16as Jornadas de Materiales Compuestos / Plásticos Reforzados

16as JORNADAS DE MATERIALES COMPUESTOS / PLÁSTICOS REFORZADOS Barcelona, 15 y 16 de octubre de 2002 Organizadas por: CENTRO ESPAÑOL DE PLÁSTICOS Con la colaboración de: * DEPARTAMENT D’INDÚSTRIA, COMERÇ I TURISME DE LA GENERALITAT DE CATALUNYA * GPRMC * EUROPEAN COMPOSITES INDUSTRY ASSOCIATION

La avanzada conciencia medioambiental actual, tanto por parte de particulares como de organismos públicos, lleva a la búsqueda y desarrollo de materiales y procesos de aplicación menos contaminantes que los poliésteres en el mercado de los composites. Una de las tendencias es el empleo de resinas epoxi en el refuerzo o laminado, material que además de sus excelentes propiedades mecánicas, muestra una baja emisión de disolventes volátiles durante su procesado.

Los laminados en base resinas epoxi pueden venir recubiertos por un gel-coat formulado con el mismo tipo de resinas. Estas resinas plantean, en general, problemas de estabilidad y, principalmente, de aplicación. Como alternativa a éstos gel-coats tenemos los gel-coats de poliéster, los cuales han de tener buena adherencia al laminado, tal y como ofrecen los gelcoats desarrollados por Ferro. En general los gel-coats de poliéster presentan mejor estabilidad a la luz UV y unos tiempos de aplicación más cortos que los gel-coats en base epoxi; ello les lleva a ser una buena alternativa.

En la actualidad son varios los sectores que hacen uso de las resinas epoxi en los refuerzos por sus características. Entre otros tenemos:

• Industria automovilística

• Náutica

• Molinos de viento

• Industria aeroespacial

• Piezas industriales

Las diferencias básicas que podemos encontrar entre los dos tipos de productos son las siguientes:

GEL-COAT DE POLIÉSTER PARA LAMINADO EPOXI (FERRO)

• Tiempo de film corto (30-40 min)

• Buena estabilidad a la luz U.V.

• Mucha variedad de colores

• Elevado alargamiento a la rotura

• Baja absorción de agua

• Posibilidad de baja emisión de estireno`

GEL-COAT EPOXI PARA LAMINADO EPOXI

• Tiempo de film largo (>1h)

• Baja resistencia a la luz U.V.

• Reducida variedad de colores

• Bajo alargamiento a la rotura

• Buena resistencia química

• Bajo contenido en disolventes

El gel-coat de poliéster para recubrimientos en base epoxi está formulado para ofrecer muy buena adherencia y compatibilidad con el laminado. Se presenta en una gran variedad de colores, preparados en base a pigmentos y resinas capaces de conferirle muy buena estabilidad a la luz U.V. Su curado es rápido y excelente, pudiendo tenerse un perfecto curado en 40 minutos, dejando el material listo para el estratificado. Como todo buen poliéster, reproduce fielmente los detalles y brillo del molde. El producto final presenta buena

flexibilidad, con un alto valor de alargamiento a la rotura; no obstante su dureza Barcol final es de 35-45. Su absorción de agua es baja, menor que la del epoxi, lo cual lo hace apto para su uso en el sector de la náutica.

A continuación se detallan los datos más representativos del gel-coat :

El material se podrá aplicar, bien mediante rodillo o brocha (aplicación manual), o bien mediante equipo de proyección, pudiéndose emplear en procesos completamente manuales u otros, más mecanizados, tales como RTM, prensa en caliente, etc.

Una vez aplicado el material sobre el molde, teniendo presente que se recomienda aplicar una capa con un espesor que debe estar entre 400 y 500 micras en húmedo, se deja curar a temperatura ambiente durante unos 20 minutos aproximadamente. Se recomienda continuar el curado a 40ºC durante otros 30 minutos. Una vez finalizada esta parte del proceso se saca la pieza de estufa y se deja enfriar a temperatura ambiente.

Se prepara la resina o “ prepreg” epoxi con la que se va a proceder al estratificado y se lamina siguiendo las recomendaciones del fabricante. Finalmente, se cura la pieza según se indique, por ejemplo 2 horas a 70ºC.

Uno de los grandes problemas que presentan los laminados de poliéster es su elevada inflamabilidad. En piezas destinadas a mercados del transporte y construcción, principalmente, la inflamabilidad representa una creciente preocupación.

Dentro del mundo del poliéster, con los materiales empleados en la ignifugación, se consiguen productos con buenas prestaciones, pero insuficientes para las exigencias actuales. A pesar de obtener productos con buena resistencia a la llama, generalmente, el humo generado, además de ser excesivo en ocasiones (densidad de humos), nos encontramos que posee una elevada toxicidad. Por ello, el uso de otros materiales con mejores prestaciones, tales como el laminado fenólico, ha encontrado su lugar dentro del mundo del composite. Por otro lado, los laminados fenólicos presentan buenas propiedades mecánicas incluso a elevadas temperaturas.

A pesar de todo ello, el laminado fenólico tiene sus problemas. Las resinas son de una fuerte

coloración rojiza. Si se quiere dejar la pieza con un acabado con un color determinado, ésta debe ser tratada con un primer y posteriormente repintada.

Con el fin de evitar mano de obra innecesaria y obtener piezas en un menor período de tiempo, Ferro ha desarrollado un gel-coat de poliéster, con buenas características mecánicas e ignífugas, pero con la excepcional característica de presentar muy buena adherencia al laminado fenólico, el cual se empleará directamente sobre el gel-coat, cosa que no se obtiene con un gel-coat estándar.

En la actualidad son varios los sectores que hacen uso de las resinas fenólicas, mercados donde se exige, especialmente, una buena resistencia al fuego, además de necesitar de otras características que los laminados fenólicos ofrecen. Entre otros tenemos:

• Industria automovilística

• Industria ferroviaria (metro y ferrocarril)

• Industria aeroespacial

• Pieza industrial

• Náutica

poliéster y fenólicos.

Las propiedades mecánicas son similares entre un laminado de poliéster y otro en base resinas fenólicas. Sin embargo, estas últimas presentan un valor de temperatura de deformación (H.D.T.) superior, lo cual conduce a un mejor comportamiento de este tipo de materiales a temperaturas elevadas.

No obstante, de entre las propiedades que favorecen al poliéster, y que, en concreto, no hacen recomendable el uso de resinas fenólicas para laminados que vayan a estar en contacto directo con agua, tales como piezas para náutica, es la absorción de agua, muy superior en el caso de las resinas fenólicas.

La principal característica diferencial entre una resina fenólica y una resina de poliéster, tal y como ya se ha comentado, es la buena resistencia a llama que presentan las primeras (homologación M1, según norma UNE 23 7327), así como la baja toxicidad y densidad de humos, que conduce a una homologación F1 o F2. Recientes desarrollos en poliéster están conduciendo a resinas con homologaciones similares.

El gel-coat de poliéster para laminados de resina fenólica está formulado especialmente para ofrecer muy buena adherencia y compatibilidad con el laminado, así como para protegerlo y decorarlo. A pesar de tratarse de un gel-coat en base poliéster, no requiere de imprimaciones y sobre él, estando bien curado, se puede aplicar directamente la resina fenólica. Se presenta en una gran variedad de colores, preparados en base a pigmentos y resinas capaces de conferirle muy buena estabilidad a la luz U.V. Su curado es rápido y excelente, pudiendo tenerse un perfecto curado en 40 minutos, dejando el material listo para el estratificado. Reproduce fielmente los detalles y brillo del molde. El gel-coat por sí solo presenta buena resistencia a la llama, si bien ofrece sus mayores prestaciones cuando se emplea junto con el estratificado en resina fenólica; se puede llegar a obtener una homologación M1/F1 en condiciones óptimas.

A continuación se detallan los datos más representativos del gel-coat :

La aplicación del material podrá hacerse de modo manual, bien mediante rodillo o brocha, o bien mediante el empleo de un equipo de proyección ( “airless” o de gravedad), pudiéndose emplear en procesos manuales u otros, tales como RTM, prensa en caliente, etc.

Se recomienda aplicar el gel-coat en una capa con un espesor que debe oscilar entre las 300 y 400 micras en húmedo. Se deja curar a temperatura ambiente durante unos 30 a 45 minutos aproximadamente.

Se procede al laminado con la resina fenólica, convenientemente catalizada, siguiendo las recomendaciones del fabricante de la resina. Finalmente, se cura la pieza según se indique, por ejemplo 2 horas a 70ºC.

A continuación se muestran las diferentes homologaciones que puede alcanzar un laminado de gel-coat Ferro para resinas fenólicas con un estratificado hecho con dicho tipo de resinas.

En la siguiente gráfica se muestra la variación que sufre la clasificación de un laminado con gel-coat y resina fenólica en función del espesor del gel-coat aplicado. Se representa el valor del índice de humos (smoke index) frente al espesor del gel-coat empleado en el laminado, y se delimita la zona de clasificación F1 y F2. Como se aprecia, para espesores superiores a 300 micras se pasa de una clasificación F1 a F2.

A continuación se exponen les resultados de algunos ensayos realizados sobre el gel-coat y otros recubrimientos.

El tejido TWINTEX es un refuerzo desarrollado por la firma Vetrotex consistente en una mezcla de fibra de vidrio, del tipo E-glass, y de polipropileno (PP). Se trata de un conjunto de fácil aplicabilidad y con resultados, como refuerzo, excelentes.

Da por si mismo una estructura de refuerzo sin necesidad de empleo de resinas, lo cual le confiere unas características medioambientales que no poseen las resinas típicas empleadas en los composites. El TWINTEX es fácilmente convertible en composite sin más que calentar el material por encima del punto de fusión del PP: 180-230ºC.

Las principales características que aporta el refuerzo TWINTEX son:

• Rápida consolidación

• Baja presión de moldeo

• Buen revestido y cubrición del gel-coat

y formas del molde

• Apto para aplicaciones industriales

• Material reciclable

Varios son los sectores a los cuales, por sus características, se puede destinar el uso de piezas de composite realizadas con un gel-coat y un refuerzo tal como el Twintex. Entre otros tenemos:

• Industria automovilística

• Náutica

• Industria del ferrocarril y metro

• Industria aeroespacial

• Piezas industriales generales

Entre las principales diferencias que podemos encontrar al comparar un laminado, por un lado obtenido con el tejido Twintex, y por otro lado con un refuerzo con fibra de vidrio y resina de poliéster, el laminado con Twintex presenta las siguientes características:

• Mejores propiedades mecánicas

• Mejor resistencia química (mejorable en el segundo caso cuando se empleen resinas del tipo viniléster u otras)

• Menor absorción de agua

• Cero emisión de volátiles (mejorable en el caso del poliéster cuando se empleen resinas del tipo de baja emisión)

• Mejor respuesta en el ensayo al impacto

El gel-coat de poliéster líquido para laminados con el tejido Twintex está formulado especialmente para ofrecer muy buena adherencia y compatibilidad con el laminado, a la vez que cumplir una función protectora y decorativa de éste.

No precisa del empleo de imprimaciones, ya que el propio tejido lleva incorporado un film

termofusible (del tipo hot melt) que hace que la adherencia entre los dos substratos sea buena.

Se trata de un producto de muy buena flexibilidad, compatible con los valores del Twintex.

También presenta muy buena resistencia a los rayos UV.

El producto se puede suministrar en un amplia gama de colores, según se requiera para la pieza final.

El gel-coat líquido se podrá aplicar, bien mediante rodillo o brocha (aplicación manual), o bien mediante equipo de proyección, pudiéndose emplear tanto en procesos manuales como en otros tales como RTM, prensa en caliente, pultrusion, etc.

El espesor que se recomienda aplicar de gel-coat debe estar entre 400 y 500 micras. Una vez finalizada la aplicación del material se cura a una temperatura de 80ºC durante unos 3 a 5minutos, aproximadamente. A continuación se empieza a cubrir el gel-coat con el tejido del laminado, para posteriormente proceder con el “curado” de éste a una temperatura comprendida entre los 180 y 230ºC.