Millora de la resistència a l'envelliment ia les fissures

Les esquerdes del revestiment exterior es produeixen en una part relativament petita de peces de FRP revestides amb gel coat. Aquestes esquerdes superficials no afecten la integritat estructural de la peça de FRP. El revestiment exterior d'una peça de FRP és una fina capa no estructural amb fins estètics que no es té en compte en els càlculs de resistència dels materials compostos. El revestiment exterior d'una peça de FRP afegeix però qualitats estètiques importants per al consumidor ia més protegeix el laminat subjacent. Quan es produeixen esquerdes en el revestiment exterior, cal reparar les peces abans de la venda, i es pot generar la insatisfacció del client amb els consegüents costos de garantia per al fabricant de les peces de FRP.

Les fissures del revestiment exterior es deuen a un moviment del laminat induït per esforços. Els tipus d'esquerdament i les fonts d'esforços que es produeixen en les peces de FRP s'han descrit anteriorment en la bibliografia, incloses les referències 1 a 4. S'ofereix un resum.

Un dels tipus més freqüents d'esquerdament del revestiment exterior que apareix en les peces de FRP és el esquerdament lineal, provocat generalment per un esforç de flexió. Les esquerdes lineals es poden produir durant la fabricació de peces de FRP, així com durant la seva utilització. Una de les causes més freqüents de les esquerdes lineals és l'aplicació excessiva de gel coat. Els gel coats, igual que tots els revestiments, s'han dissenyat per utilitzar-se en rangs de gruix petits. Si el gel coat s'aplica en una capa massa fina, podria curar de manera deficient, tornant-se més propens a les esquerdes. Al revés, una capa gruixuda i no reforçada en la superfície de la peça és més propensa a les esquerdes quan se sotmet a un esforç que una pel·lícula de gruix apropiat.

El disseny de les peces també és un factor clau. En el disseny d'una peça de FRP s'han de tenir en compte les situacions de càrrega al llarg del cicle de vida de la peça. Per exemple, el procés de desemmotllament i el maneig durant el procés de fabricació d'una peça de fibra de vidre (vegeu la figura 1) poden provocar esforços diferents i superiors als que ocorreran quan la peça es posi en servei. Una peça de fibra de vidre sense els seus elements de suport estructural (nervis, reforços, etc.) És summament fràgil. Fins i tot els petits contratemps a l'hora d'utilitzar aquestes peces poden donar lloc a un esforç suficient com per provocar el moviment del laminat i esquerdes.

Un bastidor i uns suports dissenyats correctament són essencials a l'hora de transportar tot tipus de productes de materials compostos de fibra de vidre. Per exemple, els cascos de les embarcacions es dissenyen per descansar a l'aigua per complet, i no només sobre les dues forquilles d'un carretó elevador. Els tancs d'emmagatzematge estan dissenyats per contenir una càrrega estàtica i no per estar suspesos d'una grua. És relativament fàcil aplicar un esforç excessiu a una peça de material compost durant el transport. És probable que es produeixin esquerdes en els dissenys que no tinguin en compte tots els possibles esforços.

La complexitat de la peça és una altra variable del disseny que pot ser una font d'esquerdament. Tot i que la fabricació de la fibra de vidre ofereix la versatilitat necessària per combinar moltes formes complicades en una peça més gran, hi ha límits pràctics a aquests dissenys unificats. Les formes complexes de les peces dificulten l'aplicació del gel coat (els canals profunds són difícils de revestir amb un gruix constant), la laminació i especialment el desemmotllament.

Encara que siguin aplicats correctament, un curat insuficient dels revestiments i resines en un material compost de fibra de vidre pot donar lloc a esquerdament. La resistència mecànica d'un laminat de material compost de fibra de vidre es consolida amb el temps, a mesura que es curen els polímers termoenduribles de les resines, els gel coats, els adhesius, els nuclis i les massilles. Si l'enduriment s'alenteix a causa de baixes temperatures o nivells de catalitzadors incorrectes, o si la peça es desemmotllament massa ràpidament, es pot produir esquerdament perquè la resistència mecànica en "verd" de la peça no és suficient per evitar que la peça es mogui durant l'esforç del desemmotllament.

Els reforços de fibra de vidre afegeixen resistència i rigidesa a les peces de materials compostos. Poden produir esquerdes si el contingut en fibra de vidre és massa baix, massa alt o inconstant, o si els reforços de fibra de vidre estan orientats de manera incorrecta.

El acoblament de peces de fibra de vidre pot ser una gran font d'esforços en el laminat. Encara que les peces de materials compostos es poden flexionar per al seu ajust i unió, això afegeix esforços a les peces. L'ús de dispositius de subjecció mentre s'uneixen elements estructurals com ara nervis i reforços pot deformar les peces de fibra de vidre més enllà dels seus límits de disseny. Es pot produir esquerdament com a conseqüència de dispositius de subjecció dissenyats incorrectament oa causa de la contracció que ocorre durant el curat dels adhesius o massilles.

Sovint, l'ús per a fins no previstos, el mal ús i l'abús són causa d'esquerdament una vegada que la peça de fibra de vidre es posa en servei. Un esquerdament a la mateixa zona durant múltiples còpies d'una peça de material compost podria ser un indici d'una deficiència en la construcció del laminat, o bé un error de disseny que està concentrant esforços en aquesta zona. Generalment, les esquerdes en parts mal dissenyades s'originen en el laminat, però primer apareixen a ulls del fabricant o el consumidor com esquerdes del revestiment exterior.

En general, les esquerdes radials estan relacionades amb un impacte en el laminat. Un impacte invers, o un impacte en la cara del laminat desproveïda de gel coat, sol aparèixer a la cara amb gel coat en forma de diverses esquerdes que s'estenen des d'un punt central. Aquests tipus d'esquerdes recorden a una teranyina. Per la seva banda, els impactes de la cara amb gel coat del laminat solen crear un esquerdament segons un patró circular concèntric. Tot i que en general les esquerdes radials es produeixen a causa impactes excessius, també poden formar-se en situacions més comuns si hi ha un problema en la fabricació o el disseny de les peces, com es va descriure anteriorment.

Les temperatures extremes són una altra de les causes d'esquerdament per a les peces de FRP. Aquestes fissures tèrmiques es poden formar segons patrons paral·lels o aleatoris i són el resultat dels diferents coeficients de dilatació tèrmica de les diverses capes d'un laminat. El esquerdament tèrmic pot passar quan les peces de FRP estan exposades a canvis ràpids de temperatura, per exemple, quan els motlles de FRP que s'emmagatzemen a l'exterior, en un ambient fred, es traslladen a un taller càlid. Un altre exemple de canvi ràpid de temperatura és l'ús de vapor per eliminar el gel d'una peça emmagatzemada a l'exterior, en clima fred. També poden aparèixer fissures que s'estenen des d'una mecanització o un empelt. La forma de la mecanització o de l'empelt pot concentrar la deformació en una àrea localitzada.

Encara que els problemes de moviment i esforç dels laminats que donen lloc a les esquerdes dels revestiments exteriors estan sobretot relacionats amb el disseny, la fabricació i el mal ús sobre el terreny, els transformadors i els proveïdors han treballat i segueixen treballant per fer que les peces i els materials de FRP siguin més resistents a les esquerdes. En general, els conceptes per a una major resistència a les esquerdes generalment s'avaluen en un entorn de laboratori i s'han desenvolupat nombrosos mètodes per avaluar les propietats dels diferents materials base dels revestiments i dels laminats pel que fa al esquerdament es refereix . Aquestes propietats inclouen l'allargament, la flexió, l'impacte i, més recentment, els canvis tèrmics. A continuació s'analitzen les descripcions dels diferents tests i el tipus d'esquerdament que representen.

Dos tests usuals per a l'avaluació de l'esquerdament lineal són l'allargament i la flexió fins a la primera esquerda audible. Les proves d'allargament s'han dissenyat per a valorar la flexibilitat de la pel lícula de revestiment. Es forma un ris amb una tira gel coat curat i es passa per un calibre (peu de rei). Es determinen la configuració del calibre pels quals passen els rínxols fins a la seva ruptura. A continuació es mostra un esquema de la prova.

La flexió fins a la primera esquerda audible és una versió modificada de ASTM D790 - Propietats de Flexió de Plàstics i Materials de Aïllament elèctric Reforçats i No Reforçats. La construcció de la mostra depèn de l'objectiu de la prova. Per a la comparació dels revestiments s'ha d'utilitzar la mateixa construcció de laminat per totes les mostres. Els espècimens de prova es treballen a partir del laminat segons les dimensions definides en ASTM D790. Les proves es realitzen segons ASTM D790. El costat del revestiment de la mostra està en tensió. A la Figura 2 es mostra un esquema de la prova. La càrrega s'atura en la primera esquerda audible. Generalment, els resultats s'expressen com la tenacitat o la capacitat del material per absorbir l'energia mecànica fins a la fractura.

Una idea per reduir el esquerdament en les peces de FRP és l'ús de revestiments que siguin més resistents a les esquerdes quan una peça de FRP es dobla, flexiona o rep un impacte. D'aquí sorgeix el desenvolupament d'una nova tecnologia de revestiment polimèric, PCT (Polymer Coating Technology) i una nova tecnologia polimèrica de barrera, PBT (Polymer Barrier Technology). Les propietats líquides típiques del PCT i del PBT es mostren a la Figura 8. (Vegeu les Figures 5-12 a partir de la pàgina 9). Les propietats d'un gel coat isoftàlic i una capa barrera VE típics es mostren a manera de comparació. Tant et PCT com el PBT compleixen els requisits de EPA NESHAP (Environmental Protection Agency, Nacional Emission Standards for Hazardous Air Pollutants) per als mercats navals i de materials reforçats. A més, els temps de curat superficial (tack free) del PCT i del PBT són significativament més curts que els d'altres gel coats i capes barrera disponibles. La major rapidesa de curat podria permetre una producció de peces més ràpida alhora que es manté o millora l'aspecte i el rendiment d'aquestes peces.

L'ús del PCT i del PBT requereix algunes modificacions dels processos d'aplicació en comparació amb els gel coats i capes barrera convencionals. Aquestes modificacions inclouen l'ús d'equips de projecció dissenyats específicament per a aquestes tecnologies. L'aplicació per polvorització d'aquests materials és similar a la dels gel coats ia les de les capes barrera convencionals. Per al PCT es recomana aplicar una capa de 500 micres en humit. Per al PBT es recomana aplicar una capa de 1500 micres en humit. A continuació es resumeixen exemples de proves d'allargament, flexió fins a la primera esquerda, impacte i xoc tèrmic amb el PCT i el PBT.

Es van avaluar les propietats d'elongació del PCT i del PBT. Es va incloure un gel coat isoftàlic estàndard com a testimoni per al PCT i una capa barrera típica de VI de conformitat amb la legislació MACT com a testimoni per al PBT. Es van preparar unes tires de gel coat polvoritzant el revestiment de prova sobre un motlle de vidre i utilitzant una barra aplicadora per obtenir un gruix de pel lícula constant de 450 +50 micres en humit. Quan es va assolir el temps de modelat de la pel·lícula, es va utilitzar una fulla per tallar tires de pel lícula de 6,35 mm (0.25 in) d'ample. Aquestes bandes es van sotmetre a un post-curat a 65 º C (150 ° F) durant 16 hores. Les bandes es van provar com es descriu més amunt. A la Figura 8 es mostren els resultats de les proves. L'allargament del PCT és equivalent al gel coat isoftàlic estàndard. L'allargament del PBT és 3 vegades el de la barrera d'èster de vinil.

Les propietats de la flexió fins a la primera esquerda de la PCT i de la PBT es van avaluar com s'ha descrit anteriorment. En les proves es van incloure diversos materials addicionals com a referència.

• Gel coat isoftàlic

• Gel coat isoftàlic (2 capes)

• Gel coat isoftàlic amb capa barrera de VI

El esquerdament en el revestiment exterior de les peces de FRP està relacionat amb el moviment a causa dels esforços en el laminat. Encara que el esquerdament del revestiment exterior no passa molt sovint en peces de FRP, aquest problema és patent per als consumidors i pot requerir reparacions significatives i reclamacions durant la garantia per als fabricants de peces de FRP.

S'han esmentat diversos tipus d'esquerdes de revestiment exterior, i s'han estudiat algunes de les causes del moviment i dels esforços en el laminat. S'han analitzat els mètodes de proves de laboratori utilitzats pels fabricants de peces i proveïdors de materials de FRP per avaluar la resistència a l'esquerdament de les peces i materials de FRP. Aquests mètodes s'han utilitzat per avaluar noves tecnologies de capa barrera i revestiments polimèrics més resistents (PCT i PBT). Els resultats posen de manifest que el PCT i el PBT ofereixen major tenacitat i resistència als impactes en comparació amb els materials estàndard de la indústria. Les noves tecnologies de revestiment i capa barrera també presenten altres avantatges, inclosa una retenció excepcional de la brillantor i la resistència a l'aigua ia l'abrasió.