El PRFV (Polímeros Reforzados con Fibra de Vidrio) es un material compuesto formado por:
- una matriz de resina poliéster termoestable
- un refuerzo de fibras continuas de vidrio
La matriz de resina garantiza una alta resistencia a la corrosión, mientras que la fibra de vidrio confiere una elevada resistencia mecánica, aportando al compuesto características químicas y mecánicas que lo hacen adecuado para múltiples aplicaciones, desde el sector industrial hasta la construcción y las infraestructuras.
RESINAS TERMOESTABLES: LA MATRIZ DEL PRFV
Las resinas termoestables son una clase de polímeros que, una vez endurecidos mediante calentamiento o reacción química, forman una estructura tridimensional rígida e irreversible. A diferencia de las resinas termoplásticas, que pueden volver a fundirse varias veces, las resinas termoestables no pueden remodelarse después del proceso de curado.
Las resinas termoestables están formadas por monómeros o prepolímeros reactivos que, en presencia de calor, catalizadores o agentes de curado, forman enlaces covalentes reticulados.
Las resinas de poliéster se originan por la reacción (esterificación) entre dos tipos de monómeros: un poliácido y un polialcohol (glicol). Se forma el enlace éster (-COO-). La presencia de “insaturaciones” (dobles enlaces C=C) es fundamental para el curado.
Así se obtiene un polímero disuelto en un monómero reactivo (normalmente estireno).
TIPOS DE RESINAS TERMOESTABLES UTILIZADAS EN EL PRFV
Las principales resinas de poliéster utilizadas por M.M. en la producción de fibra de vidrio – PRFV son:
- Resina ortoftálica
Estándar y la más común, se basa en el uso de anhídrido ftálico. Buen equilibrio entre coste y prestaciones. - Resina isoftálica
Ofrece una mayor resistencia química que la ortoftálica. Utiliza ácido isoftálico como componente ácido. - Resina vinilestere
Tiene una estructura química híbrida entre resina epoxi y poliéster. Es la más resistente, ideal para entornos altamente corrosivos.
Classificación de las resinas por resistencia química:
VINILESTÉR > ISOFTÁLICA > ORTOFTÁLICA
Esta jerarquía está directamente relacionada con la vulnerabilidad de los enlaces éster. Las resinas viniléster, al tener menos enlaces y estar protegidos dentro de la cadena principal, ofrecen la máxima protección, lo que las convierte en la opción ideal para las aplicaciones más severas.
Fibras de vidrio: el refuerzo en el PRFV
Los refuerzos de la matriz polimérica suelen ser fibras de vidrio. Las fibras de vidrio se producen mediante un proceso de hilado por fusión de materias primas (arena silícea, caliza, caolín, etc.) a altas temperaturas de aproximadamente 1300-1500 °C.
Tipologie di fibre di vetro
- Vetro E (“Electrical”): es el tipo más extendido. Compuesto por silicatos de calcio-aluminio-boro. Ofrece buenas propiedades mecánicas y eléctricas a un coste contenido.
- Vetro S (“Strength”): caracterizado por un alto contenido de sílice y alúmina. Desarrollado para aplicaciones que requieren mayor resistencia a la tracción, módulo elástico y resistencia a altas temperaturas que el vidrio E.
- Vetro C (“Chemical”): ofrece una excelente resistencia a la corrosión química gracias a un alto contenido de óxido de calcio y boro. Específico para entornos químicos agresivos. Excelente resistencia a la corrosión.
Las fibras de vidrio se presentan en diversas formas, adecuadas para distintos procesos productivos:
- Roving
Haces de filamentos continuos, ideales para bobinado filamentario (filament winding) y pultrusión.- Mat
Capas de fibras orientadas de forma aleatoria (chopped strand mat) u orientadas (stitched mat), utilizadas a menudo en laminación manual o RTM.- Tejidos
Fibras tejidas en diferentes tramas (plain, twill, satin) para obtener propiedades mecánicas y direccionales específicas.- Fibras cortadas
Fibras de longitud definida, utilizadas para moldeo por inyección o compounding (mezclado).
Propiedades del PRFV
Alta relación
resistencia/peso
Características mecánicas de la fibra de vidrio
Características térmicas del PRFV
Comportamiento frente al fuego
Resistencia a agentes químicos y ambientales
Características eléctricas del PRFV
Comportamento
igroscopico
Durabilidad y envejecimiento
Alta relación resistencia/peso
Una de las cualidades más relevantes del PRFV es la excelente relación entre resistencia mecánica y peso específico. Gracias al refuerzo con fibras de vidrio, el material presenta una resistencia a la tracción y a la flexión comparable a la de algunos metales, manteniendo una densidad notablemente inferior. Esto permite realizar estructuras ligeras pero robustas, con ventajas significativas en términos de facilidad de manipulación, reducción de cargas estáticas y dinámicas, así como menores costes de transporte y montaje.
Comparación con otros materiales*
| Material | Resistencia a tracción (MPa) | Densidad (g/cm³) | Relación σ/ρ (MPa·cm³/g) |
|---|---|---|---|
| Acero | ~500–800 | ~7,8 | ~64–103 |
| Aluminio | ~300–550 | ~2,7 | ~111–204 |
| PRFV | ~400–1200 | ~1,5–2,0 | ~200–800 |
Características mecánicas de la fibra de vidrio
Le resistenze meccaniche della vetroresina – PRFV dipendono dall’effetto combinato del contenuto e dell’orientamento del rinforzo di fibre di vetro, ma anche da tipo di resina e dall’accuratezza delle lavorazioni. All’aumentare della percentuale di rinforzo vetroso aumentano il carico di rottura, sia a trazione che a flessione, e la resistenza agli urti.
Per quanto riguarda l’orientamento delle fibre la massima resistenza si ottiene quando tutti i fili sono disposti parallelamente l’uno accanto all’altro (disposizione unidirezionale); se i fili sono disposti in eguale misura ad angoli retti fra loro, la resistenza è minore ma ancora considerevole (disposizione ortogonale); se i fili sono disposti senza orientamento preferenziale la resistenza è uguale in tutte le direzioni (disposizione isotropa).
Quanto più ordinata è la disposizione delle fibre maggiore è il contenuto vetroso ottenibile e quindi la resistenza meccanica.
Il PRFV presenta una buona resistenza all’urto, grazie alla capacità delle fibre di assorbire energia e distribuire le sollecitazioni. Il PRFV non si deforma permanentemente, a differenza dell’acciaio che può deformarsi permanentemente (fase plastica). Il PRFV ha una buona durezza superficiale e un discreto comportamento all’usura abrasiva, che lo rende adatto per applicazioni strutturali e componenti soggetti a stress meccanico moderato. Il materiale mostra buone caratteristiche di resistenza alla fatica, soprattutto se le fibre sono orientate nella direzione delle sollecitazioni cicliche
Características térmicas del PRFV
Il PRFV presenta una bassa conducibilità termica, tipicamente compresa tra 0,2 e 0,4 W/m·K, a seconda della percentuale e dell’orientamento delle fibre di vetro. Questo lo rende un ottimo isolante termico rispetto a metalli e leghe (k = 36-54 W/m°C), motivo per cui è impiegato in applicazioni in cui è richiesta la riduzione della trasmissione di calore.
Il coefficiente di dilatazione termica lineare (CTE) è influenzato dal contenuto e dall’orientamento delle fibre: è inferiore nella direzione di queste ultime. Significativo è il confronto con l’acciaio: il coefficiente di espansione termica lineare del PRFV è 1,5×105/°C, quello dell’acciaio ben 12×10−6 /°C. Un tanto assume grande rilevanza, sia in fase di progettazione sia di posa in opera, soprattutto nella realizzazione delle giunzioni.
La temperatura di deflessione sotto carico (HDT – Heat Distortion Temperature) del PRFV varia in funzione del tipo di resina. I grigliati assicurano un a conservazione delle caratteristiche meccaniche per una esposizione continua per temperature fino a 105 °C (resina vinilestere).
Comportamiento frente al fuego
Per i compositi in resina poliestere, la matrice polimerica è il principale responsabile della reazione al fuoco, essendo un materiale organico e combustibile. Le fibre di vetro, essendo inorganiche, non bruciano, ma la loro integrità meccanica può essere compromessa dalle alte temperature. Il comportamento al fuoco dei compositi in resina poliestere può essere significativamente migliorato tramite l’aggiunta di ritardanti di fiamma. Questi additivi agiscono con diversi meccanismi per inibire la combustione. La M.M. utilizza come ritardante di fiamma idrossido di alluminio che si decompone a circa 180 °C, assorbendo una notevole quantità di calore nel processo e sprigionando vapore acqueo. Oltre a comportarsi come ignifugo, è molto efficace come soppressore del fumo. Non vengono utilizzati alogeni.
I grigliati IFR di M.M. sono classificati livello Bfl – s1 secondo la norma EN 13501-1. I grigliati IFR sono stati valutati anche per il parametro del gocciolamento che descrive la perdita di gocce fuse di prodotto o la produzione di particelle ardenti prima e successivamente la combustione classificandosi livello d0, ossia nessun gocciolamento.
Resistencia a agentes químicos y ambientales
Una delle caratteristiche più vantaggiose del PRFV è la sua elevata resistenza alla corrosione. Questo materiale è ampiamente utilizzato in alternava all’acciaio in ambienti aggressivi, come impianti chimici e infrastrutture soggette a esposizione salina o agenti atmosferici.
La corrosione, nel caso dei metalli, è un processo elettrochimico in cui il materiale tende a tornare a una forma più stabile (come l’ossido). I polimeri non si “corrodono” in questo senso, ma subiscono un processo di degradazione chimica. Agenti come acidi, basi, solventi o anche l’acqua possono attaccare i legami chimici del polimero, spezzando le catene e indebolendo il materiale.
Nei compositi la fitta rete di legami covalenti crea una struttura molto stabile e compatta (Reticolo Tridimensionale). Per un agente chimico aggressivo, penetrare questa barriera e trovare un punto debole da attaccare è estremamente difficile. La natura stessa del reticolo rende il materiale insolubile. Mentre un polimero non reticolato può essere “sciolto” da un solvente adatto, un termoindurente al massimo può subire un leggero rigonfiamento, ma non si dissolverà.
Características eléctricas del PRFV
I prodotti in vetroresina possiedono caratteristiche dielettriche che li rendono eccellenti isolanti elettrici.
I test di Resistività e resistenza elettrica di superficie Rs e trasversale Rt, Resistività e resistenza elettrica di sicurezza verso terra modello corpo umano, Rigidità dielettrica con tensione nominale hanno evidenziato una resistività maggiore di 200 MΩ, assorbimento di corrente di circa 300 μA: il materiale può essere definito un ottimo isolante, conforme alle norme di sicurezza.
Comportamiento higroscópico
La vetroresina – PRFV ha una moderata capacità di assorbimento d’acqua, influenzata principalmente dalla natura igroscopica della matrice polimerica. L’assorbimento d’acqua può variare tra 0,1% e 1,0% in peso, a seconda delle condizioni ambientali e del tipo di resina, influenzando nel tempo alcune proprietà meccaniche.
Durabilidad y envejecimiento
La vetroresina – PRFV mostra una buona durabilità nel tempo, mantenendo le sue proprietà fisiche e meccaniche anche dopo anni di esposizione. Possono essere aggiunti additivi stabilizzanti o rivestimenti protettivi per migliorare la stabilità cromatica in caso di esposizione ai raggi UV.
¿QUÉ TECNOLOGÍAS PRODUCTIVAS UTILIZA M.M.?
Rejillas de PRFV : el proceso productivo
La producción de las rejillas de PRFV de M.M. se realiza mediante dos tecnologías principales:
- RTM (Resin Transfer Moulding), ), es decir, moldeo por inyección
- HLU (Hand Lay Up)
En ambos casos, el proceso se basa en la colocación de fibra de vidrio en roving dentro de un molde. La fibra se dispone formando una retícula, superponiendo varias capas:
- en la tecnología RTM, la fibra se coloca seca
- en la tecnología HLU, ya está impregnada de resina
Una vez finalizada la colocación:
- en la producción RTM, se procede a la inyección de la resina dentro del molde.
La inyección debe ser lenta y controlada para garantizar la impregnación completa de las fibras;- en la producción HLU, se procede al vertido de resina que llena el molde.
La rejilla acabada está compuesta por una retícula monolítica de vigas. Las vigas son ortogonales entre sí y tienen la misma resistencia mecánica.
PERFILES EN PRFV: LA TECNOLOGÍA DE PULTRUSIÓN
La producción de perfiles en PRFV se basa en una tecnología industrial denominada pultrusión (de pull + extrusion), es decir, un proceso de extrusión por tracción.
Esta tecnología permite obtener de forma continua productos compuestos, incluso con un alto porcentaje de refuerzo, en formas de sección constante, simple o compleja.
El proceso de pultrusión:
- las fibras de vidrio son arrastradas por un sistema mecánico a través de una cuba de impregnación, donde absorben la resina termoestable;
- las fibras impregnadas se introducen por tracción en un molde calentado, donde tiene lugar la polimerización;
- la forma final se obtiene en la hilera perfilada del molde;
- el componente sale solidificado, sin sufrir empuje, sino gracias a la tracción continua aplicada.
COMPARACIÓN ENTRE REJILLAS METÁLICAS Y REJILLAS/ESTRUCTURAS EN PRFV
Las rejillas metálicas, así como las distintas estructuras de acero, son probablemente la tipología más conocida. Utilizadas desde siempre, sobre todo porque garantizan una baja inversión económica, las rejillas y estructuras metálicas presentan algunos aspectos negativos que no se encuentran en los productos análogos de fibra de vidrio, especialmente considerando todo su ciclo de vida.
¿CUÁNTO CUESTA EL PRFV EN COMPARACIÓN CON EL METAL?
A diferencia de las rejillas y estructuras en PRFV, los productos metálicos registran
- alto coste de corte/conformado
- alto coste de instalación
- coste de mantenimiento asociado a la baja resistencia química y a los agentes atmosféricos
- coste de transporte más elevado debido al mayor peso del material
- mayor coste de puesta a tierra cuando es necesaria por riesgo de electrocución
- coste de contaminación asociado a la posible liberación de sustancias peligrosas.
- coste relacionado con la seguridad, ya que no tienen superficie antideslizante
