tracción de un material y su densidad, lo que indica el alcance de sus propiedades de ligereza y alta resistencia.

II. Propiedades eléctricas

La fibra de vidrio tiene excelentes propiedades de aislamiento eléctrico, lo que la hace adecuada como componente aislante en instrumentos, motores y aparatos eléctricos. Mantiene buenas propiedades dieléctricas incluso en condiciones de alta frecuencia. Sustituir el papel y la tela de algodón por tela de fibra de vidrio en los materiales aislantes puede mejorar el grado de aislamiento de estos materiales.

Utilizando la misma resina, puede mejorar al menos un grado. La fibra de vidrio constituye entre un tercio y la mitad de la cantidad total de materiales aislantes. En algunos motores grandes, como los de 125.000 KW, se utilizan cientos de kilogramos de fibra de vidrio como material aislante.

Además, la fibra de vidrio no se ve afectada por el electromagnetismo y tiene una buena transparencia a las microondas. La tabla 2 presenta las propiedades dieléctricas de algunos tipos de fibra de vidrio.

Cuadro 2

III. Propiedades térmicas

La fibra de vidrio presenta excelentes características térmicas, con una capacidad calorífica específica 2-3 veces superior a la de los metales, y una conductividad térmica inferior, que es sólo de 1/100 a 1/1000 de la de materiales metálicos.

Además, ciertas variedades de fibra de vidrio poseen una notable resistencia a las altas temperaturas instantáneas. Por ejemplo, la fibra de vidrio con base fenólica y alto contenido en sílice forma una capa carbonizada a temperaturas extremadamente altas, protegiendo eficazmente cohetes, misiles y naves espaciales de las altas temperaturas de 5000 a 10000 K y de los flujos de aire a alta velocidad que deben soportar al atravesar la atmósfera. La Tabla 3 resume las propiedades térmicas de algunos materiales.

Cuadro 3

Como ilustra la Tabla 3, la fibra de vidrio posee unas propiedades de aislamiento térmico excepcionales, una ventaja con la que los materiales metálicos simplemente no pueden competir.

IV. Resistencia al envejecimiento

Todos los materiales se enfrentan al problema del envejecimiento, y la fibra de vidrio no es una excepción. El rendimiento de la fibra de vidrio disminuye con la exposición a las condiciones atmosféricas, el calor húmedo, la inmersión en agua y los medios corrosivos. El uso prolongado puede provocar una disminución del brillo, cambios de color, desprendimiento de resina, exposición de las fibras y delaminación, entre otros fenómenos.

Sin embargo, con los avances de la ciencia y la tecnología, se pueden tomar las medidas antienvejecimiento necesarias para mejorar su rendimiento y prolongar la vida útil del producto.

Por ejemplo, cuando la fibra de vidrio se sometió a pruebas de envejecimiento natural en Harbin, la menor disminución se observó en la resistencia a la tracción del panel, inferior a 20%; seguida de la resistencia a la flexión, que generalmente no superaba los 30%; la mayor disminución se observó en la resistencia a la compresión, que también mostró la mayor fluctuación, normalmente entre 25% y 30%. Véase el cuadro 4.

Cuadro 4

Además, la exposición a elementos exteriores como el viento, la lluvia y la luz solar puede provocar el desprendimiento de la capa de resina de las superficies de fibra de vidrio. Para evitarlo, es necesario un mantenimiento regular.

V. Resistencia térmica a largo plazo y resistencia a la llama

La resistencia al calor y a las llamas de la fibra de vidrio depende del tipo de resina utilizada. La temperatura de funcionamiento continuo no puede superar la temperatura de distorsión térmica de la resina. Las fibras de vidrio epoxi y poliéster utilizadas habitualmente son inflamables. Para estructuras que requieran resistencia al fuego, deben utilizarse resinas ignífugas o retardantes. Por lo tanto, es necesario tener precaución al utilizar fibra de vidrio.

Normalmente, la fibra de vidrio no puede utilizarse durante periodos prolongados a altas temperaturas. Por ejemplo, la resistencia de la fibra de vidrio de poliéster empieza a disminuir a temperaturas superiores a 40°C o 45°C, y la de la fibra de vidrio epoxi empieza a disminuir por encima de 60°C.

En los últimos años, han surgido variedades de fibra de vidrio resistentes a altas temperaturas, como la fibra de vidrio epoxi cicloalifática y la fibra de vidrio de poliimida. Sin embargo, su temperatura de funcionamiento a largo plazo es de tan solo 200-300°C, muy inferior a la temperatura de funcionamiento a largo plazo de los metales.

Teniendo en cuenta estos cinco aspectos de las propiedades físicas, está claro que la fibra de vidrio difiere de materiales como los metales y la cerámica. Por lo tanto, para aprovechar al máximo sus ventajas, es necesario utilizarla adecuadamente. Por ejemplo, la fibra de vidrio tiene un excelente comportamiento a bajas temperaturas, ya que su resistencia no disminuye.

Así, incluso cuando las temperaturas exteriores descienden hasta -45 °C a -50 °C en los inviernos del norte, la fibra de vidrio no se vuelve quebradiza. Las estructuras exteriores, como las torres de refrigeración y los refugios contra la lluvia, siguen siendo seguras en los inviernos septentrionales.

Por el contrario, en entornos de altas temperaturas, se necesitan resinas y fórmulas específicas para la fibra de vidrio. Para un uso continuo a 100°C, se requiere una fórmula resistente a las altas temperaturas y unas condiciones de proceso específicas para el moldeo. De lo contrario, la fibra de vidrio puede dañarse si se utiliza de forma continuada a temperaturas superiores a 100°C.

VI. Propiedades químicas de la fibra de vidrio

La principal propiedad química de la fibra de vidrio es su extraordinaria resistencia a la corrosión. No se oxida ni corroe como los materiales metálicos, ni se pudre como la madera. Es casi inmune a la erosión por medios como el agua y el aceite. Puede sustituir al acero inoxidable en las fábricas químicas para la fabricación de depósitos, tuberías, bombas, válvulas, etc.

No sólo tiene una larga vida útil, sino que además no requiere medidas de protección contra la corrosión, el óxido o los insectos, lo que reduce los costes de mantenimiento. La fibra de vidrio se utiliza mucho por su resistencia a la corrosión. En algunos de los principales países industriales, más de 13% de los productos resistentes a la corrosión se fabrican con fibra de vidrio, y su uso aumenta cada año. También se utiliza habitualmente en nuestro país, sobre todo para revestir equipos metálicos con el fin de proteger el metal.

La resistencia a la corrosión de la fibra de vidrio depende principalmente de la resina utilizada. Aunque la resina utilizada para la fibra de vidrio es resistente a la corrosión, si se aplica directamente sobre superficies metálicas puede provocar graves grietas y no evitará las fugas ni protegerá el metal.

Añadir una cierta cantidad de fibra de vidrio a la resina puede transformar posibles grietas graves en numerosas grietas menores. La posibilidad de que estas pequeñas grietas formen una grieta continua es mínima, y también pueden servir para detener nuevas fisuras. Esto ayuda a prevenir la penetración y la corrosión por soluciones químicas.

La fibra de vidrio no sólo es estable frente a una variedad de ácidos, álcalis, sales y disolventes de baja concentración, sino que también es resistente a los efectos atmosféricos, del agua de mar y microbianos.

Sin embargo, para diferentes medios corrosivos, deben seleccionarse la resina y la fibra de vidrio adecuadas y sus productos. El uso de fibra de vidrio para la anticorrosión se ha hecho cada vez más popular en los últimos años, demostrando las ventajas de una baja inversión en anticorrosión, una larga vida útil y un ahorro sustancial en... materiales de acero inoxidableque se traducen en importantes beneficios económicos.

Normalmente, la resistencia a la corrosión de la fibra de vidrio se evalúa midiendo su cambio de masa cuando se coloca en diferentes medios corrosivos. Un cambio de masa menor indica una mayor resistencia a la corrosión, y un cambio de masa mayor indica una menor resistencia a la corrosión.

La Tabla 5 enumera las relaciones de masas de varios tipos de fibra de vidrio en diferentes concentraciones de soluciones ácidas y alcalinas, mientras que la Tabla 6 muestra la tasa de retención de la resistencia a la flexión de la fibra de vidrio de poliéster en medios ácidos, alcalinos y otros.

Cuadro 5

Cuadro 6

* El tiempo de remojo es de un año.