16as Jornades de Materials Compostos / Plàstics Reforçats

16as JORNADES DE MATERIALS COMPOSTOS / PLÀSTICS REFORÇATS Barcelona, 15 i 16 octubre 2002 Organitzades per: CENTRE ESPANYOL DE PLÀSTICS Amb el suport de: * DEPARTAMENT D'INDÚSTRIA, COMERÇ I TURISME DE LA GENERALITAT DE CATALUNYA * GPRMC * EUROPEAN COMPOSITES INDUSTRY ASSOCIATION

L'avançada consciència mediambiental actual, tant per part de particulars com d'organismes públics, porta a la recerca i desenvolupament de materials i processos d'aplicació menys contaminants que els polièsters al mercat dels compòsits. Una de les tendències és la utilització de resines epoxi en el reforç o laminat, material que a més de les seves excel lents propietats mecàniques, mostra una baixa emissió de dissolvents volàtils durant el seu processat.

Els laminats en base resines epoxi poden venir recoberts per un gel-coat formulat amb el mateix tipus de resines. Aquestes resines plantegen, en general, problemes d'estabilitat i, principalment, d'aplicació. Com a alternativa a aquests gel-coats tenim els gel-coats de polièster, els quals han de tenir bona adherència al laminat, tal com ofereixen els gelcoats desenvolupats per Ferro. En general els gel-coats de polièster presenten millor estabilitat a la llum UV i uns temps d'aplicació més curts que els gel-coats sobre la base epoxi; això els porta a ser una bona alternativa.

En l'actualitat són diversos els sectors que fan ús de les resines epoxi en els reforços per les seves característiques. Entre d'altres tenim:

• Indústria automobilística

• Nàutica

• Molins de vent

• Indústria aeroespacial

• Peces industrials

Les diferències bàsiques que podem trobar entre els dos tipus de productes són les següents:

GEL-COAT DE POLIÈSTER PER LAMINAT EPOXI (FERRO)

• Temps de film curt (30-40 min)

• Bona estabilitat a la llum UV

• Molta varietat de colors

• Elevat allargament al trencament

• Baixa absorció d'aigua

• Possibilitat de baixa emissió d'estirè `

GEL-COAT EPOXI PER LAMINAT EPOXI

• Temps de film llarg (> 1h)

• Baixa resistència a la llum UV

• Reduïda varietat de colors

• Sota allargament al trencament

• Bona resistència química

• Baix contingut en dissolvents

El gel-coat de polièster per recobriments sobre la base epoxi està formulat per oferir molt bona adherència i compatibilitat amb el laminat. Es presenta en una gran varietat de colors, preparats sobre la base de pigments i resines capaços de conferir molt bona estabilitat a la llum UV seu curat és ràpid i excel lent, i pot tenir un perfecte curat en 40 minuts, deixant el material llest per al estratificat. Com tot bon polièster, reprodueix fidelment els detalls i brillantor del motlle. El producte final presenta bona

flexibilitat, amb un alt valor d'allargament al trencament, malgrat la seva duresa Barcol final és de 35-45. La seva absorció d'aigua és baixa, menor que la de l'epoxi, la qual cosa el fa apte per al seu ús en el sector de la nàutica.

A continuació es detallen les dades més representatius del gel-coat:

El material es podrà aplicar, bé mitjançant corró o brotxa (aplicació manual), o bé mitjançant equip de projecció, podent emprar en processos completament manuals o altres, més mecanitzats, com ara RTM, premsa en calent, etc.

Un cop aplicat el material sobre el motlle, tenint present que es recomana aplicar una capa amb un gruix que ha d'estar entre 400 i 500 micres en humit, es deixa curar a temperatura ambient durant uns 20 minuts aproximadament. Es recomana continuar el curat a 40 º C durant altres 30 minuts. Un cop finalitzada aquesta part del procés es treu la peça d'estufa i es deixa refredar a temperatura ambient.

Es prepara la resina o "prepreg" epoxi amb la qual es va a procedir al estratificat i es lamina seguint les recomanacions del fabricant. Finalment, es cura la peça segons s'indiqui, per exemple 2 hores a 70 º C.

Un dels grans problemes que presenten els laminats de polièster és la seva elevada inflamabilitat. En peces destinades a mercats del transport i construcció, principalment, la inflamabilitat representa una creixent preocupació.

Dins del món del polièster, amb els materials emprats en la ignifugació, s'aconsegueixen productes amb bones prestacions, però insuficients per a les exigències actuals. Tot i obtenir productes amb bona resistència a la flama, generalment, el fum generat, a més de ser excessiu de vegades (densitat de fums), ens trobem que té una elevada toxicitat. Per això, l'ús d'altres materials amb millors prestacions, com ara el laminat fenòlic, ha trobat el seu lloc dins del món del composite. D'altra banda, els laminats fenòlics presenten bones propietats mecàniques fins i tot a elevades temperatures.

Malgrat tot això, el laminat fenòlic té els seus problemes. Les resines són d'una forta

coloració vermellosa. Si es vol deixar la peça amb un acabat amb un color determinat, aquesta ha de ser tractada amb un primer i posteriorment repintada.

Per tal d'evitar mà d'obra innecessària i obtenir peces en un menor període de temps, Ferro ha desenvolupat un gel-coat de polièster, amb bones característiques mecàniques i ignífugues, però amb l'excepcional característica de presentar molt bona adherència al laminat fenòlic, el qual s'emprarà directament sobre el gel-coat, cosa que no s'obté amb un gel-coat estàndard.

En l'actualitat són diversos els sectors que fan ús de les resines fenòliques, mercats on s'exigeix, especialment, una bona resistència al foc, a més de necessitar d'altres característiques que els laminats fenòlics ofereixen. Entre d'altres tenim:

• Indústria automobilística

• Indústria ferroviària (metro i ferrocarril)

• Indústria aeroespacial

• Peça industrial

• Nàutica

polièster i fenòlics.

Les propietats mecàniques és similar en un laminat de polièster i un altre a base resines fenòliques. No obstant això, aquestes últimes presenten un valor de temperatura de deformació (HDT) superior, la qual cosa condueix a un millor comportament d'aquest tipus de materials a temperatures elevades.

No obstant això, entre les propietats que afavoreixen al polièster, i que, en concret, no fan recomanable l'ús de resines fenòliques per laminats que hagin d'estar en contacte directe amb aigua, com ara peces per nàutica, és l'absorció d'aigua, molt superior en el cas de les resines fenòliques.

La principal característica diferencial entre una resina fenòlica i una resina de polièster, tal com ja s'ha comentat, és la bona resistència a flama que presenten les primeres (homologació M1, segons norma UNE 23 7327), així com la baixa toxicitat i densitat de fums, que condueix a una homologació F1 o F2. Recents desenvolupaments en polièster estan conduint a resines amb homologacions similars.

El gel-coat de polièster per laminats de resina fenòlica està formulat especialment per oferir molt bona adherència i compatibilitat amb el laminat, així com per protegir-lo i decorar-lo. Tot i tractar-se d'un gel-coat basant polièster, no requereix d'imprimacions i sobre ell, estant ben curat, es pot aplicar directament la resina fenòlica. Es presenta en una gran varietat de colors, preparats sobre la base de pigments i resines capaços de conferir molt bona estabilitat a la llum UV seu curat és ràpid i excel lent, i pot tenir un perfecte curat en 40 minuts, deixant el material llest per al estratificat. Reprodueix fidelment els detalls i brillantor del motlle. El gel-coat per si sol presenta bona resistència a la flama, tot i que ofereix els seus majors prestacions quan s'empra juntament amb el estratificat en resina fenòlica, es pot arribar a obtenir una homologació M1/F1 en condicions òptimes.

A continuació es detallen les dades més representatius del gel-coat:

L'aplicació del material es pot fer de manera manual, bé mitjançant corró o brotxa, o bé mitjançant l'ús d'un equip de projecció ("airless" o de gravetat), podent utilitzar en processos manuals o altres, com ara RTM, premsa en calent , etc.

Es recomana aplicar el gel-coat en una capa amb un gruix que ha oscil lar entre les 300 i 400 micres en humit. Es deixa curar a temperatura ambient durant uns 30 a 45 minuts aproximadament.

Es procedeix al laminat amb la resina fenòlica, convenientment catalitzada, seguint les recomanacions del fabricant de la resina. Finalment, es cura la peça segons s'indiqui, per exemple 2 hores a 70 º C.

A continuació es mostren les diferents homologacions que pot arribar a un laminat de gel-coat Ferro per resines fenòliques amb un estratificat fet amb aquest tipus de resines.

En la següent gràfica es mostra la variació que sofreix la classificació d'un laminat amb gel-coat i resina fenòlica en funció del gruix del gel-coat aplicat. Es representa el valor de l'índex de fums (smoke index) enfront del gruix del gel-coat emprat en el laminat, i es delimita la zona de classificació F1 i F2. Com s'aprecia, per a gruixos superiors a 300 micres es passa d'una classificació F1 a F2.

A continuació s'exposen els resultats d'alguns assaigs realitzats sobre el gel-coat i altres recobriments.

El teixit TWINTEX és un reforç desenvolupat per la signatura Vetrotex consistent en una barreja de fibra de vidre, del tipus I-glass, i de polipropilè (PP). Es tracta d'un conjunt de fàcil aplicabilitat i amb resultats, com a reforç, excel·lents.

Dóna per si mateix una estructura de reforç sense necessitat d'ocupació de resines, la qual cosa li confereix unes característiques mediambientals que no posseeixen les resines típiques empleades en els composites. El TWINTEX és fàcilment convertible en composite sense més que escalfar el material per sobre del punt de fusió del PP: 180-230ºC.

Les principals característiques que aporta el reforç TWINTEX són:

• Ràpida consolidació

• Baixa pressió de modelo

• Bon revestit i cubrición del gel-coat

i formes del motlle

• Apte per a aplicacions industrials

• Material reciclable

Varis són els sectors als quals, per les seves característiques, es pot destinar l'ús de peces de composite realitzades amb un gel-coat i un reforç tal com el Twintex. Entre uns altres tenim:

• Indústria automobilística

• Nàutica

• Indústria del ferrocarril i metre

• Indústria aeroespacial

• Peces industrials generals

Entre les principals diferències que podem trobar en comparar un laminatge, d'una banda obtingut amb el teixit Twintex, i d'altra banda amb un reforç amb fibra de vidre i resina de polièster, el laminatge amb Twintex presenta les següents característiques:

• Millors propietats mecàniques

• Millor resistència química (millorable en el segon cas quan s'emprin resines del tipus viniléster o unes altres)

• Menor absorció d'aigua

• Zero emissió de volàtils (millorable en el cas del polièster quan s'emprin resines del tipus de baixa emissió)

• Millor resposta en l'assaig a l'impacte

El gel-coat de polièster líquid per a laminatges amb el teixit Twintex està formulat especialment per oferir molt bona adherència i compatibilitat amb el laminatge, alhora que complir una funció protectora i decorativa d'aquest.

No precisa de l'ocupació d'imprimaciones, ja que el propi teixit porta incorporat un film

termofusible (del tipus hot melt) que fa que l'adherència entre els dos substrats sigui bona.

Es tracta d'un producte de molt bona flexibilitat, compatible amb els valors del Twintex.

També presenta molt bona resistència als rajos UV.

El producte es pot subministrar en un àmplia gamma de colors, segons es requereixi per a la peça final.

El gel-coat líquid es pot aplicar, bé mitjançant corró o brotxa (aplicació manual), o bé mitjançant equip de projecció, podent emprar tant en processos manuals com en altres com ara RTM, premsa en calent, pultrusió, etc.

El gruix que es recomana aplicar de gel-coat ha d'estar entre 400 i 500 micres. Un cop finalitzada l'aplicació del material es cura a una temperatura de 80 º C durant uns 3 a 5minuts, aproximadament. A continuació es comença a cobrir el gel-coat amb el teixit del laminat, per a posteriorment procedir amb el "curat" d'aquest a una temperatura compresa entre els 180 i 230 º C.