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El plástico reforzado con fibra ( FRP ; también llamado polímero reforzado con fibra o plástico reforzado con fibra ) es un material compuesto hecho de una matriz polimérica reforzada con fibras . Las fibras suelen ser de vidrio (en fibra de vidrio ), carbono (en polímero reforzado con fibra de carbono ), aramida o basalto . Rara vez se han utilizado otras fibras como papel, madera o asbesto . El polímero suele ser un epoxi , un éster vinílico o un poliéster. plástico termoendurecible , aunque todavía se utilizan resinas de fenol formaldehído .
Los FRP se utilizan comúnmente en las industrias aeroespacial, automotriz, marina y de la construcción. Se encuentran comúnmente en armaduras balísticas y cilindros para aparatos respiratorios autónomos .
Generalmente, un polímero se fabrica mediante polimerización de crecimiento escalonado o polimerización por adición . Cuando se combina con varios agentes para mejorar o alterar de alguna manera las propiedades del material de los polímeros, el resultado se denomina plástico . Los plásticos compuestos se refieren a aquellos tipos de plásticos que resultan de unir dos o más materiales homogéneos con diferentes propiedades de material para obtener un producto final con ciertas propiedades mecánicas y materiales deseadas. Los plásticos reforzados con fibra son una categoría de plásticos compuestos que utilizan específicamente materiales de fibra para mejorar mecánicamente la resistencia y elasticidad de los plásticos.
El material plástico original sin refuerzo de fibra se conoce como matriz o aglutinante . La matriz es un plástico resistente pero relativamente débil que está reforzado por filamentos o fibras de refuerzo más rígidos. El grado en que se mejoran la resistencia y la elasticidad en un plástico reforzado con fibra depende de las propiedades mecánicas tanto de la fibra como de la matriz, su volumen entre sí y la longitud y orientación de la fibra dentro de la matriz. [1] El refuerzo de la matriz ocurre por definición cuando el material FRP exhibe una mayor resistencia o elasticidad en relación con la resistencia y elasticidad de la matriz por sí sola. [2]
La baquelita fue el primer plástico reforzado con fibra. Leo Baekeland se había propuesto originalmente encontrar un reemplazo para la goma laca (hecha a partir de la excreción de chinches de laca ). Los químicos habían comenzado a reconocer que muchas resinas y fibras naturales eran polímeros, y Baekeland investigó las reacciones del fenol y el formaldehído. Primero produjo una goma laca de fenol-formaldehído soluble llamada "Novolak" que nunca llegó a ser un éxito en el mercado, luego se dedicó a desarrollar un aglutinante para amianto que, en ese momento, se moldeaba con caucho. Controlando la presión y la temperatura aplicadas al fenol y al formaldehído, descubrió en 1905 que podía producir el material moldeable duro de sus sueños (el primer plástico sintético del mundo ): la baquelita. [3] [4] Anunció su invención en una reunión de la American Chemical Society el 5 de febrero de 1909. [5]
El desarrollo de plástico reforzado con fibra para uso comercial se estaba investigando ampliamente en la década de 1930. En el Reino Unido , pioneros como Norman de Bruyne llevaron a cabo una investigación considerable . Fue de especial interés para la industria de la aviación. [6]
La producción en masa de hebras de vidrio se descubrió en 1932 cuando Games Slayter , un investigador de Owens-Illinois , dirigió accidentalmente un chorro de aire comprimido a una corriente de vidrio fundido y produjo fibras. Una patente para este método de producción de lana de vidrio se solicitó por primera vez en 1933. [7] Owens se unió a la empresa Corning en 1935 y el método fue adaptado por Owens Corning para producir sus "fibreglas" patentadas (una "s") en 1936 Originalmente, las fibreglas eran una lana de vidrio con fibras que atrapaban una gran cantidad de gas, lo que la hacía útil como aislante, especialmente a altas temperaturas.
Una resina adecuada para combinar las "fibreglas" con un plástico para producir un material compuesto, fue desarrollada en 1936 por du Pont . El primer antepasado de las modernas resinas de poliéster es la resina Cyanamid de 1942. En ese entonces se utilizaban sistemas de curado con peróxido . [8] Con la combinación de fibreglas y resina, el contenido de gas del material fue reemplazado por plástico. Esto redujo las propiedades de aislamiento a valores típicos del plástico, pero ahora, por primera vez, el compuesto mostró una gran resistencia y promesa como material estructural y de construcción. De manera confusa, muchos compuestos de fibra de vidrio continuaron llamándose " fibra de vidrio"(como nombre genérico) y el nombre también se utilizó para el producto de lana de vidrio de baja densidad que contiene gas en lugar de plástico.
A Ray Greene de Owens Corning se le atribuye la producción del primer barco compuesto en 1937, pero no siguió adelante en ese momento debido a la naturaleza frágil del plástico utilizado. En 1939, se informó que Rusia había construido un barco de pasajeros de materiales plásticos y Estados Unidos un fuselaje y alas de un avión. [9] El primer automóvil en tener una carrocería de fibra de vidrio fue el Stout Scarab de 1946 . Solo se construyó uno de este modelo. [10] El prototipo de Ford de 1941 podría haber sido el primer automóvil de plástico, pero existe cierta incertidumbre en torno a los materiales utilizados, ya que fue destruido poco después. [11] [12]
El primer avión de plástico reforzado con fibra fue el Fairchild F-46 , volado por primera vez el 12 de mayo de 1937, o el avión de plástico Bennett de construcción californiana. [13] Se usó un fuselaje de fibra de vidrio en un Vultee BT-13A modificado designado como XBT-16 con base en Wright Field a finales de 1942. [14] En 1943, se llevaron a cabo más experimentos construyendo piezas estructurales de aviones a partir de materiales compuestos que dieron como resultado el primer avión. , un Vultee BT-15 , con un fuselaje GFRP, designado XBT-19, que fue volado en 1944. [15] [16] [17] Republic Aviation Corporation había realizado un desarrollo significativo en las herramientas para componentes GFRPen 1943. [18]
La producción de fibra de carbono comenzó a fines de la década de 1950 y se utilizó, aunque no ampliamente, en la industria británica a principios de la década de 1960. Las fibras de aramida también se estaban produciendo en esta época, apareciendo primero bajo el nombre comercial Nomex de DuPont . Hoy en día, cada una de estas fibras se usa ampliamente en la industria para cualquier aplicación que requiera plásticos con una resistencia o cualidades elásticas específicas. Las fibras de vidrio son las más comunes en todas las industrias, aunque los compuestos de fibra de carbono y fibra de carbono-aramida se encuentran ampliamente en buenas aplicaciones aeroespaciales, automotrices y deportivas. [2] Estas tres ( vidrio , carbono y aramida ) continúan siendo las categorías importantes de fibras utilizadas en FRP.
La producción mundial de polímeros en la escala actual comenzó a mediados del siglo XX, cuando los bajos costos de material y producción, las nuevas tecnologías de producción y las nuevas categorías de productos se combinaron para hacer que la producción de polímeros fuera económica. La industria finalmente maduró a fines de la década de 1970, cuando la producción mundial de polímeros superó a la del acero , lo que convirtió a los polímeros en el material omnipresente que son hoy en día. Los plásticos reforzados con fibra han sido un aspecto importante de esta industria desde el principio.
El FRP implica dos procesos distintos, el primero es el proceso mediante el cual se fabrica y forma el material fibroso, el segundo es el proceso mediante el cual los materiales fibrosos se unen con la matriz durante el moldeo. [2]
La fibra de refuerzo se fabrica en orientaciones bidimensionales y tridimensionales:
Las preformas de fibra son la forma en que se fabrican las fibras antes de unirse a la matriz. Las preformas de fibra a menudo se fabrican en láminas, esteras continuas o como filamentos continuos para aplicaciones de pulverización. Las cuatro formas principales de fabricar la preforma de fibra es a través de las técnicas de procesamiento textil de tejido , tejido , trenzado y costura .
Por lo general, se usa una estructura rígida para establecer la forma de los componentes de FRP. Las piezas se pueden colocar sobre una superficie plana denominada "placa de relleno" o sobre una estructura cilíndrica denominada "mandril". Sin embargo, la mayoría de las piezas de plástico reforzadas con fibra se crean con un molde o "herramienta". Los moldes pueden ser moldes hembra cóncavos, moldes masculinos o el molde puede encerrar completamente la pieza con un molde superior e inferior.
Los procesos de moldeo de plásticos FRP comienzan colocando la preforma de fibra sobre o en el molde. La preforma de fibra puede ser fibra seca o fibra que ya contiene una cantidad medida de resina denominada "preimpregnado". Las fibras secas se "humedecen" con resina a mano o la resina se inyecta en un molde cerrado. Luego, la pieza se cura, dejando la matriz y las fibras en la forma creada por el molde. A veces se usa calor y / o presión para curar la resina y mejorar la calidad de la pieza final. Los diferentes métodos de formación se enumeran a continuación.
Se colocan hojas individuales de material preimpregnado y se colocan en un molde de estilo femenino junto con una vejiga con forma de globo. El molde se cierra y se coloca en una prensa calentada. Finalmente, la vejiga se presuriza forzando las capas de material contra las paredes del molde.
Cuando la materia prima (bloque de plástico, bloque de caucho, lámina de plástico o gránulos) contiene fibras de refuerzo, una pieza moldeada por compresión califica como plástico reforzado con fibra. Más típicamente, la preforma de plástico utilizada en el moldeo por compresión no contiene fibras de refuerzo. En el moldeo por compresión, una "preforma" o "carga" de SMC , BMC se coloca en la cavidad del molde. El molde se cierra y el material se forma y cura en el interior mediante presión y calor. El moldeo por compresión ofrece excelentes detalles para formas geométricas que van desde detalles de patrones y relieves hasta curvas complejas y formas creativas, hasta ingeniería de precisión, todo dentro de un tiempo máximo de curado de 20 minutos. [20]
Se apilan hojas individuales de material preimpregnado y se colocan en un molde abierto. El material se cubre con una película de liberación, material de purga / respiradero y una bolsa de vacío . Se aplica vacío en una parte y todo el molde se coloca en un autoclave (recipiente a presión calentado). La pieza se cura con un vacío continuo para extraer los gases atrapados del laminado. Este es un proceso muy común en la industria aeroespacial porque permite un control preciso sobre el moldeado debido a un ciclo de curado largo y lento que dura entre una y varias horas. [21] Este control preciso crea las formas geométricas laminadas exactas necesarias para garantizar la resistencia y la seguridad en la industria aeroespacial, pero también es lento y requiere mucha mano de obra, lo que significa que los costos a menudo lo limitan a la industria aeroespacial. [20]
Las láminas de material preimpregnado se envuelven alrededor de un mandril de acero o aluminio. El material preimpregnado se compacta con cinta de celofán de nailon o polipropileno. Por lo general, las piezas se curan por lotes mediante ensacado al vacío y se cuelgan en un horno. Después del curado, se retiran el violonchelo y el mandril dejando un tubo de carbono hueco. Este proceso crea tubos de carbono huecos fuertes y robustos.
La formación de capas húmedas combina el refuerzo de fibra y la matriz a medida que se colocan en la herramienta de formación. [2] Las capas de fibra de refuerzo se colocan en un molde abierto y luego se saturan con una resina húmeda vertiéndola sobre la tela y metiéndola en la tela. Luego se deja el molde para que la resina se cure, generalmente a temperatura ambiente, aunque a veces se usa calor para asegurar un curado adecuado. A veces, se utiliza una bolsa de vacío para comprimir una bandeja húmeda. Las fibras de vidrio se utilizan más comúnmente para este proceso, los resultados son ampliamente conocidos como fibra de vidrio y se utilizan para fabricar productos comunes como esquís, canoas, kayaks y tablas de surf. [20]
Las hebras continuas de fibra de vidrio se empujan a través de una pistola de mano que corta las hebras y las combina con una resina catalizada como el poliéster. El vidrio picado impregnado se dispara sobre la superficie del molde en cualquier grosor y diseño que el operador humano considere apropiado. Este proceso es bueno para grandes tiradas de producción a un costo económico, pero produce formas geométricas con menos resistencia que otros procesos de moldeo y tiene poca tolerancia dimensional. [20]
Las máquinas tiran de los haces de fibras a través de un baño húmedo de resina y los enrollan sobre un mandril de acero giratorio en orientaciones específicas. Las piezas se curan a temperatura ambiente o temperaturas elevadas. Se extrae el mandril, dejando una forma geométrica final pero se puede dejar en algunos casos. [20]
Los haces de fibras y las telas cortadas se pasan a través de un baño húmedo de resina y se les da la forma de la pieza rugosa. El material saturado se extruye a partir de una matriz de curado cerrada calentada mientras se tira continuamente a través de la matriz. Algunos de los productos finales de la pultrusión son formas estructurales, es decir, vigas en I, ángulos, canales y láminas planas. Estos materiales se pueden utilizar para crear todo tipo de estructuras de fibra de vidrio como escaleras, plataformas, sistemas de pasamanos para tanques, tuberías y soportes para bombas. [20]
También se llama infusión de resina . Las telas se colocan en un molde en el que luego se inyecta resina húmeda. Normalmente, la resina se presuriza y se fuerza en una cavidad que está al vacío en el moldeo por transferencia de resina . La resina se introduce por completo en la cavidad al vacío en un moldeo por transferencia de resina asistido por vacío. Este proceso de moldeo permite tolerancias precisas y una forma detallada, pero a veces puede fallar en saturar completamente la tela y generar puntos débiles en la forma final. [20]
FRP permite la alineación de las fibras de vidrio de los termoplásticos para adaptarse a programas de diseño específicos. Especificar la orientación de las fibras de refuerzo puede aumentar la fuerza y la resistencia a la deformación del polímero. Los polímeros reforzados con vidrio son más fuertes y más resistentes a las fuerzas de deformación cuando las fibras de los polímeros son paralelas a la fuerza que se ejerce y son más débiles cuando las fibras son perpendiculares. Por tanto, esta capacidad es a la vez una ventaja o una limitación según el contexto de uso. Los puntos débiles de fibras perpendiculares se pueden usar para bisagras y conexiones naturales, pero también pueden provocar fallas en el material cuando los procesos de producción no orientan adecuadamente las fibras en paralelo a las fuerzas esperadas. Cuando se ejercen fuerzas perpendiculares a la orientación de las fibras,la fuerza y elasticidad del polímero es menor que la matriz sola. En componentes de resina fundida hechos de polímeros reforzados con vidrio como UP y EP, la orientación de las fibras se puede orientar en tejidos bidimensionales y tridimensionales. Esto significa que cuando las fuerzas son posiblemente perpendiculares a una orientación, son paralelas a otra orientación; esto elimina el potencial de puntos débiles en el polímero.
La falla estructural puede ocurrir en materiales FRP cuando:
Una matriz de polímero termoestableEl material, o el material de matriz de polímero termoplástico de grado de ingeniería, debe cumplir con ciertos requisitos para ser primero adecuado para FRP y garantizar un refuerzo exitoso de sí mismo. La matriz debe poder saturar apropiadamente, y preferiblemente unirse químicamente con el refuerzo de fibra para una máxima adhesión dentro de un período de curado adecuado. La matriz también debe envolver completamente las fibras para protegerlas de cortes y muescas que reducirían su resistencia y para transferir fuerzas a las fibras. Las fibras también deben mantenerse separadas entre sí para que, si ocurre una falla, se localice tanto como sea posible, y si ocurre una falla, la matriz también debe desprenderse de la fibra por razones similares. Finalmente,la matriz debe ser de un plástico que permanezca química y físicamente estable durante y después de los procesos de refuerzo y moldeado. Para ser adecuados como material de refuerzo, los aditivos de fibra deben aumentar la resistencia a la tracción y el módulo de elasticidad de la matriz y cumplir las siguientes condiciones; las fibras deben exceder el contenido crítico de fibra; la fuerza y la rigidez de las fibras en sí deben exceder la fuerza y la rigidez de la matriz por sí sola; y debe haber una unión óptima entre las fibras y la matrizy debe haber una unión óptima entre las fibras y la matrizy debe haber una unión óptima entre las fibras y la matriz
Los "plásticos reforzados con fibra de vidrio" o FRP (comúnmente denominados simplemente fibra de vidrio ) utilizan fibras de vidrio de grado textil . Estas fibras textiles son diferentes de otras formas de fibras de vidrio utilizadas para atrapar aire deliberadamente, para aplicaciones de aislamiento (ver lana de vidrio ). Las fibras textiles de vidrio comienzan como combinaciones variables de SiO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3, CaO o MgO en forma de polvo. A continuación, estas mezclas se calientan mediante fusión directa a temperaturas de alrededor de 1300 grados Celsius, después de lo cual se utilizan troqueles para extruir filamentos de fibra de vidrio con un diámetro de entre 9 y 17 µm. Estos filamentos luego se enrollan en hilos más grandes y se hilan en bobinas para su transporte y procesamiento posterior. La fibra de vidrio es, con mucho, el medio más popular para reforzar el plástico y, por lo tanto, disfruta de una gran cantidad de procesos de producción, algunos de los cuales también son aplicables a las fibras de aramida y carbono debido a sus cualidades fibrosas compartidas.
El roving es un proceso en el que los filamentos se hilan en hilos de mayor diámetro. Estos hilos se utilizan comúnmente para tejidos y esteras de vidrio de refuerzo, y en aplicaciones de pulverización.
Las telas de fibra ( tela de vidrio , etc.) son material de refuerzo de tela en forma de banda que tiene direcciones de urdimbre y trama. Las esteras de fibra son esteras no tejidas en forma de banda de fibras de vidrio. Los tapetes se fabrican en dimensiones cortadas con fibras picadas, o en tapetes continuos utilizando fibras continuas. La fibra de vidrio troceada se utiliza en procesos en los que se cortan longitudes de hilos de vidrio de entre 3 y 26 mm, y luego se utilizan hilos en plásticos más comúnmente destinados a procesos de moldeo. Las hebras cortas de fibra de vidrio son hebras cortas de fibra de vidrio de 0,2 a 0,3 mm que se utilizan para reforzar los termoplásticos más comúnmente para el moldeo por inyección.
Las fibras de carbono se crean cuando las fibras de poliacrilonitrilo (PAN), las resinas de brea o el rayón se carbonizan (mediante oxidación y pirólisis térmica) a altas temperaturas. Mediante otros procesos de grafitización o estiramiento, se puede mejorar la resistencia o elasticidad de las fibras, respectivamente. Las fibras de carbono se fabrican en diámetros análogos a las fibras de vidrio con diámetros que oscilan entre 4 y 17 µm. Estas fibras se enrollan en hilos más grandes para su transporte y otros procesos de producción. [2] Otros procesos de producción incluyen el tejido o trenzado en telas, telas y esteras de carbono análogas a las descritas para el vidrio que luego pueden usarse en refuerzos reales. [1]
Las fibras de aramida se conocen más comúnmente como Kevlar, Nomex y Technora. Las aramidas se preparan generalmente mediante la reacción entre un grupo amina y un grupo haluro de ácido carboxílico (aramida); [1] Por lo general , esto ocurre cuando una poliamida aromática se hila a partir de una concentración líquida de ácido sulfúrico en una fibra cristalizada. [2] Las fibras luego se hilan en hilos más grandes para tejer en grandes cuerdas o telas tejidas (aramida). [1] Las fibras de aramida se fabrican con diferentes grados según la resistencia y la rigidez, de modo que el material se puede adaptar para cumplir con los requisitos de diseño específicos, como cortar el material resistente durante la fabricación. [2]
Material de refuerzo [2] | Materiales de matriz más comunes | Propiedades mejoradas |
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Fibras de vidrio | ARRIBA , EP , PA , PC , POM , PP , PBT , VE | Fuerza, elasticidad, resistencia al calor. |
Fibras de madera | PE , PP, ABS , HDPE , PLA | Resistencia a la flexión, módulo de tracción, resistencia a la tracción |
Fibras de carbono y aramida | EP, ARRIBA, VE, PA | Elasticidad, resistencia a la tracción, resistencia a la compresión, resistencia eléctrica. |
Partículas inorgánicas | Termoplásticos semicristalinos, UP | Contracción isotrópica, abrasión, resistencia a la compresión. |
Microesferas | Microesferas de vidrio | Reducción de peso con respecto a los rellenos sólidos |
Los plásticos reforzados con fibra son los más adecuados para cualquier programa de diseño que exija ahorros de peso, ingeniería de precisión, tolerancias definidas y la simplificación de piezas tanto en la producción como en la operación. Un producto de polímero moldeado es más barato, más rápido y más fácil de fabricar que un producto de acero o aluminio fundido, y mantiene tolerancias y resistencias del material similares y, a veces, mejores.
Timón de Airbus A310
Los colectores de admisión del motor están hechos de PA 66 reforzado con fibra de vidrio.
Pedales de embrague y acelerador de automoción fabricados con PA 66 reforzado con fibra de vidrio (DWP 12-13)
Las ventanas, puertas y fachadas de aluminio se aíslan térmicamente mediante plásticos aislantes térmicos de poliamida reforzada con fibra de vidrio. En 1977, Ensinger GmbH produjo el primer perfil de aislamiento para sistemas de ventanas.
El FRP se puede aplicar para fortalecer las vigas , columnas y losas de edificios y puentes. Es posible aumentar la resistencia de los miembros estructurales incluso después de que hayan sido severamente dañados debido a las condiciones de carga . En el caso de elementos de hormigón armado dañados , esto primero requeriría la reparación del elemento eliminando los escombros sueltos y rellenando las cavidades y grietas con mortero o resina epoxi . Una vez que se repara el miembro, se puede lograr el refuerzo mediante la colocación manual y húmeda de láminas de fibra impregnadas con resina epoxi, aplicadas a las superficies limpias y preparadas del miembro.
Normalmente se adoptan dos técnicas para el refuerzo de vigas, según el aumento de resistencia deseado: refuerzo por flexión o refuerzo por cizallamiento . En muchos casos, puede ser necesario proporcionar ambas mejoras de resistencia. Para el refuerzo por flexión de una viga, se aplican láminas o placas de FRP a la cara de tensión del miembro (la cara inferior para un miembro simplemente soportado con carga superior aplicada o carga por gravedad). Las principales fibras de tracción se orientan paralelas al eje longitudinal de la viga, similar a su refuerzo interno de acero a flexión. Esto aumenta la resistencia de la viga y su rigidez ( carga requerida para causar la deflexión de la unidad), pero disminuye la capacidad de deflexión. y ductilidad.
Para el refuerzo de cortante de una viga, el FRP se aplica en el alma (lados) de un miembro con fibras orientadas transversalmente al eje longitudinal de la viga. La resistencia a las fuerzas de cizallamiento se logra de manera similar a los estribos de acero internos , al salvar las grietas de cizallamiento que se forman bajo la carga aplicada. El FRP se puede aplicar en varias configuraciones, dependiendo de las caras expuestas del miembro y el grado de fortalecimiento deseado, esto incluye: unión lateral, envolturas en U (chaquetas en U) y envolturas cerradas (envolturas completas). La unión lateral implica aplicar FRP solo a los lados de la viga. Proporciona la menor cantidad de refuerzo de cizallamiento debido a fallas causadas por desunión.de la superficie de hormigón en los bordes libres de FRP. Para las envolturas en U, el FRP se aplica continuamente en forma de 'U' alrededor de los lados y la cara inferior (tensión) de la viga. Si todas las caras de una viga son accesibles, es deseable el uso de envolturas cerradas, ya que proporcionan la mayor mejora de resistencia. La envoltura cerrada implica la aplicación de FRP alrededor de todo el perímetro del miembro, de modo que no haya extremos libres y el modo de falla típico es la rotura de las fibras. Para todas las configuraciones de envoltura, el FRP se puede aplicar a lo largo del miembro como una hoja continua o como tiras discretas, con una anchura y un espaciado mínimos predefinidos.
Las losas se pueden fortalecer aplicando tiras de FRP en su cara inferior (tensión). Esto dará como resultado un mejor rendimiento a la flexión, ya que la resistencia a la tracción de las losas se complementa con la resistencia a la tracción del FRP. En el caso de vigas y losas, la eficacia del refuerzo de FRP depende del rendimiento de la resina elegida para la unión. Esto es particularmente un problema para el refuerzo de cizallamiento usando uniones laterales o envolturas en U. Las columnas generalmente se envuelven con FRP alrededor de su perímetro, como con un envoltorio cerrado o completo. Esto no solo da como resultado una mayor resistencia al corte, sino que es más crucial para el diseño de columnas., da como resultado una mayor resistencia a la compresión bajo carga axial. La envoltura de FRP actúa restringiendo la expansión lateral de la columna, lo que puede mejorar el confinamiento de manera similar a como lo hace el refuerzo en espiral para el núcleo de la columna.
En junio de 2013, la empresa de ascensores KONE anunció el uso de Ultrarope como reemplazo de los cables de acero en ascensores. Sella las fibras de carbono en polímero de alta fricción . A diferencia del cable de acero, Ultrarope fue diseñado para edificios que requieren hasta 1000 metros de elevación. Los ascensores de acero alcanzan un máximo de 500 metros. La empresa estimó que en un edificio de 500 metros de altura, un ascensor consumiría un 15% menos de energía eléctrica que una versión con cables de acero. En junio de 2013, el producto había pasado todas las pruebas de certificación de la Unión Europea y los EE. UU. [22]
El FRP se usa en diseños que requieren una medida de resistencia o módulo de elasticidad para los cuales los plásticos no reforzados y otras opciones de materiales no son adecuados, ya sea mecánica o económicamente. La consideración de diseño principal para el uso de FRP es garantizar que el material se use de manera económica y de una manera que aproveche sus características estructurales específicas, pero este no es siempre el caso. La orientación de las fibras crea una debilidad material perpendicular a las fibras. Por lo tanto, el uso de refuerzo de fibra y su orientación afecta la resistencia, rigidez, elasticidad y, por lo tanto, la funcionalidad del producto final en sí. La orientación de las fibras de forma unidireccional, bidimensional o tridimensional durante la producción afecta la resistencia, flexibilidad y elasticidad del producto final.Las fibras orientadas en la dirección de las fuerzas aplicadas muestran una mayor resistencia a la distorsión de estas fuerzas, por lo que las áreas de un producto que deben resistir las fuerzas se reforzarán con fibras orientadas en paralelo a las fuerzas, y las áreas que requieren flexibilidad, como las bisagras naturales, tendrán fibras orientadas perpendicularmente a las fuerzas.
Al orientar las fibras en más dimensiones se evita este escenario y se crean objetos que buscan evitar cualquier debilidad específica debido a la orientación unidireccional de las fibras. Las propiedades de resistencia, flexibilidad y elasticidad también se pueden aumentar o disminuir a través de la forma geométrica y el diseño del producto final. Por ejemplo, garantizar un espesor de pared adecuado y crear formas geométricas multifuncionales que se puedan moldear como una sola pieza mejora la integridad estructural y del material del producto al reducir los requisitos de juntas, conexiones y hardware. [2]
Como subconjunto del plástico, los plásticos FR son responsables de una serie de problemas y preocupaciones en los residuos plásticos.eliminación y reciclaje. Los plásticos plantean un desafío particular en el reciclaje porque se derivan de polímeros y monómeros que a menudo no se pueden separar y devolver a su estado virgen. Por esta razón, no todos los plásticos se pueden reciclar para su reutilización; de hecho, algunas estimaciones afirman que solo del 20% al 30% de los plásticos se pueden reciclar. Los plásticos reforzados con fibra y sus matrices comparten estas preocupaciones ambientales y de eliminación. La investigación de métodos de eliminación seguros ha llevado a dos variaciones principales que involucran la aplicación de calor intenso: en una, los agentes aglutinantes se queman - en el proceso recuperan parte del costo del material hundido en forma de calor - y los elementos incombustibles capturados por filtración; en el otro, el material incombustible se quema en un horno de cemento, convirtiéndose las fibras en parte integrante del material colado resultante.[23] Además de las preocupaciones con respecto a la eliminación segura, el hecho de que las fibras en sí mismas sean difíciles de eliminar de la matriz y preservar para su reutilización significa que los FRP amplifican estos desafíos. Los FRP son intrínsecamente difíciles de separar en materiales base, es decir, en fibra y matriz, y la matriz es difícil de separar en plásticos, polímeros y monómeros utilizables. Todas estas son preocupaciones del diseño ambientalmente informado hoy. Los plásticos a menudo ofrecen ahorros en energía y ahorros económicos en comparación con otros materiales. Además, con la llegada de nuevas matrices más respetuosas con el medio ambiente, como los bioplásticos y los plásticos degradables por rayos UV , el FRP ganará sensibilidad medioambiental. [1]