La pultrusión es un proceso continuo para la fabricación de plásticos reforzados con fibra con sección transversal constante. El término es un acrónimo que combina "tracción" y " extrusión ". A diferencia de la extrusión, que empuja el material, la pultrusión tira del material.
Historia
JH Watson presentó una patente muy temprana de tipo pultrusiones en 1944. A esto le siguió la presentación de MJ Meek de 1950. Glastic Company de Cleveland, Ohio, proporcionó las primeras pultrusiones comerciales bajo la patente presentada en 1952 por Rodger B. White. La patente concedida a WB Goldsworthy en 1959 ayudó a iniciar la promoción y la difusión del conocimiento dentro de la industria. W. Brandt Goldsworthy es ampliamente considerado como el inventor de la pultrusión. [1]
Paralelamente al trabajo de Goldsworthy, que concentró su trabajo en resinas de poliéster insaturadas, Ernst Kühne en Alemania desarrolló un proceso bastante similar en 1954 basado en resina epoxi.
La invención, el desarrollo y la emisión de patentes continúan en el campo de la pultrusión hasta la actualidad. Una innovación posterior en este campo ha sido desarrollada y patentada por Thomas GmbH + Co. Technik + Innovation KG en Alemania 2008 y se describe a continuación.
Proceso
1 - Rollo continuo de fibras reforzadas / estera de fibra tejida
2 - Rodillo tensor
3 - Impregnador de resina
4 - Fibra empapada en resina
5 - Matriz y fuente de calor
6 - Mecanismo de tracción
7 - Polímero reforzado con fibra endurecida terminada
En el proceso de pultrusión estándar, los materiales de refuerzo como fibras o hebras tejidas o trenzadas se impregnan con resina , posiblemente seguido de un sistema de preformado separado, y se tiran a través de una matriz estacionaria calentada donde la resina se polimeriza . La impregnación se realiza tirando del refuerzo a través de un baño o inyectando la resina en una cámara de inyección que normalmente está conectada a la matriz. Se pueden usar muchos tipos de resinas en pultrusión, incluidos poliéster , poliuretano , viniléster y epoxi . La resina proporciona resistencia al medio ambiente (es decir, resistencia a la corrosión, resistencia a los rayos UV, resistencia al impacto, etc.) y el vidrio proporciona resistencia, además de seguridad contra el fuego.
También se puede agregar un velo en la superficie para proteger contra la erosión o el "florecimiento de la fibra" y proporcionar resistencia a la corrosión y resistencia a los rayos ultravioleta. [2]
La tecnología no se limita a los polímeros termoendurecibles . Más recientemente, la pultrusión se ha utilizado con éxito con matrices termoplásticas como el tereftalato de polibutileno (PBT), el tereftalato de polietileno (PET), ya sea por impregnación en polvo de la fibra de vidrio o rodeándola con material laminar de la matriz termoplástica, que luego se calienta.
La limpieza ecológica de los productos manufacturados, a diferencia de los composites a base de resinas termoendurecibles, así como las posibilidades prácticamente ilimitadas de reciclaje (procesamiento) tras el agotamiento de los recursos, parecen ser argumentos contundentes a favor de los termoplásticos reforzados. Por estas razones, la producción industrial y el uso de los materiales dados en los países altamente industrializados han aumentado entre un 8% y un 10% anual en las últimas décadas. Los nuevos desarrollos (ver modificaciones de proceso) que permiten la fabricación no solo de perfiles rectos sino también curvos están impulsando la demanda de esta tecnología, especialmente en el sector de la automoción.
La tecnología de pultrusión de fabricación de compuestos de fibra con matriz polimérica parece ser energéticamente eficiente y ahorradora de recursos.
Los factores económicos y ambientales favorecen el uso de una matriz termoplástica pero debido a la alta viscosidad de las masas fundidas es difícil lograr una alta productividad y alta calidad de impregnación de rellenos de fibra con este tipo de matriz.
Los productos fabricados bajo esta tecnología son ampliamente utilizados en las siguientes industrias:
- En las industrias agrícola y química para la fabricación de suelos de rejilla químicamente resistentes a medios agresivos con características de resistencia mejoradas utilizados en la construcción de instalaciones ganaderas, plantas químicas, etc .;
- en la industria de la construcción para la producción de refuerzos de fibra de vidrio, perfiles, carcasas, barras de refuerzo para ventanas de PVC, etc .;
- en la industria aeroespacial para la fabricación de componentes estructurales de aeronaves;
- en las industrias del deporte y el turismo para la fabricación de equipos que presentan propiedades de resistencia mejoradas: esquís, bastones de esquí, astas para campos de golf, construcciones de carpas y chozas, etc .;
- en ingeniería de energía eléctrica para la fabricación de estructuras dieléctricas, varillas de fibra de vidrio utilizadas en aisladores compuestos y como estructuras de soporte para elementos de bloques de señalización y perfiles de fibra de vidrio utilizados en la fabricación de transformadores y motores eléctricos;
- en la producción comercial, utilizando granos de material de moldeo de fibra larga (LLM) como materia prima para la posterior fabricación de estructuras y productos con mayor resistencia y propiedades químicas;
- en la industria automotriz para la producción de partes estructurales y complejas de los vehículos con mayor rigidez, rigidez y ligereza;
- y en muchas otras industrias y plantas, utilizando mecanismos, estructuras y materiales, que cumplen con altos estándares de estabilidad química, dieléctrica y de resistencia.
Modificaciones de proceso
Como los materiales se extraen a través de una matriz en el proceso de pultrusión estándar, el proceso solo es adecuado para fabricar perfiles rectos.
En una modificación del proceso desarrollada recientemente, desarrollada y patentada por Thomas GmbH + Co. Technik + Innovation KG, la matriz ya no está estacionaria sino que se mueve hacia adelante y hacia atrás a lo largo del perfil que se va a fabricar. Este proceso modificado, conocido como "Radio-Pultrusión", permite también fabricar perfiles curvos bidimensionales y tridimensionales. También se beneficia de una serie de tareas en el proceso lineal, especialmente si se necesitan refuerzos textiles bastante complejos con una baja tasa de distorsión.
Equipo
El diseño de las máquinas de pultrusión varía. Dos tipos de uso frecuente son reciprocantes (mano sobre mano) y continuos (cat-track).
Para el proceso de pultrusión de radio, el diseño de las máquinas tiene dos etapas móviles similares a la unidad de tracción manual, pero como el proceso es intermitente con un solo extractor y el molde montado en la plataforma de otro. Si las etapas se mueven lineales o circulares depende del tipo de perfiles a fabricar. El radio mínimo para una máquina lineal con etapas giratorias es de aprox. 2 m. Para radios más pequeños es necesario un movimiento circular del molde y la etapa de agarre.