Diseño De Pedales De Freno Y Embrague Con Fibra De Vidrio Reforzada

Breve Historia de las Fibras de Vidrio y Carbono.

Baquelita fue el primer plástico reforzado con fibra. Dr. Baekeland había establecido originalmente para encontrar un reemplazo de la goma laca. Los químicos habían comenzado a reconocer que muchas resinas naturales y fibras eran polímeros, y Baekeland investigado las reacciones de fenol y formaldehído. El primero produjo una soluble en fenol formaldehído laca llamada "Novolak" que nunca llegó a ser un éxito en el mercado, y se volvió hacia el desarrollo de un ligante para el amianto, que, en aquel momento, fue moldeado con goma. Mediante el control de la presión y la temperatura aplicada al fenol y formaldehído, se encontró en 1905 que podría producir su soñada material moldeable endurecido baquelita. Dio a conocer su invento en una reunión de la American Chemical Society de 5 de febrero de 1909.

El desarrollo de plástico reforzado con fibra para uso comercial se está investigando mucho en la década de 1930. En el Reino Unido, una considerable investigación se llevó a cabo por pioneros como Norman de Bruyne. Fue particularmente de interés para la industria de la aviación.

La producción en masa de filamentos de vidrio fue descubierto en 1932, cuando un investigador en Owens-Illinois dirigido accidentalmente un chorro de aire comprimido en una corriente de vidrio fundido y las fibras producidas. Owens se unió a la empresa Corning en 1935 y el método fue adaptado por Owens Corning a producir sus patentadas "fibreglas". Una resina adecuada para la combinación de los "fibreglas" con un plástico fue desarrollado en 1936 por Du Pont.

Producción de polímeros Mundial sobre la escala hoy presente comenzó a mediados del siglo 20, cuando los costes de producción, las nuevas tecnologías de producción y nuevas categorías de productos bajo el material y se combinan para hacer que la producción de polímeros económicos. La industria finalmente maduró a finales de 1970, cuando la producción de polímeros del mundo superó a la de acero, fabricación de polímeros del material omnipresente que es hoy. Plásticos reforzados con fibra han sido un aspecto importante de esta industria desde el principio. Hay tres categorías importantes de fibra utilizados en FRP, vidrio, carbono, y aramida.

Introducción.

Como se muestra anteriormente, la necesidad de producir materiales que sustituyan adecuada y eficazmente a los aceros y aleaciones me ha llevado a diseñar un artículo de utilidad, que a su vez recorte costos tanto de fabricación como de materia prima; por esta razón plantee la posibilidad de suplir los pedales de aluminio estampado que actualmente utilizan los vehículos automotores por pedales de fibra de vidrio reforzados con Poliamida 6.6 ya que este tipo de material ofrece similares propiedades mecánicas a las del aluminio estampado y en algunos aspectos es más duradera, más ligera y ayuda a la disminución de costos para la empresa encargada de la manufactura y por consiguiente un precio menor en el mercado para su exitosa venta.

Diseño y Selección de Materiales.

Para la aplicación en el diseño y selección de materiales para el artículo que deseamos fabricar se deben emplear polímeros técnicos que sean capaces de absorber una fuerza, o transmitirla, y que presenten, además, una elevada resistencia al impacto y al desgaste, junto con una baja dilatación térmica y escasa deformabilidad. De este modo, las piezas conformadas a partir de estos materiales plásticos presentarán una geometría estable, necesaria para su correcto funcionamiento. Ejemplos de este tipo de materiales son, entre otros, el policarbonato (PC), el polietilentereftalato (PET), el polifenilenéter (PPE), el polióxido de metileno (POM), la poliamida (PA) y los polímeros termoestables, si bien, éstos últimos pueden resultar excesivamente frágiles. De entre todos ellos, la poliamida (PA) es considerada como el polímero termoplástico técnico más importante. Su correcto funcionamiento ha sido verificado y contrastado en numerosas aplicaciones ingenieriles donde se generan y desarrollan esfuerzos importantes sobre las piezas, como en el caso de engranajes, rodamientos, prótesis y hélices de embarcaciones, entre otras. Asimismo, las propiedades mecánicas de los polímeros técnicos o de ingeniería se optimizan, aún más, cuando son reforzados con fibras de carácter orgánico o inorgánico.

Tabla 1.1. Punto de fusión y resistencia a la tracción de diversas PA.

PA 6.6 6 6.10 11 12

Punto de fusión (°C) 265-270 215-220 220 185 179

Resistencia a la tracción (MPa) (MPa) (MPa)

82

76

70

60

58

Por otro lado, mediante aditivos nucleantes y la manipulación de los tiempos de enfriamiento durante su procesado, se puede actuar sobre el tamaño de las esferulitas, o estructuras microcristalinas, modificando, de esta forma, las propiedades mecánicas del material y aproximándolas al valor de diseño requerido.

Asimismo, la adición de elementos reforzantes (fibra de vidrio principalmente, pero también caolín y mica) en cantidades relativamente grandes, hasta de un 40-45% en peso, aumenta la resistencia a la tracción, la rigidez y la estabilidad dimensional a alta temperatura de las poliamidas alifáticas, disminuyendo su deformación en la rotura y su retracción, que se mantiene similar a la de los termoplásticos amorfos. En el gráfico de la Figura 1.1 se presenta un ejemplo del efecto del refuerzo en la rigidez de la PA 6.6.

Figura 1.1. Efecto del refuerzo en la rigidez de la PA 6.6.

Para optimizar los procesos de transformación, se adicionan lubricantes externos que facilitan la circulación de la resina a través de los husillos de extrusión o inyección, el flujo por los canales de los moldes y el desmoldeo. Además de estos aditivos y de los agentes estabilizadores, nucleantes, refuerzos, etc. ya mencionados, también se añade óxido de antimonio y cloruros o bromuros orgánicos para proporcionarles mayor resistencia a la propagación de la llama.

La resistencia a la tracción de la PA disminuye al humedecerse, aunque aumenta su tenacidad, recuperando sus propiedades primitivas al secarse. Puede decirse que el agua actúa como plastificante que solvata las macromoléculas del polímero y, de hecho, se comprueba un considerable aumento del volumen que debe ser tenido en cuenta en el diseño de piezas voluminosas. Éstas son las justificaciones por las que, generalmente, los fabricantes de resinas de PA para moldear dan información de sus características mecánicas en condiciones secas en el momento

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