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PVC y madera
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Elaboración de material compuesto de madera y lona de
PVC
1. Introducción
Desde la aparición de los polímeros hasta la fecha, son múltiples las aplicaciones y las
facilidadesparatransformarloquelohanhechoatractivoparaserutilizadosencamposdondeantes solo se
usaba metales, maderas, o cerámicos. El mejoramiento de los polímeros con refuerzos de
fibrasvegetales,hanhechoqueseproduzcanlosmaterialesreforzados(compositeseninglés),lo cual
permite diseñar el material a usar. Para eso es necesario conocer las propiedades de los materiales
de partida y de los nuevos materiales compuestos. Esta investigación utiliza la mezcla en
proporciones adecuadas de PVC reciclados, como matriz polimérica, reforzada con cantidades
óptimas de fibras naturales concretamente de bambú.
Los plásticos contenidos en los residuos sólidos urbanos (RSU) son polietileno (PE) y
polipropileno (PP) también están el poliestireno(PS),clorurode
polivinilo(PVC),polietilentereftalato(PET),poliestireno-butadieno (PS-BD), polimetacrilato de
metilo (PMMA). En la presente investigación usaremos el PVC de las gigantografías como fibra
para nuestro compuesto.
I. Materiales compuestos
1.1. Definición:
Los materiales compuestos son materiales formados por dos o más materiales distintos sin que se
produzca reacción química entre ellos.
Según Besednjak (2005), señala que “se define material compuesto todo sistema o combinación de
materiales constituido a partir de la unión de dos o más componentes, que da lugar a uno nuevo con
propiedades y características específicas, no siendo estas nuevas propiedades ninguna de las
anteriores” (p.15).[1]
Por lo tanto nos da a entender que todo material compuesto tiene propiedades distintas a los
materiales que lo conforman.
1.2. Tipos de materiales compuestos
Debido a los diferentes componentes de un material compuesto, se han divido en los siguientes
tipos:
1.2.1. Compuestos de matriz metálica (CMM)
Este tipo de compuesto ha sido desarrollado principalmente para componentes aeroespaciales
y de motores de automoción. Se clasifican en tres grandes grupos, de acuerdo con el tipo de
1
refuerzo incorporado: reforzados con fibra continua, reforzados con fibras discontinuas y
reforzadas con partículas. (Salán, 2005, p.144). [2]
1.2.2. Compuestos de matriz cerámica (CMC)
Estos compuestos han sido desarrollados para superar la fragilidad intrínseca y la falta de
confiabilidad causada por la alta variabilidad en los valores de propiedades mecánicas de los
cerámicos de uso común en ingeniería y, sobre todo, para introducir compuestos basados en
cerámicos cuyas aplicaciones se adapten a condiciones de uso muy extremas (Salán, 2005,
p.145).[2]
1.2.3. Compuestos de matriz polimérica (CMP)
Este tipo de compuesto consiste en un polímero incorporado a una fase de refuerzo como
fibras o polvos. Consiste en una fase primaria de polímero, la cual es embebida por una fase
secundaria a base de fibras, partículas u hojuelas. Estos, son los de mayor
importancia comercial de las tres clases de compuestos sintéticos (Salán, 2005, p.145). [2]
II. La Madera.
2.1 Definición
La madera es un material constituido por un conjunto de células que forman una masa de
celulosa, lignina, resina, almidón y azúcares. Comercialmente, sólo se aprovecha la madera de
de los vegetales leñosos de ciertas dimensiones, formando básicamente, el tronco, las raíces y
las ramas excluida la corteza de los árboles. Se trata de un material orgánico, fibroso,
heterogéneo y organizado. Debido a su estructura tubular y a su formación mediante sucesivas
capas concéntricas resulta ser también un material anisótropo.
Respecto al uso como afirma Heiss (2006) “La madera es uno de los materiales más valorados
y utilizados por el hombre, a lo largo de los siglos. Su vital importancia en la construcción de
casas o en los muebles del hogar son sólo dos de las contribuciones posibles” (p. 5) [3] Esto
sobre todo por las facilidades para la transformación, adecuación, transporte y bajo costo de
este material.
Respecto a la cantidad de la oferta de madera a nivel mundial, se tiene, según informan
Vignote y Martínez (2006) “[…]valores cercanos a los 400.000 millones de m3, cifra
totalmente irrealizable, primero porque no sería un aprovechamiento sostenido, segundo
porque gran parte de la superficie forestal actual no es accesible […] y por último, porque gran
parte de las especies y maderas de la oferta no son comerciales”(p. 24) [4]Siendo así se puede
decir que la oferta de este material siempre será mayor a la demanda. Sin embargo, es
importante reflexionar acerca de la “sostenibilidad” mencionada por los autores citando
tácitamente al impacto ambiental que puede representar la explotación de estos recursos.
2
2.2 Tipos y estructura de la madera
Existen dos grandes grupos en los cuales se puede clasificar a los árboles y por derivación, al
material obtenido de estos árboles. Siendo así, de acuerdo con sus características, tenemos las
maderas blandas o denominadas botánicamente como coníferas y las maderas duras o llamadas
también frondosas.
.
Las coníferas, según Capuz (2005) “[…] muestran una estructura relativamente sencilla en la
que del 90 al 95% son células denominadas traqueidades (sic). Éstas tienen forma alargada con
una longitud de 2 a 5 mm y un diámetro de 10 a 50 μm [micrómetros] con los extremos
cerrado en forma afilada o plana. Estas fibras crecen en sucesivas capas de anulares, y tienen
su eje longitudinal paralelo al eje del tronco del árbol” (p. 18) [5] Estas células tienen
funciones conductoras y de sostén.
La anatomía de las frondosas en cambio, es más compleja, como indica Capuz (2005) “[…] el
tejido básico […] con funciones estructurales está constituido por fibras libriformes y
traqueidas. Dentro de este tejido existen conductos denominados vasos, con diámetros
interiores de cierta entidad y con longitudes variables […]” (p.19) [5] Estas y otras
características definirán ciertas propiedades del material.
2.3 El Bambú
2.3.1 Definición
El bambú es uno de los materiales usados desde más remota antigüedad por el hombre para
aumentar su comodidad y bienestar. En el mundo de plástico y acero de hoy, el bambú
continúa aportando su centenaria contribución y aun crece en importancia. Los programas
internacionales de cooperación técnica han reconocido las cualidades excepcionales del
bambú y están realizando un amplio intercambio de variedades de esa planta y de los
conocimientos relativos a su empleo. En seis países latinoamericanos se adelantan hoy
proyectos destinados a ensayar y s4eleccionar variedades sobresalientes de bambú
coleccionadas en todo el mundo, y también a determinar al lugar potencial de ese material
en la economía locales. Estos proyectos, que ahora son parte del programa de cooperación
técnica del punto cuarto han venido realizándose durante varios años y algunos de ellos
han llegado ya a un grado de desarrollo en el que la multiplicidad de usos del bambú ha
llegado a ser una estimulante realidad.
El uso del bambú según en la construcción, principalmente en el sector vivienda es muy
amplio en algunos países americanos. Como Colombia y Costa Rica se promueve
programas de investigación y construcción de viviendas con este material. Su aplicación
3
posee maneras muy diferentes, desde el desarrollo de armaduras para cubiertas con las
cañas de bambú completas cortadas solamente a la longitud requerida por el diseño, hasta
las cañas cortadas en tiras para fabricar paneles para muros de viviendas, sobre los
cuales se coloca una capa de mortero para sellar los muros. (Hidalgo, 1978, p.10)
2.3.2 Propiedades mecánicas y físicas del Bambú
Centrándonos en una revisión de la información disponible acerca del bambú como
material para la construcción se le observan cualidades muy interesantes, principalmente
sus propiedades mecánicas, las que superan a varios de los materiales comunes de la
construcción (Tabla 1).
Para completar la información y efectuar una revisión comparativa entre las propiedades
de diferentes especies de bambú y de lugares diferentes se presentan, en la tabla 2,
resultados de estudios efectuados en Colombia con la Guadua (Guadua angustifolia) en
condición seca (Hidalgo, 1978, p.22) [6] . Se realizaron ensayos con la especie Bambusa
blumeana obteniendo valores de resistencia para material de 1, 2 y 3 años de edad ya
diferentes alturas del tallo definidas como base (B), parte media (M) y extremo(E). En
la tabla 3 se presentan los resultados de este estudio con respecto a la resistencia de esta
especie de bambú, donde se observa que la resistencia varía con respecto a estos dos
factores (Mohmod, 1993, p.156) [7] .
Revisando los valores de resistencia presentados en las tablas, se observa que el
bambú tiene propiedades mecánicas muy altas con relación a la madera y aún con el
concreto. Esto le da un potencial estructural excelente que poco se explota en el
mundo, excepto por algunos países que tienen larga tradición en su uso como son
India, Malasia, China, y apenas hace pocos años en el continente americano: en
Colombia ,Costa Rica, Perú y Ecuador se han iniciado estudios de gran alcance para
utilizar sus recursos de bambú para satisfacer necesidades de vivienda así como de
estructuras para otros fines(Janssen, 1980, p.27) [8].
4
III. Plásticos
3.1 Definición
Los plásticos son materiales orgánicos compuestos fundamentalmente de carbono y otros
elementos como el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno o el azufre. Según Navarro Arellano
(2005), “estos materiales son polímeros de gran peso molecular que se caracterizan por la
relación resistencia-densidad, que le otorga propiedades para el aislamiento eléctrico y
térmico, así también buena resistencia a sustancias como el ácido” (p.26) [9]. Se obtienen
mediante polimerización de compuestos derivados del petróleo y del gas natural aunque
también existen los plásticos naturales que se consigue a partir de las materias primas animales
y vegetales (celulosa, látex, leche de vaca). El término polímero significa “muchos meros” (o
unidades) comúnmente repetidos cientos o miles de veces en una estructura en cadena. La
mayor parte de los monómeros son materiales orgánicos en los cuales los átomos de carbono
están unidos por uniones covalentes con otros átomos como el hidrógeno, oxígeno, nitrógeno,
flúor, cloro, azufre y silicio.
3.2 Propiedades de los plásticos
Se caracterizan por una relación resistencia/densidad alta, unas propiedades excelentes para el
aislamiento térmico y eléctrico y una buena resistencia a los ácidos, álcalis y disolventes,
tienen baja conductividad eléctrica y térmica, y no son adecuados para utilizarse a
temperaturas elevadas. Las propiedades químicas más relevantes de los polímeros son:
Resistencia al ataque químico: Depende de la clase y organización de los monómeros.
Por lo tanto, existirán diversas conductas ante los agentes químicos de los diferentes
materiales.
Resistencia al envejecimiento: Son susceptibles de oxidación, especialmente por el
producto combinado de luz solar, calor y oxígeno en condiciones atmosféricas.
Estabilidad térmica: El calor genera cambios químicos como la fragmentación,
reacciones de eliminación y de los grupos funcionales, despolimerización.
Permeabilidad: Es importante en el sector de envase y embalaje la permeabilidad a
los gases.
5
Adherencia: Es empleado en el sector de adhesivos.
Propiedades mecánicas: La tracción, la rigidez, la densidad y la resistencia al impacto
son determinados por los factores antes mencionados.
Propiedades ópticas: Afecta en la transparencia, brillo o turbidez el índice de
refracción o número de Abbe.
Solubilidad: Los polímeros de cadena lineal presentan comportamientos más variados
a los disolventes; los polímeros termoestables son insolubles en disolvente ya que no
pueden separar las cadenas entrecruzadas que son parte de la estructura.
Propiedades eléctricas: Pueden ser aplicados en circuitos electrónicos, sistemas de
almacenamiento de datos, sensores y detectores (Elías y Jurado, 2012, pp.1001-
1002) [10].
Es decir, el plástico es un material flexible, resistente, ligero y aislante de la electricidad y
del calor. Fácil de trabajar y de moldear, económico y ligero. Admite pigmentos de gran
variedad de colores. Además, puede combinarse con otro tipo de materiales para mejorar sus
propiedades.
IV. Policloruro de vinilo (PVC)
El Policloruro de Vinilo (PVC) es un moderno, importante y conocido miembro de la familia de los
termoplásticos. Según EIS.UVA (2012), “Es un polímero obtenido de dos materias primas naturales cloruro
de sodio o sal común (NaCl) (57%) y petróleo o gas natural (43%), siendo por lo tanto menos dependiente
de recursos no renovables que otros plásticos. El PVC se presenta en forma original como un polvo blanco
amorfo y opaco” (párr. 1). [11] En la Figura 1 se puede observar la formación del PVC según sus
componentes en porcentajes. Por lo tanto nos da a entender que este material es conformado por dos
materias primas en diferentes proporciones.
Figura 1. Formación del Pvc según sus componentes en porcentajes.
4.1. Propiedades del PVC
6
Respecto a las propiedades de este material se tiene según informa Miravete (2007), “El PVC es,
por su naturaleza, un polímero amorfo cuyas propiedades están en enorme dependencia de la
formulación (aditivos) de cada material concreto. En general podemos decir que sus propiedades
mecánicas no son excelentes entre de la gama ofrecida por los plásticos; demás , con la posibilidad
de verse reducida a bajas temperaturas (a partir de los -10°C); su resistencia química es buena,
aunque sea sensible a ciertos disolventes(hidrocarburos aromáticos y clorados, esteres y cetonas) y
presenta un comportamiento muy satisfactorio a los agentes atmosféricos (luz incluida), salvo que
los aditivos añadidos no sean los adecuados para ese fin ”( p.1481). [12]Siendo así las propiedades
de este material va a depender de su formulación. Sin embargo, sus propiedades mecánicas no son
superiores a la mayoría de los plásticos.
Respecto a las propiedades del PVC, según informa Industrias JQ (2013), en la Tabla 4se puede
observar las propiedades mecánicas del PVC (Policloruro de vinilo) que puede determinar el
comportamiento mecánico de este polímero en función de la temperatura (párr. 1) [13].
Tabla 4. Propiedades mecánicas del PVC en función de la temperatura.
V. Madera plástica.
5.1. Concepto
Según Juan Pablo
Muñoz (2012) “La madera plástica es un material fabricado a partir de residuos de madera (opcional) y
plásticos 100% reciclados seleccionados de alta calidad, de forma que se aprovechan las ventajas
estéticas y calidez de la madera natural pero mejorando sus propiedades al incorporar las ventajas del
plástico: alta durabilidad, sin mantenimiento. Los productos finales pueden ser empleados de la misma
manera que la madera natural, principalmente, para uso en exteriores, ambientes salinos y con alta
humedad, con numerosas ventajas.”[14]Podemos interpretar que la madera plástica es un material
compuesto que posee muchas ventajas con respecto a sus propiedades mecánicas ofreciendo un producto
de calidad.
5.2. Tipos de madera plástica
Según neoture Innovación Ecológica (2010): En el mercado podrá encontrar básicamente dos tipos de
madera plástica:
7
PROPIEDADES MECANICAS A 23° UNIDAD VALORES
PESO ESPECIFICO gr/cm3 1.45
RESISTENCIA A LA ROTURA Kg/cm2 550/--
RESISTENCIA A LA COMPRESION Kg/cm2 170/300
RESISTENCIA A LA FLEXION Kg/cm2 700
RESIS. AL CHOQUE SIN ENTALLA Kg.cm/cm2 NO ROMPE
ALARGAMIENTO A LA ROTURA % >20
MODULO DE ELASTICIDAD Kg/cm2 31000
DUREZA Shore D 80-83
5.2.1. Plastic Lumber: madera 100% de plástico reciclado: La madera 100% de plástico reciclado se obtiene
al reciclar HDPE (polietileno de alta densidad) y otros materiales termoplásticos. La ventaja de este
tipo de madera plástica es que tiene todas las propiedades del plástico: no se pudre, no se enmohece, no
lo atacan los insectos y resiste la exposición al ambiente.
5.2.2. Wood Plastic Composite (wpc): madera plástica con relleno de madera y/o fibras: En los Estados
Unidos se experimentó durante un tiempo con una combinación de madera y plástico reciclado ya que
el costo del reciclado y las resinas es superior al aserrín o al aglomerado. Sin embargo, este producto
se ha utilizado cada vez con menor frecuencia ya que no tiene la misma vida útil que el producto hecho
con plástico reciclado al 100% [15].
5.3. Madera plástica elaborada con lona de PVC y fibra de bambú
5.3.1. Concepto
El mejoramiento de los polímeros con refuerzos de fibras vegetales, han hecho que se produzcan los
materiales reforzados (composites), lo cual permite diseñar el material a usar. Para eso es necesario
conocer las propiedades de los materiales de partida y de los nuevos materiales compuestos. Esta
investigación utiliza la mezcla en proporciones adecuadas de PVC (cloruro de polivinilo reciclado),
como matriz polimérica, reforzada con cantidades óptimas de fibras naturales de bambú.
5.3.2. Composición
La lona de PVC con fibra de Bambú, está compuesta por un matriz la cual es el PVC, teniendo como
refuerzo a la fibra de bambú. La fibra del bambú como materia prima fue triturada en molino, hasta un
tamaño de 1 a 3 mm que es el utilizado como refuerzo. El PVC se recicló de tapas de botellas,
seleccionadas y fracturadas manualmente con martillo y cortadas a tamaño variables entre 3 y 5 mm.
5.3.2.1. Fibra de bambú
La fibra del bambú es un tipo de fibra reciclable, se usa la materia prima del bambú a través de
métodos físicos tales como la destilación y la hervición. Sus procesos de producción son: Bambú,
piezas de bambú, la pulpa fina, la celulosa del bambú y la fibra del bambú. Se examinan las
propiedades fisicoquímicas de la incorporación de fibra. Las fibras son fusiforme y con puntuaciones
simples, los promedios de longitud de las fibras está entre 2.21 y 3.03 mm, y el diámetro tangencial
entre 0.064 mm, el grosor de la pared es de 0.052 mm y el diámetro del lumen es de 0.012 mm. Las
fibras de origen vegetal son sustancias complejas, entre los más importantes están la celulosa, la lignina
y la pectina. La celulosa forma el esqueleto de las paredes de la célula, y la hemicelulosa forma los
materiales adherentes que la unen. La influencia de la celulosa y lignina, que lleva la fibra del bambú,
en la mezcla polimérica, no es significativa, por cuanto la fibra como se verá adelante no reacciona con
la matriz, mientras si afecta la densidad del material reforzado, porque lo vuelve más liviano, propiedad
importante para la producción de madera plástica y materiales similares (ver Tabla 5).
Tabla 5. Densidades para los diferentes porcentajes de fibra.
8
La diferencia química que existe entre la corteza y la madera está claramente definida para esta especie,
(Tabla 6). La corteza presenta mayor contenido de extraíbles, menor contenido de celulosa cristalina y de
lignina condensada y mayor contenido de hemicelulosa y de fenoles de menor masa molecular que los
presentes en la madera.Tabla 6. Composición química de madera y corteza de bambú.
1glucomananos; 2Principalmente taninos condensados; 3Principalmente extraíbles solubles en solventes orgánicos;*compuestos
de baja masa molecular.
5.3.2.2. Matriz cloruro de polivinilo (PVC)
La matriz termoplástica corresponde a cloruro de polivinilo (PVC), obtenido en el mercado en forma
de pellets de 6.5 mm de largo y 2 mm de diámetro, y con una densidad de 0.94 g/cm 3, y un índice de
fluidez (MFI) de 20g/10 min, según extrusora con salida de 2 mm de diámetro y 8 mm de largo y carga
de 2.16 kg, previo calentamiento a 190ºC, durante 5 min. La mezcla de los polímeros presentó una
densidad de 930 kg/m3 y un índice de fluidez de 6,4 g/10 min, medido en base a ASTM D1238
condición 230°C/2,16 kg. El agente acoplante fue un MAPE, polietileno maleatado Epolene E-20 (peso
molecular 7500 g/mol) de Westlake Chemical Corporation (USA). Similarmente, Celogen 754A
(azodicarbonamida activada, ACA) en forma de polvo, obtenida de ChemPoint (USA), fue usado como
agente espumante. En un primer paso el polímero reciclado fue extruido con y sin agente espumante,
posteriormente se extruyeron los compuestos madera-plástico variando la concentración de la fibra en
15% y 25%, manteniendo constante la concentración de agente acoplante, base a peso de madera seca,
en 5%, y 0.2% para el agente espumante en base al peso del polímero. Se fabricaron un total de 10
formulaciones como se indica en la tabla 7.
Tabla 7: Formulaciones de polímero reciclado y compuestos madera plástico con y sin aditivos.
En todos los casos la velocidad de los tornillos de la extrusora se mantuvo en 100 rpm y las
temperaturas de la extrusora se mantuvieron en 165, 170, 170, 175, 180, 185, 190, 185, 180, 175 ºC y
9
165 °C en el cabezal. Las muestras extruidas fueron enfriadas a temperatura ambiente, para definir la
morfología de las formulaciones espumadas. Para el caso del PVC sin fibra (Figura 2), se observa que
tiene un comportamiento similar de alta resistencia y una vez alcanza la carga máxima, tiende a la
ruptura, hecho que no se observa cuando se le agrega fibra, lo que indicaría que se mejora su ductilidad
aunque hay un detrimento de su resistencia a la compresión, lo cual constituye por sí solo una ventaja
ya que es posible introducir al menos un 5% de fibra, que vuelve el material más liviano.
Figura 2. Ensayo de compresión para PVC puro y con 2, 3 y 5% de fibra.
5.3.3. Elaboración de la madera plástica con fibra de bambú
La fabricación de madera plástica tiene lugar mediante un proceso limpio, sin problemas
medioambientales, que comienza con la recolección del plástico reciclado en las plantas de reciclaje,
donde se separan los termoplásticos, se trituran, se mezclan homogéneamente y se funden en un
proceso de extrusión a alta temperatura. Este compuesto sale tintado de fábrica, donde se le añaden
aditivos para mejorar la resistencia del material frente al envejecimiento y la intemperie. Durante el
proceso se utilizan maquinarias que producen de diferentes dimensiones materiales como tableros (Ver
tabla 8).Tabla 8: Cuadro de las distintas características de las máquinas que producen madera plástica
Máquina para fabricar
madera plástica
HEATmx4.8/1C
Máquina para fabricar
madera plástica
HEATmx4.8/2C
Máquina para fabricar
madera plástica
HEATmx4.8/3C
Producción 50 a 60 kg/hr según dureza
del plástico. En 8 horas se
obtienen 480 kg u ocho
100 a 120 kg/hr según
dureza del plástico. En 8
horas se obtienen 960 kg o
150 a 180 kg/hr según
dureza del plástico. En 8
horas se obtienen 1440 kg
10
tableros de 20 mm de
espesor, menor a 15 mm
produce 46 kg/hr.
dieciséis tableros de 20
mm de espesor, menor a
15 mm produce 92 kg/hr.
o veinticuatro tableros de
20 mm de espesor, menor
a 15 mm produce 138
kg/hr.
Calefacción Por medio eléctrico, dos
zonas con control de
temperatura electrónico de
hasta 300 ° Celsius.
Por medio eléctrico, dos
zonas con control de
temperatura electrónico de
hasta 300 ° Celsius.
Por medio eléctrico, dos
zonas con control de
temperatura electrónico
de hasta 300 ° Celsius.
Prensa Una estación de prensa con
sistema hidráulico de 70 tn
con fuente de poder de 3 hp.
Dos estaciones de prensa
con sistema hidráulico de
70 tn con fuente de poder
de 3 hp.
Dos estaciones de prensa
con sistema hidráulico de
70 tn y fuente de poder de
3 hp.
Enfriamiento Enfriamiento incorporado a
prensa, mediante un
enfriador industrial de agua
de 5 tn.
Enfriamiento incorporado
a prensa, mediante un
enfriador industrial de
agua de 5 tn.
Enfriamiento incorporado
a prensa, mediante un
enfriador industrial de
agua de 5 tn.
Moldes Se incluyen 4 moldes de
acero, cada uno con 16
ruedas a 45° y suspensión de
resorte. Los moldes corren
sobre rieles a través del
sistema; dentro del horno el
movimiento es motorizado.
Se incluyen 5 moldes de
acero, cada uno con 16
ruedas a 45° y suspensión
de resorte. Los moldes
corren sobre rieles a través
del sistema; dentro del
horno el movimiento es
motorizado.
Se incluyen 6 moldes de
acero, cada uno con 16
ruedas a 45° y suspensión
de resorte. Los moldes
corren sobre rieles a
través del sistema; dentro
del horno el movimiento
es motorizado.
Consumo
eléctrico
Consume 45 kwh. Se
requiere corriente eléctrica
trifásica de 220 v o 440 v a
60 hz; transformador de 112
kva (soporta periféricos
Consume 90 kwh. Se
requiere corriente eléctrica
trifásica de 220 v o 440 v a
60 hz; transformador de
150 kva (soporta
Consume 130 Kwh Se
requiere corriente
eléctrica trifásica de 220 v
o 440 v a 60 hz;
transformador de 225 kva
11
como molino, sierra y
herramientas diversas).
periféricos como molino,
sierra y herramientas
diversas).
(soporta periféricos como
molino, sierra y
herramientas diversa).
Dimensiones Alto 1,890 mm Ancho 4,920
mm Largo 13,850 mm
Alto 1,890 mm
Ancho 4,980 mm
Largo 16,850 mm
Alto 1,890 mm Ancho
4,980 mm Largo 19,850
mm
Peso Peso aproximado de 6,000
kg.
Peso aproximado de 9,600
kg.
Peso aproximado de
11,000 kg.
5.3.4. Propiedades de la madera plástica
Según la Organización para el Desarrollo Sostenible (2007) en las propiedades de la madera
plástica se busca reducir el consumo de materiales como la madera y aprovechar los residuos
sólidos plásticos, y usar el aserrín de madera como un agregado dentro de la mezcla polimérica
cumpliendo la función de reforzante, mejorando y aumentando las prestaciones y aplicaciones.
Además contribuye a la disminución de la tala de bosques, es un producto ecológico.
5.3.4.1. Propiedades mecánicas
5.3.4.1.1. Resistencia a la tracción
Según Pérez Méndez, Emerson (2010) esta propiedad permite conocer las características de este
material cuando se somete a esfuerzos de tracción para determinar la resistencia a la rotura, y por
medio de ensayos en el laboratorio podremos comparar dicha propiedad con la madera de bambú y
observar si esta se comporta de forma similar o mejor (p. 21). Solís Jara, Mario y Lisperguer
Muñoz, Justo (2002) manifiestan que de las distintas muestras (probetas) se obtuvieron los
siguientes resultados de la resistencia a la tracción Las probetas de compuestos mixtos (cloruro de
polivinilo/madera de eucaliptus) elaboradas para pruebas de resistencia a la tracción se ensayaron
tanto en estado seco como después de haber sido sometidas a ataque por agua fría, lo que se puede
apreciar en la tabla 9 (p. 38).
Tabla 9: Resistencia a la tracción de compuestos mixtos: Cloruro de polivinilo/madera de eucaliptus.
12
%Maderade bambú
% de clorurode polivinilo
1Resistenciaa la tracción
(Kg-cm2)
2Resistenciaa la tracción(Kg /cm2)
10 90 1.04 1.00
20 80 1.37 1.20
1 Resistencia a la tracción (probetas estado seco).
2 Resistencia a la tracción (probetas sometidas a ataque por agua).
En la figura 3 se puede apreciar que a concentraciones de aserrín de bambú intermedias, las
propiedades de resistencia de la maderas plástica no difiere tanto de los compositos puramente
plásticos.
Figura 3: Gráfico de los módulos de tensión.
5.3.4.1.2. Resistencia a la comprensión
Según Pérez Méndez, Emerson (2010) permitirá tener un conocimiento de la carga axial que esta
pueda soportar un pequeño segmento de este material; es importante tomar en cuenta que el
material puede variar su propiedad con la madera de bambú (p. 22). En la figura 4 se observa el
ensayo donde se calculó una curva resultante llamada diagrama convencional de esfuerzo-
deformación, proporcionando datos sobre la resistencia a la comprensión que poseen los
aglomerados, sin considerar la forma geométrica o el tamaño del material. En la figura 5, se
muestra el área de la sección transversal y las longitudes originales han sido deformadas. En la
siguiente tabla 10 se describen las propiedades del Composite.
Figura 4. Diagrama convencional esfuerzo-deformación.
13
Figura 5. Probetas antes y después del ensayo de comprensión (de izquierda a derecha).
Tabla 10: Propiedades del ensayo de comprensión,
5.3.4.1.3. Resistencia al corte
Según Pérez Méndez, Emerson (2010) esta propiedad es la resistencia ofrecida frente a la acción
de una fuerza que tiende a cortar la madera en dos partes cuando la dirección del esfuerzo es
perpendicular a la dirección de las fibras. El límite de resistencia al corte suele ser menor que el de
la resistencia a la tracción y compresión (p. 22). En la tabla 11 se midió la energía de impacto y a
qué medida que aumenta el tamaño de la partícula del aserrín disminuye su capacidad de absorber
energía en el material, debido a que la superficie de fractura se incrementa con el aumento de las
fibras.
Tabla 11: Resistencia al impacto de compuestos mixtos: Cloruro de polivinilo/madera de bambú.
5.3.4.1.4. Resistencia a flexión
Según Pérez Méndez, Emerson (2010) es la propiedad que tienen algunas maderas de poder ser
dobladas o ser curvadas en su sentido longitudinal, sin romperse debido a una carga transversal. Si
estas son elásticas recuperan su forma original cuando cesa la fuerza que las ha deformado (p. 23).
En la Tabla 12 se encuentran los valores promedio que se obtuvieron en el ensayo de flexión de los
ocho materiales fabricados. La figura 6 muestra el estado de las maderas después de ser sometidas
al ensayo.
Tabla 12: propiedades valoradas en el ensayo de flexión.
14
Figura 6.Probetas antes y después del ensayo de flexión.
5.3.4.1.5. Módulo de Young
Al incrementar la concentración de fibra, el módulo aumenta debido al carácter elástico propio de
las fibras naturales (Ver fig. 7). Las formulaciones que contienen PVC presentan mayores valores
de la propiedad, pero la diferencia no es significativa cuando la concentración de fibra es cercana a
50 phr. Por otro lado, si comparamos la madera natural y la madera plástica se puede observar que
las deflexiones de la madera natural es 30 veces mayor que de la madera plástica (Ver tabla 13).
Figura 7. a) Módulo de Young; b) Tracción
Tabla 13: Relación modular Madera natural vs. Madera plástica
Madera natural Madera plástica
Módulo de Young (E) 12000 Mpa 400 a
15
5.3.4.1.6. Límite elástico
La relación entre el esfuerzo y la deformación, denominada módulo de elasticidad, así como el
límite de elasticidad, están determinados por la estructura molecular del material. Cuando se aplica
una fuerza externa que crea una tensión en el interior del material, las distancias moleculares
cambian y el material se deforma. Si las moléculas están firmemente unidas entre sí, la
deformación no será muy grande incluso con un esfuerzo elevado. En cambio, si las moléculas
están poco unidas, una tensión relativamente pequeña causará una deformación grande. En
figura 8a y 8b, se grafican las curvas promedio de fuerza-extensión (elongación) de los
compuestos fabricados con madera y corteza de bambú. En estos gráficos, se puede observar que
la carga máxima y la extensión máxima disminuyen al aumentar el contenido de fibras en ambos
tipos de compuestos. Por otro lado, en la figura 1a, se puede observar que las pendientes en la zona
elástica de las curvas esfuerzo-deformación aumentan gradualmente al aumentar el contenido de
fibra de madera. Sin embargo, este comportamiento es diferente para los compuestos fabricados
con fibras de corteza de bambú (Figura 8b), donde la rigidez de estos compuestos aumenta y se
mantiene constante.
(a)
16
(b)
Figura 8. Curvas promedio de esfuerzo-deformación de los compuestos: a) en base a fibra de madera de
bambú, y b) en base a fibra de corteza de bambú.
5.3.4.1.7. Ductilidad
Los compuestos con alto contenido de fibra presentan fractura frágil. La ductilidad decrece de
manera rápida al aumentar el contenido de fibra. Realmente no se puede afirmar que hay aumento
de la ductilidad en todas las mezclas entrecruzadas con PVC, con respecto a las no reticuladas
(Figura 9).
Figura 9. Ductilidad. Con PVC (- ▲ -), sin PVC (-- o --)
5.3.4.2. Propiedades físicas
5.3.4.2.1. Densidad
Según Pérez Méndez, Emerson (2010) esta propiedad está definida como la cantidad de masa por
unidad de volumen. En el caso de la madera plástica se puede decir que su densidad puede tener un
rango de variación, ya que en proceso de fabricación quedan atrapados vacíos que en algunos
casos no pueden ser evitados. Ésta suele indicar propiedades mecánicas puesto que cuanto más
densa es la madera, esta es mucho más fuerte y dura (p. 24). La Figura 10 muestra las densidades
calculadas para las probetas. Todas las probetas que contienen 25% de madera tienen los mismos
valores de densidad. Los valores más altos se encuentran en las probetas que contienen la mayor
cantidad de madera y aun así la diferencia con los otros compuestos no sobrepasa el 7%.
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Figura 10. Densidad de los materiales (g/cm3).
5.3.4.2.2. Dureza
Según Pérez Méndez, Emerson (2010) la resistencia al impacto durabilidad, dureza y resistencia es
mayor a la madera vegetal. La dureza es una característica que depende de la cohesión de las fibras
y de su estructura, se manifiesta como la dificultad que opone la madera de ser penetrada por otros
cuerpos (clavos, tornillos, etc.) o a ser trabajada (cepillo, sierra, gubia, formón). La dureza está
relacionada con la densidad, de tal manera que tas maderas más duras son las de mayor densidad
(p. 25). La fig. 11, muestra el efecto de la concentración de la fibra de madera, la incorporación del
agente de acoplamiento y el agente espumante sobre la dureza del polímero reciclado y los
compuestos madera-plásticos. Los resultados del análisis de varianza muestran que el valor de
probabilidad “p” fue mayor que 0.05 para el modelo, lo que indica que no existen diferencias
significativas. La dureza intrínsecamente es una condición de la superficie del material, la cual es
fuertemente dependiente del porcentaje de madera presente en el compuesto.
Figura 11. Dureza como función de la concentración de fibra en polímeros reciclados, reforzados con fibra de
pino radiata, con y sin aditivos.
A placas de 6.35 mm de espesor en la prensa de platos calientes a una presión de transferencia de
8200 KPa y con una temperatura en los platos de 200°C, de donde se maquinaron las probetas
para realizar las pruebas de dureza shore D según la norma ASTM D2240, como se aprecia en la
figura 12 mostrada a continuación.
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Figura 12. Probeta para pruebas de impacto, según la Norma ASTM D256-93.
5.3.4.2.3. Impermeabilidad
Según Pérez Méndez, Emerson (2010) en la madera plástica es importante saber si este material
proviene de desechos impermeables, es por ello que ya sea la humedad del medio ambiente u otro
tipo de humedad al que esté sometido este material no hará que este altere sus dimensiones como
es el caso de la madera de pino que no es un material impermeable o dicho en otras palabras es un
material higroscópico (p. 26).
5.3.4.2.4. Tenacidad
Según Pérez Méndez, Emerson (2010) este término se refiere a la capacidad de la madera para
resistir cargas repentinas (golpe o choque). Generalmente las fibras de madera de alta tenacidad
están entrecruzadas lo cual hacer que la madera sea difícil de rajar, o hacer que las fibras sufran la
separación entre ellas. Estas maderas se doblan mucho más, sin romperse o fracturarse (p. 27). El
contenido de fibra disminuye la tenacidad del material, la baja adhesión interfacial fibra-polímero
y los espacios vacíos entre estas fases inciden en el resultado (figura 13). El valor de la tenacidad
es mayor en los compuestos con PVC. Sin embargo, al incrementar el contenido de fibra el efecto
del PVC no es significativo debido a la menor cantidad de polímero disponible para cubrir
superficialmente la partícula de fibra.
Figura 13. a) Tenacidad; b) Fluencia. Con PVC (-▲-), sin PVC (--o--).
5.3.4.2.5. Flexibilidad
Según Pérez Méndez, Emerson (2010) esta es la propiedad que tienen algunas maderas de poder
ser dobladas o ser curvadas en su sentido longitudinal, sin romperse. La madera plástica presenta
especial aptitud para sobrepasar su límite de elasticidad por flexión sin que se produzca rotura
inmediata, siendo esta una propiedad que la hace útil para la curvatura se puede fabricar muebles,
ruedas, cerchas, instrumentos musicales, etc. (p. 27). Según Galo Cercado Erazo la madera es
flexible y tiene buenas propiedades dieléctricas y bajos coeficientes de dilatación.
5.3.4.2.6. Resistencia a agentes atmosféricos
Según Pérez Méndez, Emerson (2010) cuando se hace referencia a la resistencia a los agentes
atmosféricos, resistente a factores climáticos aislantes térmicos, acústicos y eléctricos, se debe que
tocar el tema de la durabilidad o duración del material, no necesita de medidas de protección
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contra la humedad por ser un material impermeable; además no necesita de medidas de protección
contra los ataques de los organismos destructores. La madera plástica no se astilla, no se agrieta,
no proliferan bacterias y no le afectan las plagas de insectos que atacan la madera. Resistente a
ácidos, álcalis, y alcoholes así mismo resiste a cambios de temperatura ambiental. En la tabla 14 se
pueden observar tres condiciones climáticas que afectan al material: la humedad, los rayos UV y la
temperatura. Este compuesto contiene un 40% PVC de alta densidad y un 60% de fibra de madera.
La exposición fue de 2000 h. Los valores entre paréntesis son las desviaciones estándar.
Tabla 14: resistencia medioambiental de la madera plástica
Humedad relativa (%) Módulo de
ruptura (MPa)
Módulo de
elasticidad (MPa)
Sin exposición UV (T = 23 °C)3493
17.4 (0.15)13.6 (0.45)
2906 (89.2)1913 (130.7)
Exposición UV (T = 23°C)3493
17.0 (0.27)14.5 (0.66)
2783 (68.69)2227 (24.8)
Sin exposición UV (T = 40 °C)
34
93
14.0 (2.46)13.0 (0.98)
2539 (56.2)2459 (22.1)
Exposición UV (T = 40°C)
34
93
16.8 (0.50)11.8 (1.56)
2655 (69.2)2312 .3)
5.3.4.3. Propiedades químicas
5.3.4.3.1. Punto de inflamación
Según Pérez Méndez, Emerson (2010) la temperatura de ignición de los productos de madera es
generalmente del orden de los 200 °C, la madera expuesta a un calor constante durante cierto
período de tiempo puede experimentar cambios químicos que produzcan una temperatura de
ignición mucho más baja y una posibilidad mucho mayor de auto ignición. Entre las maderas muy
inflamables se encuentran el pino, abeto, sauce, etc. todas ellas maderas resinosas (pp. 30-31). En
la figura 14 se muestra la inflamabilidad de la muestra.
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Figura 14. Test de llama.
5.3.4.3.2. Punto de fusión
Según Pérez Méndez, Emerson (2010) Encontrar el punto de fusión de la madera plástica es de
suma importancia ya que este es un factor que nos indicara el tiempo y la temperatura en el cual la
madera plástica pasa de un estado sólido a un estado líquido (pp. 31-32)
VI. Conclusiónes
1. Todas las pruebas de compresión, flexión y tensión, muestran que la fibra no aumenta la
resistencia, pero si incrementa su ductilidad y esto puede ser aprovechado como ventaja
para materiales que requieran ser livianos y muy deformables.
2. No se encontró una gran influencia del tamaño de fibra en las propiedades de compresión,
flexión y tensión, lo que no justificaría la selección de un solo tamaño de fibra,
desechando la posibilidad de utilizar los demás. Puede utilizarse fibra desde 1 a 10 mm sin
que se afecte la matriz, y es posible introducir al menos un 5%, cantidades mayores
originan fragilidad
3. Los materiales reforzados obtenidos, con polímeros reciclados reforzados con fibra, es una
buena opción para producir madera plástica, para emplearla en carrocerías que utilizan
madera, o en bastidores para separar con malla o alambre, zonas de producción
agropecuaria.
VII. Referencia bibliográficas
1. BESEDNJAK, Alejandro. Materiales Compuestos: proceso de fabricación de embarcaciones.
Barcelona: UPC, 2005. 123p. ISBN: 8498802105
2. SALÁN, María. Tecnología de proceso y transformación de materiales. Barcelona: UPC, 2005.
216p. ISBN: 848301789X
3. HEISS, Germán. Materiales Carpintería mesas y sillas. Buenos aires : Grupo imaginador de
ediciones, 2006, 63 p. ISBN: 9507685383
21
4. VIGNOTE, Santiago y MARTINEZ Isaac. Tecnología de la madera. 3ra. ed. Madrid : Mundi
Prensa, 2006, 674 p. ISBN: 8484762637
5. CAPUZ, Rafael. Materiales Orgánicos Madera. Valencia : Universidad politécnica de Valencia,
2005, 279 p. ISBN: 8497058399
6. HIDALGO, Oscar. Perspectivas del bambú para la construcción. Guadalajara: Instituto Politécnico
de Guadalajara, 1978, p.22. ISBN: 21543787552768775
7. MOHMOD, Al. Efectos de características anatómicas en las propiedades físicas y mecánicas de
Bambusa blumeana. Kuala Lumpur: Instituto de Investigación Forestal de Malasia, 1993, 159p.
ISBN: 87978955847
8. JANSSEN, Jay. 1981. La relación entre las propiedades mecánicas y la composición biológica y
química de bambú. Eindhoven: Universidad Tecnológica de Eindhoven. 27p. ISBN: 22221483
9. NAVARRO Arellano, José Fidel. Elaboración y evaluación de tableros aglomerados a base de
plástico de alta densidad y fibra de estopa de coco. Tesis (Maestro en arquitectura). Coquimatlan,
Colima: Universidad de Colima, Edificación arquitectónica, 2005. 132p.
10. ELIAS, Xavier y JURADO, Lorena. Los plásticos residuales y sus posibilidades de valoración:
Reciclaje de residuos industriales [en línea]. Madrid: Ediciones Díaz de Santos, 2012 [fecha de
consulta: 17 Setiembre 2014]. Disponible en: http://books.google.com.pe/books?
id=F0BeFOmQpnwC&printsec=frontcover&hl=es&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepag
e&q&f=false ISBN: 9788499693712
11. Escuela de Ingenierías industriales. Disponible en <http://www.eii.uva.es/>. Fecha de consulta: 26
Octubre 2014.
12. MIRAVETE, Antonio. Materiales Compuestos l. Barcelona: EDITORIAL REVERTÉ, S.A., 2007.
1481p. ISBN: 9788492134984
13. Industrias JQ. Disponible en :<http://www.jq.com.ar/>. Fecha de consulta: 25 Octubre 2014.
14. PREZI [en línea]. s.n.: Juan Muñoz, 2012 – [Fecha de consulta: 23 octubre 2014]. Disponible en
https://prezi.com/vjg0txmcgye7/madera-plastica/
15. Neoture Innovación Tecnológica. Disponible en :<
http://www.neoture.es/>.http://www.eii.uva.es/>. Fecha de consulta: 20 Octubre 2014.
16. ORGANIZACIÓN para el Desarrollo Sostenible (ODS). Miembros del Consejo Directivo. 01 de
junio de 2007 < http://www.ods.org.pe/NOT/01JUN07/01.php >
22