1.-SISTEMAS-REFORZANTES

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN

INGENIERÍA DE MATERIALES

LABORATORIO DE MATERIALES COMPOSITOS I

PRÁCTICA 1 EVALUACIÓN DE SISTEMAS REFORZANTES Y ANÁLISIS POR MICROSCOPIA

1. OBJETIVOS 



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Identificar y clasificar los reforzantes según su origen, forma, aplicación, respecto a normas internacionales y sistema adoptados por el fabricante. Utilizar el microscopio como herramienta para conocer la morfología de las fibras reforzantes. Determinar la densidad lineal, gramaje, diámetro y densidad teórica de la fibra textil

2. MARCO TEÓRICO Densidad lineal

Expresión numérica que indica la relación entre peso y longitud, y viceversa de los materiales textiles de hilandería. Para determinar la densidad lineal se realiza a par tir de la titulación de los hilos como ve en el apartado siguiente. sigui ente. Titulo tex: Este sistema expresa el peso en gramos de 1000 m de material. Por ejemplo. Si 1000 metros de un hilo pesan 20 gramos, entonces el titulo tex del hilo es igual a 20 Al igual que el sistema métrico (SI) también con el sistema de numeración tex se usan múltiplos y submúltiplos. Tabla 1. SISTEMA DE NUMERACIÓN TEX

Entonces, la densidad lineal queda definida como:   =



Ecuación 1

Donde: T: Título de fibra, cinta, mecha o hilo P: Peso L: Longitud

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Densidad superficial o gramaje

Es el peso en gramos de 1 metro cuadrado de tela 

2

 =



Ecuación 2

Donde: Pm2: gramaje L: longitud Microscopía

La caracterización morfológica proporciona información que ayuda a entender el efecto de la evolución del material respecto a una aplicación in situ para determinar las propiedades físicas y mecánicas. Las técnicas de microscopia son utilizadas para observar las características tales como la forma de la fibra, el diámetro, la estructura (tamaño de los cristales, vacíos, etc.), orientación molecular, tamaño y distribución de aditivos, estructura de hilos, y ensamblaje de telas así como los mecanismos de falla. Todas estas características están relacionadas directamente a las propiedades mecánicas y térmicas. Lo que se pretende aquí es la evolución de la estructura de las fibras con su relación para solucionar problemas o la evaluación del efecto en la modificación de los procesos. El estudio de las fibras estaría incompleto si solamente se aplica la técnica de microscopia, sino que técnicas como DSC, TGA, espectroscopia, difracción de rayos x complementan las investigaciones de microscopía. Un elemento básico de las fibras semicristalinas es la microfibrilla. Una unión mecánicamente débil entre las fibras ocasiona fibrilación durante la deformación. Se sabe que las microfibrillas existen en la mayoría de las fibras y también se sabe que están presentes en cristales únicos estirados, tales como esteras de polietileno monocristalino (PE). Además, se sabe que las estructuras más grandes, las macrofibrillas, están compuestas de microfibrillas y que las cristalitas, los dominios desordenados y las moléculas no cristalinas parcialmente extendidas, están presentes en las fibras. Los textiles son materiales fibrosos hechos de fibras tales como filamentos, hilos, cuerdas, telas, redes, alfombras. Estos materiales son utilizados en muchas aplicaciones industriales, incluyendo ropa, ropa protectora, geotextiles, construcción, transporte, productos de consumo médico, y aeroespacial y en muchos tipos de compuestos. Las telas más utilizadas incluyen Nylon, PET, PLA, rayón, seda, algodón, lana. Los métodos de preparación de la muestra incluyen observación directa y seccionamiento por microtomía. La figura 1(A) muestra micrografías de la vista longitudinal de una fibra textil de PET y 1(B) de una tela compuesta por fibras de Orlon,

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Figura 1. A) Micrografía de una fibra textil de poliéster, se muestra fibras cilíndricas que contienen igmentos densos particulados B) Muestra una tela tejida con fibras de Orlón (acrilonitrilo)

Figura 2. Las vistas en sección transversal de fibras representativas muestran las formas de las fibras y las partículas de pigmento denso. Las fibras son (A) poliamida redonda, (B) poliacrilonitrilo de forma irregular, (C) Orlón en forma trilobular y (D) fibras de Orlón en forma de hueso

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3. MATERIALES Y EQUIPOS       

Filamentos de yute, algodón, nylon, fibra de vidrio de 10 cm (traer) Textil tejido de algodón, yute, seda, lana de 10x10cm (traer) Balanza de precisión Pinzas Microscopio óptico Vidrio portamuestras Tijeras (traer)

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1) Para los reforzantes de filamento: Medir una longitud de mecha de 5 cm, luego pesar para determinar el TEX. 2) Para los reforzantes textiles: Tomar un área determinada de 5cm 2 y pesar para determinar su densidad superficial o gramaje 3) Tomar muestras de cada hilo correspondiente, colocarla en el portamuestras previamente humedecidas con agua, luego llevar al microscopio 4) En las muestras reconocidas identificar el diámetro del filamento y el número de filamentos contenidos por métodos microscópicos y de conteo manual. 5) Caracterizar la forma de las fibras con el chart de imágenes dados en el anexo, además de las características que presente como: Sección longitudinal

Escamas, irregularidades de tamaño y forma a lo largo del eje longitudinal Presencia de nudos o Estrías a lo largo del eje o Partículas pigmentadas o Diferencias de color o Sección transversal Forma de la sección: circular, triangular, cuadrada, poligonal, ovalada o Contornos: angular, lobulada o Tipo de estructura: solida, hueca o Variabilidad en el tamaño de los filamentos o o

5. RESULTADOS a) b) c) d) e) f)

Cálculo de TEX en filamentos Cálculo de Densidad textil Cálculo del gramaje Cálculo del número de filamentos Cálculo del diámetro de la fibra Resultados por microscopia

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Tabla 2. CUADRO DE RESULTADOS

N° de muestra

Imagen de sección longitudinal

Imagen de sección transversal

Características de las secciones

Material reforzante

g) Determinar la densidad teórica de un filamento de los reforzantes empleados, dividiendo el peso global entre el número de filamentos y luego estimando el volumen del filamento a partir del diámetro del mismo. h) Construya un gráfico de comparación de densidad de materiales reforzantes

CUESTIONARIO

1. Explique los sistemas de medición de la densidad lineal, ¿En la práctica realizada que sistema se aplica? 2. ¿Es igual la densidad de referencias bibliográficas con la calculada? Explique la diferencia 3. ¿Qué métodos se puede emplear para determinar la densidad de las fibras? 4. Que problemas ocurren en una planta industrial textil 5. Qué relación tiene la microscopia con el control de calidad de fibras textiles 6. Que fibras presentan un alto rendimientos térmicos y cuales un alto rendimiento mecánico 7. Sobre las fibras textiles inteligentes como actúan las microcápsulas incorporadas a una fibra textil para controlar la temperatura del cuerpo. 8. Aplicaciones de las fibras de Kevlar y Nomex en la industria aeroespacial 9. Que tipos de configuraciones se dan en los tejidos textiles, mencione sus aplicaciones 10. Ensayos de calidad de las fibras textiles 6. CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA Nota: Para responder el cuestionario; la información utilizada debe ser referenciada enumerándola entre corchetes y en la bibliografía debe estar indicado la fuente: autor(es), año de publicación, Titulo, Edición y país. Si se trata de una página web también debe estar referenciada con el nombre de la página web, año de publicación, título y la página web.

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ANEXO

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1.-SISTEMAS-REFORZANTES

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