paper fibras de coco

7/25/2019 Paper Fibras de Coco

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OBTENCIN DE MATERIALES COMPUESTOS HBRIDOS DE MATRIZ POLISTER REFORZADA CON FIBRAS DE COCOY VIDRIO PARA LA ELABORACIN DE TABLEROS

REVISTA EPN, VOL. 33, NO. 2, ENERO 2014

1. INTRODUCCIN

El inters actual en utilizar fibras naturales en compuestoshbridos se debe a la creciente preocupacin por la

preservacin del medio ambiente y el uso de materias primasrenovables. Existe un gran inters en la bsqueda de fibrasnaturales que puedan reemplazar adecuadamente a fibrassintticas, como la fibra de vidrio o combinarlas con estas

para la obtencin de materiales compuestos altamente

competitivos (Mohanty et al.).

Un material compuesto reforzado con fibras relativamentenuevo es el denominado hbrido, que se obtiene al utilizar doso ms clases diferentes de fibras en una nica matriz. Loscompuestos hbridos han despertado el inters en aplicacionesestructurales ya que el material ofrece a los diseadores lalibertad de adaptar nuevos materiales, para alcanzar

propiedades mecnicas que con los compuestos tradicionalesno se pueden conseguir. Tambin, se reduce el coste en la

obtencin de este tipo de materiales, al sustituir una parte defibras costosas por fibras ms baratas, sin que tenga un efectosignificativo en las propiedades mecnicas. (Chou).

Obtencin de Materiales Compuestos Hbridos de Matriz Polister

Reforzada con Fibras de Coco y Vidrio para la Elaboracin de Tableros

Delgado F.*; Galeas S.*; Guerrero V.*

*Escuela Politcnica Nacional, Facultad de Ingeniera MecnicaQuito, Ecuador (Tel: 593-2-2507-144 ext.2433; e-mail: lanum,[email protected])

Resumen:En el presente estudio se exponen los resultados de la caracterizacin mecnica de compuestos hbridosde matriz polister reforzados con fibras de coco y vidrio. Para ello, se fabricaron probetas de traccin, flexin eimpacto de acuerdo a las normas ASTM D 3039, ASTM D 7264 y ASTM D 5628, respectivamente. Se utiliz latcnica de estratificacin manual y se coloc a las fibras de acuerdo a la disposicin tipo sndwich vidrio-coco-vidrio. Se evaluaron las propiedades mecnicas de las fracciones volumtricas de refuerzo de 0,15 y 0,20 y dentrode stas se variaron las proporciones de coco-vidrio en 25/75,50/50,75/25. Los ensayos mecnicos determinaronque las propiedades fueron superiores con la fraccin volumtrica de refuerzo de 0,20, y que la configuracin

Fc50-Fv50, combin caractersticas deseables en aplicaciones estructurales, tales como las buenas propiedades

mecnicas y baja densidad. As, con respecto a la matriz polister para los ensayos a traccin, su mdulo elstico(3960 MPa) y esfuerzo mximo (38,56 MPa) aumentaron en un 231% y 40% respectivamente. En los ensayos deflexin el incremento de las propiedades fue de 104% para el mdulo elstico (4094 MPa) y 51% para el esfuerzomximo (89,23 MPa). Los ensayos de impacto revelaron que el compuesto hbrido absorbi un 361% ms energaque la matriz polister (0,07J). Finalmente se elaboraron tableros con esta formulacin y se realizaron ensayos detraccin y flexin bajo las normas ASTM D 3034 y ASTM D 3500, respectivamente. Los resultados encontrados secompararon con las propiedades mecnicas de la madera contrachapada de 12 mm y 18 mm y se fabric un

prototipo.

Palabras clave: Compuestos hbridos, resina polister, fibra de coco, fibra de vidrio, tableros, maderacontrachapada.

Abstract: This study shows the results of the mechanical characterization of hybrid polyester matrix compositesreinforced with coconut and glass fibers by hand lay-up. Tensile, flexural and impact specimens were producedaccording to ASTM standards D 3039, D 7264 and D 5628, respectively. Fibers were placed according to sandwicharrangement glass-coconut-glass. Mechanical properties were evaluated to reinforcement volume fractions of 0.15and 0.20 and within these formulations coconut/glass ratios of 25/75, 50/50, 75/25 were studied. Mechanical testsdetermined that 0.20 volume fraction reinforced materials have the best properties and Fc50-Fv50 configuration

shows desirable combined features for structural applications, such as good mechanical properties and low density.Thus, the tensile strength (38,56 MPa) and modulus (3960 MPa) of this material were around 40 and 231% higherthan those of the matrix. The flexural strength (89,23 MPa) and modulus (4094 MPa) improved approximately 51and 104%, in comparison to the polyester. Impact tests revealed that the hybrid compound absorbed 361% moreenergy than the polyester matrix (0.07 J). Finally, boards were made with this formulation, then, tensile and flexuraltests were carried out according to standards ASTM D 3034 and ASTM D 3500, respectively. These results werecompared with 12 mm and 18 mm plywood and a prototype was made.

Keywords:Hybrid compounds, polyester resin, coconut fiber, glass fiber, boards, plywood.


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El Ecuador es un paraso a nivel de fibras naturales. Lasfibras con mayor demanda internacional son las fibras decabuya, algodn y abac, sin embargo, se considera queexiste una extensa variedad de fibras, especialmente a nivelde especies exticas de la Costa y Amazona que no sonexplotadas y que podran atender los requerimientos de los

mercados extranjeros. (Pabn). Este es el caso de la fibraencontrada en las cscaras de coco.

A nivel nacional la produccin de fruta de coco estalrededor de 50886 t, siendo Esmeraldas el mayor productorcon 37415 t, seguido de Manab con 11569 t, de acuerdo auna investigacin realizada por el Ministerio de Agricultura yGanadera (MAG). Lamentablemente, en el Ecuador no seexplotan los residuos slidos generados, por lo que seconvierten en desechos que son destinados a botaderos de

basura.

Existen pocos estudios al respecto de esta problemtica,razn por la cual este proyecto aspira utilizar este desecho yconvertirlo en un producto que alcance un valor agregadomediante la elaboracin de materiales compuestos hbridos enlos que se implemente a la fibra de coco como parte delrefuerzo. Esto es, combinar de manera sinrgica las

propiedades individuales de la fibra de coco y la fibra devidrio en una matriz de resina polister para obtenercompuestos de alta versatilidad de aplicacin. El empleo deeste compuesto hbrido podra tener una amplia aplicacinindustrial en diversos campos como el automotriz,construccin, revestimientos internos de autos y elementos

tales como pedales, muebles y tableros, etc.

El proyecto, adems de poder beneficiar a los productores decoco y contribuir a una cultura ambiental en la regin, esperaabrir campos de investigacin para crear alternativas deutilizacin de este recurso.

2. MATERIALES Y MTODOS

2.1 Materiales

Se emplearon fibras de coco extradas de cascaras de cocomaduro residual recolectadas de los mercados de la ciudad deQuito. La extraccin de la fibra se realiz por medio de unatrituradora universal y se obtuvieron longitudes de 3 a 6 cmen el 82% de los casos.

Se utiliz fibra de vidrio en forma de mats que estnconstituidos de filamentos individuales de 50 mm de largo,espesor de 0,56 mm y una relacin peso/rea de 0,0338g/cm2. El mat est constituida por fibras de vidrio tipo E y C,las mechas estn unidas entre s con un aglomerante en polvoy emulsin.

Como matriz se utiliz la resina polister marca Anderpol859, que a su vez fue diluida con un 10% en volumen de

monmero estireno. Se adicion como activador del procesode curado un 0,5% de octoato de cobalto al 6% de Co y un1,5% de perxido de metil etil cetona (MEKP por sus siglasen ingles) para catalizar la reaccin.

2.2 Mtodos

La elaboracin de los compuestos hbridos se realiz por elmtodo de estratificacin manual y se consider laconfiguracin tipo sndwich para la disposicin de las fibrasdentro del refuerzo. Se emple una presin de 1000 psi parael conformado de las piezas y se estableci el curado atemperatura ambiente de 20 C durante una hora.

Para la elaboracin de tableros se emple una presin de 0,75psi y se redujo en 50% la cantidad de octoato y MEKPempleada en las probetas. Los ensayos mecnicos serealizaron transcurridas al menos 2 semanas a partir de su

fabricacin, para asegurar una reticulacin mayor al 90%. Sefabricaron un mnimo de 5 probetas por cada configuracinde refuerzo. Las configuraciones elaboradas fueron: Fc100-Fv0, Fc75-Fv25, Fc50-Fv50, Fc25-Fv75, Fc0-Fv100 y serealizaron para cada fraccin volumtrica de refuerzo de 0,15y 0,20.

Cabe sealar que se calcul la densidad de cada una de losmateriales formulados a partir de los valores de densidad dela fibra de coco y vidrio, el peso del material compuesto y lageometra del mismo. Las densidades fueron calculadas tanto

para las probetas como para los tableros.

2.2.1 Ensayos de traccin y flexin de los compuestoshbridos

Se determinaron las propiedades mecnicas a traccin talescomo el mdulo elstico, esfuerzo mximo y deformacinmxima, mediante la norma ASTM D 3039-07, en la cual seempleo una velocidad de ensayo de 2 mm/min y probetas dedimensiones 250252,5 mm.

Las propiedades mecnicas a la flexin tales como el mduloelstico, esfuerzo mximo y deformacin mxima fuerondeterminadas mediante la norma ASTM D 7264-07, en la

cual se empleo una velocidad de ensayo de 1 mm/min yprobetas rectangulares de dimensiones 160134 mm.

2.2.2 Seleccin de la configuracin y fraccin volumtrica derefuerzo para la elaboracin de tableros y ensayos deimpacto

Se compararon las propiedades mecnicas de los compuestoshbridos de fraccin volumtrica de 0,15 y 0,20 y se eligi lafraccin con mejores resultados. La configuracin de refuerzoms adecuada se defini al comparar mediante el mtodo de

criterios ponderados, la configuracin que present la mejorrelacin de buenas propiedades y cantidad de fibra natural enel refuerzo. Con esta configuracin y fraccin de refuerzo se


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elaboraron probetas de impacto y se fabricaron tableros de 70cm 70 cm y 1 cm de espesor.

2.2.3 Ensayos de impacto de los compuestos hbridos

La energa de impacto se determin de acuerdo a la norma

ASTM D 5628-07. Se determin la energa requerida paraagrietar compuestos hbridos bajo las condiciones de impactopor cada de dardo. Para esto se realizaron probetascuadradas de 6060 y 2 mm de espesor.

2.2.4 Evaluacin de las propiedades mecnicas de tablerosde los compuestos hbridos

En los tableros se determin las propiedades mecnicas a laflexin de acuerdo a la norma ASTM D 3043, para panelesestructurales. Propiedades como la resistencia y rigidez secompararon con las de la madera contrachapada con fibras

paralelas/perpendiculares de 12 mm y 18 mm.

Las propiedades a traccin se determinaron mediante lanorma ASTM D 3500 la resistencia y rigidez del compuesto yse compararon con las de la madera contrachapada con fibras

paralelas/perpendiculares de 12 mm y 18 mm.

2.2.5 Anlisis de factibilidad tcnica y fabricacin de unprototipo

El anlisis de factibilidad tcnica consisti en pruebas decorte, perforacin, lijado y pegado de piezas. El objetivo deeste anlisis fue el de crear caractersticas que no fueron

posibles obtener durante la fabricacin del material, talescomo ranuras, agujeros, entre otros y observar el desempeode las herramientas comnmente usadas en la confeccin de

prototipos de madera. Posteriormente, se fabric un prototipoy se analiz sus caractersticas.

3. RESULTADOS Y DISCUSIN

3.1 Ensayos de traccin

En la Figura 1 se muestran los mdulos elsticos a traccin delos diferentes compuestos hbridos obtenidos.

Figura 1. Mdulo elstico a traccin de los compuestos hbridos.

Se puede observar que a mayor cantidad de fibra de vidrio enel refuerzo se tiene un incremento del mdulo elstico entodas las configuraciones, mientras que con la adicin defibra de coco disminuye la rigidez del compuesto. Las bajas

propiedades de la fibra de coco a la traccin, as como lapobre adherencia entre la fibra natural y la matriz originaronla disminucin de las propiedades mecnicas en loscompuestos.

En relacin con la matriz polister, las configuraciones conFc100-Fv0, para ambas fracciones de refuerzo, incrementaronsu mdulo en 55%, lo cual permiti predecir un aumento enel mdulo elstico de los compuestos hbridos. Con respectoa la matriz polister, las configuraciones con Fc0-Fv100 yfracciones volumtricas de refuerzo del 0,15 y 0,20,

presentaron los mdulos ms elevados con valores de 263 y

345% respectivamente.

Por otra parte, en los compuestos hbridos Fc50-Fv50 y Fc25-Fv75, se observ que el tener un 25% adicional de fibra devidrio en este ltimo, mejor su mdulo en 13,71% para lafraccin volumtrica de refuerzo de 0,15 y un 26% para unafraccin de 0,20 con respecto al compuesto Fc50-Fv50.

En la Fig. 2 se presentan los resultados del esfuerzo mximo atraccin de las diferentes configuraciones de los compuestoshbridos.

Figura 2. Esfuerzo mximo a traccin de los compuestos hbridos.

Se puede notar en la Fig. 2 que el esfuerzo mximo aumentaconforme se incrementa el porcentaje de vidrio en el refuerzo.As, al emplear una configuracin Fc0-Fv100 y fraccionesvolumtricas de refuerzo del 0,15 y 0,20 se mejor laresistencia del material con respecto a la resina polister en119 y 169%, respectivamente.

Por otra parte, las formulaciones Fc100-Fv0 y Fc75-Fv25

presentaron resistencias menores a la matriz polister en46,63 y 59,69%, para las fracciones volumtricas del 0,15 y


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0,20 respectivamente.

Esto fue equivalente a los resultados encontrados en lasinvestigaciones de Santa fe Junior, las cuales demostraronque la fibra de coco no fue un efectivo refuerzo de matrices

polimricas como la resina polister y que su adicin tiende a

disminuir la resistencia mecnica de los compuestos (Santafe, et al, 2010). Estos resultados sugieren posibles problemasde adhesin entre la matriz y el refuerzo, lo cual gener una

baja distribucin homognea de las tensiones a las fibras.

En la Tabla 1, se presenta los valores medios encontrados dedeformacin para cada formulacin de refuerzo.

Tabla 1. Deformaciones mximas a traccin de los compuestos hbridos.

Deformacin mxima (mm/mm)

Fraccin volumtrica

0.15

Fraccin volumtrica

0.20

Formulacin PromedioDesviacinEstndar

PromedioDesviacinEstndar

R.P. 859 0.0238 0.0023 0.0238 0.0023Fc100-Fv0 0.0114 0.0019 0.0099 0.0008Fc75-Fv25 0.0085 0.0024 0.0086 0.0003Fc50-Fv50 0.0110 0.0005 0.0105 0.0016Fc25-Fv75 0.0092 0.0009 0.0099 0.0020Fc0-Fv100 0.0150 0.0010 0.0150 0.0007

Se observa que la mayor deformacin fue la alcanzada por laresina polister.

Por otra parte, para la mayora de los casos los compuestoshbridos presentaron deformaciones menores a las

configuraciones Fc100-Fv0 y Fc0-Fv100. Este efecto espositivo para una aplicacin estructural, ya que stasrequieren menor deformacin del material.

En la Fig. 3 se muestran las curvas esfuerzo vs. deformacin ala traccin para las diferentes configuraciones de refuerzo auna fraccin volumtrica de 0,20.

Figura 3. Curvas esfuerzo vs. deformacin a traccin de las diferentesconfiguraciones de compuestos hbridos con fraccin volumtrica de 0,20.

En esta Figura se observa el comportamiento mecnico delmaterial para cada ensayo y el efecto de las distintas

configuraciones de refuerzo. En cada ensayo se observaumentos del mdulo elstico y esfuerzo mximo conformese increment la fraccin de fibra de vidrio y disminuciones

en las propiedades al adicionar fibra de coco.

En la Fig. 4 se presentan las probetas de traccin ensayadas.

Figura 4. Probetas de traccin compuesto hbrido fibra de coco/vidrio a)Ensayadas; b) Acercamiento a la zona de fractura

Se observa el incremento de la concentracin de fibra decoco en el refuerzo, as como la zona de fractura de las

probetas. Estas zonas revelaron que la falla de los compuestoscomenz desde la matriz hacia las fibras. Las fibras de cocoque no fallaron impidieron una fragmentacin del material. Seobserv que este comportamiento se hace ms notable con elincremento del porcentaje de fibra natural en el refuerzo

hbrido.

3.2 Ensayos de flexin

Al igual que en los ensayos de traccin, la concentracin defibra de vidrio aument el mdulo elstico en todas lasconfiguraciones como se observa en la Fig. 5. Esto fueconsecuencia de las elevadas propiedades mecnicas de lafibra de vidrio y de su mejor adherencia a la matriz debido aagentes compatibilizantes apropiados para la mayora de lasmatrices orgnicas que sta posee en comparacin con lafibra de coco (Neto y Pardini).


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Figura 5. Mdulo elstico a flexin de los compuestos hbridos.

La adherencia permiti que las cargas se transmitieran

eficientemente de la matriz a la fibra de vidrio. Uncomportamiento similar se observ en los estudios realizadospor Cristiane Borges, en los que se combinaron fibras de sisaly vidrio (Borges et al.).

En los materiales reforzados con una fraccin volumtrica de0,15, se observ que el menor mdulo elstico fue el de laformulacin Fc100-Fv0, con un 10,7% menor al mdulo de laresina polister y al incrementar la fraccin volumtrica al0,20 solo se logr alcanzar el mdulo de la matriz sinrefuerzo. Esto puede atribuirse al empleo de fibras cortas enel refuerzo, dado que existen zonas no cubiertas por la fibra

en las que las cargas se trasmiten directamente a la matriz,disminuyen las propiedades mecnicas del compuesto(Callister).

Por otra parte, los compuestos hbridos presentaron buenaspropiedades mecnicas, debido a la presencia de fibra devidrio como es el caso de la configuracin Fc50-Fv50 la cualincrement su mdulo elstico con respecto a la matriz en un51% y 103% para las fracciones del 0,15 y 0,20respectivamente.

En la Fig. 6 se presentan los resultados del esfuerzo mximo ala flexin de las diferentes configuraciones de los compuestoshbridos.

Figura 6. Esfuerzo mximo a flexin de los compuestos hbridos.

Se observa en la Fig. 6 que para una fraccin volumtrica derefuerzo del 0,15, la mayor resistencia a la flexin la tuvo la

formulacin Fc0-Fv100 y la menor la Fc100-Fv0. Esta ltimapresent un esfuerzo menor en un 25% con respecto a laresina polister. Esto puede explicarse ya que las propiedadesmecnicas de la fibra de coco son menores en relacin a lasde la matriz. En la formulacin Fc75-Fv25, la presencia del25% de fibra de vidrio en el refuerzo no mejor el esfuerzomximo con respecto a la matriz.

De igual manera, para la formulacin Fc25-Fv75, el adicionarun 25% de fibra de vidrio en relacin a la configuracinFc50-Fv50, casi no increment la resistencia del material a laflexin. Un efecto contrario se observ al incrementar la

fraccin volumtrica de refuerzo a 0,20. Las configuracionesFc0-Fv100 y Fc25-Fv75, presentaron la mayor resistencia a laflexin. Adems, la configuracin Fc25-Fv75 con respecto ala formulacin Fc50-Fv50, mejor su esfuerzo mximo en23,64%.

En la Tabla 2 se presentan los valores medios de deformacinpara las diferentes formulaciones.

Tabla 2. Deformaciones mximas a flexin de los compuestos hbridos.

Deformacin mxima (mm/mm)

Fraccin volumtrica

0.15

Fraccin volumtrica

0.20

Formulacin Promedio DesviacinEstndar

Promedio DesviacinEstndar

R.P. 859 0.0412 0.0024 0.0412 0.0024Fc100-Fv0 0.0360 0.0054 0.0282 0.0039Fc75-Fv25 0.0299 0.0035 0.0253 0.0018Fc50-Fv50 0.0312 0.0054 0.0274 0.0040Fc25-Fv75 0.0298 0.0047 0.0305 0.0009Fc0-Fv100 0.0356 0.0025 0.0338 0.0044

Con respecto a la deformacin mxima, al igual que en losensayos de traccin, la resina Anderpol 859, exhibi el mayorvalor. Por otra parte, en la mayora de los casos, lasconfiguraciones hbridas presentaron las deformaciones ms

bajas en relacin las configuraciones Fc100-Fv0, Fc0-Fv100.

En la Fig. 7 se muestran las curvas esfuerzo vs. deformacin ala flexin para las diferentes configuraciones de refuerzo a


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una fraccin volumtrica de 0,20.

Figura 7. Curvas esfuerzo vs. deformacin a flexin de las diferentesconfiguraciones de compuestos hbridos con fraccin volumtrica de 0,20.

Al igual que en los ensayos de traccin se observ que elmdulo elstico y esfuerzo mximo se incrementa a medida

que aumenta la fraccin de fibra de vidrio. Adems, lascurvas presentaron un tramo inicial lineal hastaaproximadamente la mitad del esfuerzo en la que el materialsufrira deformaciones reversibles, seguido de uncomportamiento no lineal hasta la fractura del mismo.

En la Fig. 8, se muestran las probetas a flexin utilizadas paralos ensayos.

Figura 8. Probetas de flexin compuestos hbridos; a) Ensayadas; b)Acercamiento a la fractura; c) Vista lateral

Se observa que la falla del material se origin en la matriz y

luego se traslad a las fibras. As, a pesar de existir una roturadel material, las fibras que no se rompieron unieron las dosmitades de la probeta fracturada.

3.3 Seleccin de la configuracin y fraccin volumtrica derefuerzo

Con base en los resultados analizados, se observ que laspropiedades mecnicas como la rigidez y la resistenciaaumentaron considerablemente al emplear un refuerzo conuna fraccin volumtrica de 0.20. Al mismo tiempo, elincremento de la concentracin de fibra de coco dentro del

refuerzo se tradujo en una reduccin de la densidad delmaterial, razn por la cual se escogi a esta fraccin

volumtrica.

Para la seleccin de la configuracin de refuerzo, el mtodode criterios ponderados demostr que la configuracin Fc50-Fv50 exhibi la mejor combinacin de cantidad de fibranatural y buenas propiedades mecnicas, razn por la cual se

la seleccion para las siguientes etapas del proceso, talescomo ensayos de impacto y fabricacin de un prototipo.

3.4 Ensayos de impacto

En los ensayos de impacto el compuesto Fc50-Fv50evidenci un aumento de 361% en la resistencia al impactocon relacin a la matriz polister. Por otra parte, alcompararlo con una matriz reforzada al 20% con fibra devidrio se observ una disminucin de 37% en la capacidad deabsorcin de energa de impacto, como se muestra en la Fig.

9.

Figura 9. Energa absorbida por los materiales compuestos hbridos duranteel ensayo de impacto.

Experimentalmente, se observ que a pequeas alturas decada de dardo las superficies de las probetas no presentaronvisualmente ninguna seal de dao. Sin embargo, para alturassuperiores a los 72 cm se not en el punto opuesto al impacto,desde la aparicin de microfisuras hasta la fractura de la

probeta.

Se puede observar en la Fig. 10 las probetas de matrizpolister y de compuesto hbrido ensayadas a impacto.


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Figura 10. a) Probetas de matriz polister; b) Probetas de compuesto hbridoFc50-Fv50 al 20% de refuerzo.

Para el caso de la matriz polister se aprecia unafragmentacin total de la probeta debido a la fragilidad del

material. Por otro lado, en el compuesto hbrido se observ lapresencia de microfisuras y emblanquecimientos en la zonaopuesta al impacto.

A impactos ms severos el material present agrietamientos yseparacin de la capa de fibra de vidrio en la zona deimpacto. A pesar de esto, el refuerzo impididesprendimiento del material, ya que las fibras que nofallaron mantuvieron unido al mismo.

En la Fig. 11 se presentan todas las propiedades mecnicasdel compuesto hbrido Fc50-Fv50 y se comparan con las

propiedades de la matriz polister y la configuracin Fc0-Fv100.

Figura 11. Grfico multieje de las propiedades mecnicas exhibidas en lasconfiguraciones de refuerzo para una fraccin volumtrica de 0,20

Se observa que la configuracin Fc50-Fv50 es superior entodas las propiedades a la matriz sin refuerzo. Con relacin ala configuracin Fc0-Fv100, el compuesto Fc50-Fv50,

present menores propiedades mecnicas, sin embargo, estasse aproximaron en mayor grado a las propiedades exhibidas ala flexin por la configuracin Fc0-Fv100. Es as, que el

compuesto Fc50-Fv50 present mejores propiedades a laflexin que a la traccin. Esto sugiere la utilizacin delcompuesto hbrido en aplicaciones en las que se requieran

elevadas propiedades a la flexin, como es el caso de lospaneles estructurales.

3.4. Evaluacin de las propiedades mecnicas de tableros decompuesto hbrido

Las propiedades mecnicas presentadas por los tableros decompuesto hbrido se compararon con las propiedades de lamadera contrachapada a espesores de 12 mm y 18 mm. Elmaterial compuesto hbrido con el 20% de refuerzo yconfiguracin Fc50-Fv50, present excelentes propiedadesincluso por encima de las exhibidas por la maderacontrachapada. As, el compuesto hbrido alcanz unaresistencia a la traccin superior a la madera de 12 mm en35.8% y un 10.9% con respecto a la madera de 18 mm comose muestra en la Fig. 12. Cabe sealar que la desviacinestndar de la resistencia a traccin del hbrido fue de

aproximadamente 6,75 MPa.

Figura 12. Comparacin de la resistencia mxima a la traccin alcanzadapor la madera contrachapada y el material hbrido Fc50-Fv50 reforzado al

20%

En la Fig. 13 se compara la resistencia mxima a la flexinalcanzada por la madera contrachapada y el material hbridoFc50-Fv50 reforzado al 20%.

Figura 13. Comparacin de la resistencia mxima a la flexin alcanzada porla madera contrachapada y el material hbrido Fc50-Fv50 reforzado al 20%

De acuerdo a la Fig. 13 se observa un comportamiento similaren los ensayos de flexin con una resistencia superior en286.6, 112.5, 91 y 229.3 % con respecto a la madera con FPA

(Fibra Paralela) 12 mm, FPA 18 mm, FPE (FibraPerpendicular) 12 mm, y FPE 18 mm, respectivamente.


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Para el caso del mdulo elstico a la flexin este fue mayoren un 59% a la madera con FPA 12 mm y en un 20.5% a lamadera FPE 18 mm. Por otra parte, con respecto a la maderacon FPA 18 mm y FPE 12 mm disminuy en 12.1 y 11.2 %cada uno como se muestra en la Fig. 14.

Figura 14. Comparacin del mdulo a la flexin alcanzado por la maderacontrachapada y el material hibrido Fc50-Fv50 reforzado al 20%.

En la madera contrachapada se observ que la orientacin dela fibra condicion el desempeo mecnico de la madera, noas en el material hbrido, ya que al tener las fibrasdistribuidas aleatoriamente, favoreci el isotropismo de las

propiedades mecnicas en el material.

Por otra parte, la densidad del material aument en un rangode 86-124% en relacin a la madera de 12 y 18 mm. Esto sedebe a la alta cantidad de resina necesaria para remojar lasfibras de coco y a la baja presin de moldeo utilizada, lo cualimpidi la salida de resina del molde.

As tambin, se debe considerar que la densidad de la resinapolister de 1,2 g/cm3 fue mayor al de la madera de 0,55-0,66g/cm3, llegando en este caso a una relacin de 2 a 1, lo cualincrement el peso del compuesto.

3.2.5. Anlisis de factibilidad tcnica y fabricacin de unprototipo.

Se observ que el uso de serruchos y sierras, no fueapropiado en vista de la alta resistencia del material lo cualgener resistencia al corte e hizo que las cuchillas al pocotiempo de uso terminen por destruirse. El uso de caladorasmejor la facilidad de corte, sin embargo debido al materialde las cuchillas estas empezaron a gastarse. Se recomiendaemplear herramientas con carburo de tungsteno.

En las pruebas de perforacin se observ ciertasdelaminaciones en el material al ingreso y salida de la broca.Como solucin a este inconveniente se recomienda emplear

una broca mas afiliada, la cual crea una penetracin gradual yreducir la velocidad del taladro a la salida de la broca(Mazundar).

Posteriormente, se aprovech la perforacin realizada con eltaladro para encaminar un tornillo autoroscable. En el ingresdel tornillo se observ que la distribucin al azar de las fibrasen el material, potenci el agarre de las roscas. Por otro lado,al evaluar el uso de clavos se observaron despostillamientos

en la superficie del material as como dificultad en lapenetracin debido a la alta resistencia conferida por lasfibras de vidrio a la superficie. Este efecto no se observ conel uso de tornillos. En s, el mecanizado plante variosdesafos tales como:

-Los cortes del material crean discontinuidad en las fibras yalteran el rendimiento de la pieza

-Expone las fibras a productos qumicos y la humedad-La temperatura durante el corte puede exceder la

temperatura de exotrmia de la resina ya que se produce uncalentamiento local, lo cual podra degradar el material.

-

La vida de las herramientas fue ms corta debido a lanaturaleza abrasiva del compuesto.

-La presencia de delaminaciones (separacin de las capas)en la elaboracin de prototipos.

En vista de la factibilidad tcnica y disponiblidad de equiposelabor el prototipo de un mueble mostrado en la Figura 13.Sin embargo, para fines industriales se recomienda realizar unestudio detallado de las pruebas de maquinado al material.

Figura 15. Mueble para dispositivos audiovisuales

4. CONCLUSIONES

La caracterizacin mecnica mostr que las fraccionesvolumtricas del 0,15 y 0,20 de refuerzo demostraron efectos

similares en las propiedades mecnicas del material conincrementos del mdulo elstico, resistencia y densidad alaumentar la fraccin de fibra de vidrio y disminucin de stascon el incremento de fibra de coco. Se eligi la fraccinvolumtrica del 0,20 por demostrar propiedades mecnicassuperiores a la fraccin de 0,15.

Para el caso de los compuestos hbridos para una fraccinvolumtrica de refuerzo del 0,20, la mejor formulacin derefuerzo fue la configuracin Fc50-Fv50. Esta logrcombinar caractersticas deseables en aplicacionesestructurales, tales como las buenas propiedades mecnicas y

la baja densidad, razn por la cual se seleccion a estaconfiguracin para los ensayos de impacto y la fabricacin detableros.


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En la configuracin Fc50-Fv50, el mdulo elstico (3960MPa) y esfuerzo mximo a la traccin (38,56 MPa)aumentaron en un 231 y 40% con respecto a la matriz

polister. En los ensayos de flexin, el incremento de laspropiedades con respecto a la matriz fue de 104% para el

mdulo elstico (4094 MPa) y 51% para el esfuerzomximo (89,23 MPa).

En los ensayos de impacto el compuesto Fc50-Fv50evidenci con relacin a la matriz polister un aumento de361% en la absorcin de energa. Por el contrario, alcompararlo con una matriz reforzada al 20% con fibra devidrio se observ una disminucin de 37% en la capacidad deabsorcin.

Con relacin a la madera contrachapada los tableros decompuesto hbrido presentaron resistencias a la traccin,

superiores en un 38,9 y 10,9% con respecto a la madera de 12mm y 18 mm, respectivamente. De igual manera la resistenciaa la flexin se incremento en 287 y 113,91 % con respecto ala madera con fibras paralelas de 12 y 18 mm. Con relacin atableros de madera con fibras perpendiculares y espesores de12 y 18mm el incremento fue de 91% y 229%,respectivamente. Cabe mencionar que pese a que la maderacontrachapada y el compuesto obtenido tienen distintanaturaleza, se realiz una comparacin entre estos materialesdebido a que con este estudio se busca reemplazar la madera

por este tipo de material.

La densidad del material fue de 1,23 g/cm3 y represent unaumento del 86% con respecto a la densidad de la madera0,66 g/cm3.

El post-maquinado revel facilidad en el manejo yconformado de piezas. Sin embargo, al compararlo con lamadera, el material hbrido requiri de materiales de cortems resistentes. Adicionalmente, se observ un elevadodesprendimiento de polvo, por lo cual es recomendableutilizar material de proteccin.

Sera recomendable profundizar el estudio de este tipo de

material compuesto hbrido realizando ensayos de resistenciaal desgaste. Adems se podran obtener los compuestosempleando un diferente mtodo de procesamiento que

permita tener ms control del proceso y mayorreproducibilidad, como es el caso del moldeo portransferencia de resina (RTM).

5. AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen a la Secretara Nacional de EducacinSuperior, Ciencia, Tecnologa e Innovacin (SENESCYT)

por el financiamiento para la realizacin de esta investigacin

en el marco de ejecucin del proyecto PIC-08-493Desarrollo de nuevos materiales para aplicacionesestructurales e industriales.

REFERENCES

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[5] Mohanty et al., ''Natural fibers, biopolymers, and biocomposites'',Taylor y Francis Group, Boca Raton, 2005, pp. 40-47.

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paper fibras de coco

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