RESINAS DE POLIÉSTER Por Juan Francisco Díaz Gallego

Las resinas son sustancias líquidas que pueden pasar al estado sólido mediante una reacción química provocada por un agente externo. Por sí solas no tienen la resistencia suficiente, es por eso que necesitan de refuerzos* de otros materiales como la fibra de vidrio, que son los que aportan la flexibilidad y dureza necesarias para la fabricación de una embarcación. * Refuerzos: en nuestro caso fibra de vidrio, material encargado de suministrar resistencia y buen comportamiento mecánico al conjunto del trabajo realizado con resinas.

Las resinas se presentan en forma de plásticos termoestables* que son los que se emplean en los materiales compuestos*. * Plásticos termoestables: Hay que decir primeramente que llamamos plásticos a aquellas sustancias de alto peso molecular que pueden transformar su estructura en otra muy diferente. Los plásticos termoestables son aquellos que necesitan de un agente externo (catalizador) para cambiar su estructura molecular; una vez producida ésta, no pueden volver a su estado anterior, a diferencia de los plásticos termoplásticos (poliestireno, el nylon o el PVC). * Materiales compuestos o composites: esta última es la palabra inglesa que en español significa material compuesto. Los materiales compuestos son aquellos materiales que originalmente eran dos o más y por medio de diferentes procesos se convierten en uno, siendo sus propiedades distintas a las propiedades de los materiales originales. Así, cuando hablamos de un estratificado o laminado de fibra de vidrio con resina de poliéster es un composite, como también lo puede ser un laminado de Kevlar con epoxi, etc.

Existen diferentes clases de resinas, entre las que se encuentran las llamadas poliéster, vinylister* y epoxi. Estas últimas presentan mejores características de adhesión y resistencia al agua, aunque tienen un elevado precio. De todas formas y como veremos, en las construcciones de barcos son utilizadas las de poliéster, que a su vez podemos hablar principalmente de dos tipos: o

Resinas isoftálicas, que tienen mejores propiedades que las ortoftálicas, sobre todo porque son más resistentes al agua, ya que tienen una absorción de humedad casi nula.

o Resinas ortoftálicas, que son utilizadas comúnmente en embarcaciones siempre y cuando se utilicen en las capas exteriores de la embarcación (sobre todo en la zona del casco, las resinas de tipo isoftálicas). El motivo de utilizar éstas se debe a su precio más bajo. Como veremos más adelante esto se traduce en Gel-Coat*, que incluyen necesariamente resinas isoftálicas. * Vinylirter: el proceso de curado y los elementos que intervienen en él son muy similares a las resinas de poliéster con el inconveniente de necesitar altas temperaturas. Por esta circunstancia, no son adecuadas en construcción naval.

* Gel-coat: material formado por resina de poliéster, pigmentos y otras sustancias, que se emplean como capa exterior de cualquier embarcación construida sobre molde en PRFV.

PROCESO DE CURADO DE LAS RESINAS El curado es el proceso por el cual las resinas pasan de su estado líquido inicial al estado sólido. Para este cambio se necesita la presencia de la resina, el catalizador y el activador (acelerador). La reacción es exotérmica*, comenzando la elevación de la temperatura nada más producirse la mezcla de los diferentes elementos, siendo capaz de subir la temperatura de la resina hasta los 160 ºC. En la construcción naval las elevaciones de temperatura no son tan acusadas como las comentadas, debido fundamentalmente a la extensión de las superficies de trabajo. * Reacción exotérmica: Incremento brusco de la temperatura de la resina.

Una vez la resina está en fase de utilización y se quiere provocar la reacción de polimerización*, los inhibidores* permiten que medie un determinado tiempo hasta que se produce el endurecimiento para que la resina se pueda trabajar. La reacción de polimerización por sí sola no se produce, o se produce con mucha dificultad. Para facilitarlo se utilizan los catalizadores, los cuales se añaden a la resina en el momento de la utilización. * Polimerización: es el tiempo que transcurre de ésta hasta el curado de la misma una vez catalizada la resina. Durante esta fase, la resina se desprende del monómero (el más utilizado es el estireno) que se encuentra mezclado con la resina y es uno de los elementos líquidos empleados en la fabricación de la resina y que permite que el catalizador reaccione consiguiendo que la resina comience el proceso de endurecimiento una vez catalizada. * Inhibidores: son productos que el fabricante de resinas incluye en ellas, para la fabricación, almacenamiento y reacción de la resina.

Los catalizadores o endurecedores son productos que inician la reacción de la polimerización para el endurecimiento de la resina. Por lo general son el único producto que junto con la resina maneja el aficionado en un trabajo de laminado*. * Laminado o estratificado: son capas de fibra mezcladas con resina catalizada.

Suelen ser peróxidos orgánicos que se añaden a la resina en forma líquida en una concentración que varía entre el 1% y el 2% en peso de resina. Incluso aun existiendo otros factores que favorecen la reacción de polimerización, tales como la elevación de temperatura, condiciones idóneas ambientales, etc. debe siempre respetarse la concentración de catalizador que se ha de utilizar.

Los acelerantes son unos compuestos químicos que al reaccionar con el catalizador permiten que la polimerización se haga a temperatura menos elevada. El acelerador generalmente viene incluido por el fabricante, pero en caso de tener que hacerlo nosotros conviene extremar las precauciones e incluirlo después del catalizador, ya que éste puede llegar a generar una explosión si se realiza conjuntamente. Dentro del proceso de curado se llama polimerización al tiempo de reacción de la resina, desde la gelificación hasta el curado. El curado en sí consta principalmente de tres fases: o La gelificación. En la que se produce el paso de la resina de un estado inicial líquido viscoso, pero con facilidad de fluir, a un gel blando. o El endurecimiento. La resina pasa de gel blando a endurecida o sólido. o La maduración. Durante la cuál la resina adquiere todas sus características mecánicas y químicas. Las dos primeras fases son relativamente cortas (20 a 30 minutos). La última de ellas tiene lugar a lo largo de varias horas si se hace con estufas de calor o semanas si se realiza a temperatura ambiente. Los principales factores que intervienen en el proceso de curado son: o El tipo de resina empleada. o La temperatura ambiente, la mayoría de las resinas no curan a temperaturas inferiores a 10 ºC. o La naturaleza y cantidad de catalizador y activador. A mayor cantidad de ambos menos tiempo de gelificación. o La naturaleza y cantidad de cargas*. Si éstas son elevadas retrasan el curado. o La humedad relativa. Es necesario mantener una humedad relativa entre el 40% y el 54%. Esto se debe.... o El Exceso de insolación (son bastante perjudiciales los rayos ultravioletas). o El Incremento de la temperatura del proceso, la cuál reduce el tiempo de gelificación. A temperatura ambiente no se debe sobrepasar los 27 ºC por cuestiones puramente lógicas. o Espesor del laminado, cuyo aumento disminuye el tiempo de gelificación.

Se pueden controlar los tiempos de curado actuando sobre los parámetros: temperatura, cantidad de acelerador y de catalizador. Esta circunstancia pierde interés en construcciones individuales. * Cargas: Son en su mayoría materiales derivados de minerales empleados como material de relleno (para hacer masillas).

TIPOS DE PROCESOS Cuando se utiliza resina y refuerzos de vidrio con el objeto de fabricar laminados* pueden ser elaborados a través de diferentes procesos: -

Proyección simultánea Moldeo por contacto manual Moldeo por vacío. Prensado. Inyección, etc.

El proceso utilizado a nivel de aficionado y aconsejado para la realización de trabajos a nivel de piezas, reparaciones o embarcaciones unitarias es el moldeo por contacto manual, que como veremos requiere de una menor mecanización y consecuentemente un menor gasto en adquisición de maquinaria, aunque sí necesita una mayor dedicación. En el moldeo por contacto manual, se impregna el refuerzo con la mano con la ayuda de un rodillo o una brocha. La calidad de un laminado depende mucho de la forma de aplicación. En la construcción naval un laminado por proyección no tiene la misma calidad que un laminado manual y un laminado por presión tiene superior calidad que el manual, todo esto utilizando los mismos materiales. (Ej. poliéster reforzado con fibra de vidrio). MODO DE MEZCLAR LAS RESINAS Una vez que se ha catalizado una cantidad determinada de resina, su período de vida en el recipiente (periodo de trabajo) es muy corto (unos 15 minutos aproximadamente). Se sabe que una gran cantidad de producto, tanto dentro de la vasija de trabajo como en el mismo laminado, endurece con mayor rapidez que una capa delgada (debido a que de esta forma produce mucho más calor). Una paleta de mezcla agitará el producto de una manera más efectiva, pues los aparatos eléctricos de alta velocidad producen generalmente burbujas de aire.

Normalmente se deben de utilizar vasijas distintas para el mezclado del producto (resinas + catalizador) y para humedecer el rodillo con el que impregnar el manto de fibra. A la hora de remover debemos de mezclar muy bien con el catalizador y rebanar el mismo movimiento en todas las esquinas de la vasija durante un minuto aproximadamente. Ni que decir tiene que una vez traspasada la resina a otra vasija se debe limpiar rápidamente con acetona o si es del tipo desechable, deshacernos de ella sin recurrir a la misma para realizar otra mezcla. No existe problema ninguno si la vasija es de plástico, a no ser que se mezcla durante mucho tiempo endureciendo la misma y produciéndose su deformación debido al calor. A LA HORA DE COMPRARLAS La resina es suministrada con unas determinadas condiciones de reactividad, viscosidad y tixotropicidad. La reactividad va a fijar el tiempo que se puede tener preparada, una vez añadido el catalizador, sin utilizar la resina. El grado de viscosidad va a condicionar el tipo de telas de fibra que se van a utilizar, ya que la penetración de la resina en la fibra va a estar estrechamente unida a la viscosidad. En construcción naval, es corriente tener que laminar en paredes verticales. Esto va a condicionar el uso de resinas con un alto grado de tixotrópicas. Echamos una ojeada a la ficha técnica siguiente: CRAY VALLEY ficha técnica ESTRATIL A 252 TY Resina de poliéster no saturado PRESENTACIÓN Líquido opaco azul. NATURALEZA DEL PRODUCTO Resina de poliéster no saturado, ortoftálica, de reactividad media, tixotrópiaca, preacelerada, de exotermia controlada y con revelador de catalilzación. MODO DE TRANSFORMACIÓN - Contacto - Proyección APLICACIÓN - Pieza industrial

- Náutica CARACTERÍSTICAS (Viscosidad y Reactividad)* Peso específico a 25 ºC: 1,12 g/cm3 Visc. Brookfield RV, 25º, móvil nº 2 - a 5 rpm : 14 dPa.s - a 50 rpm : 4.5 dPa.s Extracto Seco : 56.5 % Reactividad: - Método : XPO29 - Temperatura de ensayo: 25 ºC - Sistema catalítico : 15 MEKP 50% - Cantidad de resina: 100 g. - Tiempo de gel : 20 min. - Tiempo total : 36 min. - Temperatura máxima: 160 ºC PROPIEDADES DE LA RESINA POLIMERIZADA NO REFORZADA Peso específico : 1,20 g/cm3 Resistencia a tracción (ISO 527) : 55 MPa Elongación a la rotura (ISO 527) : 2,1 % Resistencia a flexión (ISO 178) : 100 MPa Módulo de flexión (ISO 178) : 4000 MPa Temperatura de deformación : Bajo carga (ISO 75 A) : 90 ºC Contracción : 7 % ESTABILIDAD AL ALMACENAMIENTO 4 meses al abrigo de la luz, temperatura inferior a 25 ºC y en envase cerrado. OBSERVACIONES GENERALES Esta resina contiene antes de endurecer productos volátiles inflamables, debiendo tomarse las medidas de precaución habituales en estos casos. Para más información consultar la ficha de seguridad del producto. * VISCOSIDAD Y REACTIVIDAD En el moldeo por contacto manual la viscosidad recomendable es: - a 5 rpm: 14 dPa.s - a 50 rpm: 4,5 dPa.s Así mismo, la reactividad recomendada es una reactividad media que sitúa el tiempo de gel entre los 15 a 20 minutos. (5) Inciso en la ficha técnica: - a 5 rpm: 14 dPa.s - a 50 rpm: 4,5 dPa.s - Extracto Seco: 56,5 %

Cuando se habla de Brookfield RV quiere decir que para medir la viscosidad de la resina se va utilizando un viscosiómetro rotacional tipo Brookfield. Se hace necesario indicar el tipo de viscosíometro usado, puesto que dependiendo del tipo de equipo (LV, RV, etc.) conlleva a obtener diferentes valores de viscosidad sobre la misma muestra. El valor de la viscosidad obtenido depende de la RPM usada en la medición y del contenido de sólidos, es decir, a mayor contenido de sólidos mayor será el valor de viscosidad obtenido. Por este motivo es conveniente indicar la concentración a la cual se lleva a cabo la medición de viscosidad. Esta es la misma razón por la que también se debe indicar si la evaluación se realiza en base seca o en base húmeda. La viscosidad es inversamente proporcional a la temperatura, es decir, a mayor temperatura de medición menor es la viscosidad obtenida. Nuestras mediciones se llevan a cabo a 25 ºC.

Los fabricantes deberán, a través de las etiquetas del producto o la ficha técnica del mismo, dar esas mismas especificaciones que hemos visto en el ejemplo anterior. En la resina sin catalizar se calcula una vida media de 6 meses aproximadamente. El tiempo de almacenamiento será suministrado por el fabricante. Hay que tener en cuenta que la ausencia de cualquier tipo de acelerador aumenta su período de almacenamiento si el tipo de resina, como hemos hablado antes, es del tipo isoftálico ó ortoftálico. En la mayoría de tiendas de efectos navales se pueden conseguir resinas y sobre todo en aquellos proveedores de la industria, que por norma general se relacionan con el nombre de Composites. Una forma de conseguir un buen comercial, sobre todo si se necesita comprar en grandes cantidades, es utilizar los mismos proveedores que utilizan los astilleros. Una vez yo, que no encontraba ninguno que me convenciera, así lo hice y de una forma un tanto particular sólo tuve que acercarme a uno de los astilleros que más cerca se encontraba y que trabajaban con plásticos. Me dediqué a ojear los envases de botes y bidones desechables que arrinconan siempre en alguna zona para deshacerse de ellos y fijarme en las etiquetas. El resto es fácil, porque normalmente suele llevar el nombre del comercio que le sirve e incluso dirección y algún que otro teléfono. Es necesario comprobar que la resina que se compra tiene las especificaciones exactas para las condiciones de trabajo de lo que queremos hacer y si está indicada para el procedimiento de construcción y la composición química del mat o tejido* que vamos a utilizar. * Mat: es una tela no tejida fabricada a partir de hilos cortados de fibra, distribuidos al azar y unidos por un ligante. * Tejido: telas de fibra tejidas. Por entrecruzamiento de los hilos de fibra a lo largo y a lo ancho, cruzándose ambas fibras en el ligamento.

PROPIEDADES DE POLIMERIZACIÓN

LA

RESINA

EN

ESTADO

SÓLIDO

O

Tenemos que tener en cuenta varias propiedades una buena resistencia a la flexión, a la tracción, a la comprensión, al impacto y a la dureza. No exponiéndose a fuentes de calor mayores a los 85º C no deben presentar problemas de distorsión. Esto quiere decir que las propiedades de los PRFV son muy parecidas a otros materiales como la madera y el aluminio e incluso que

los laminados de PRFV tienen mayores prestaciones sobre algunos de ellos. GEL-COAT Se trata de pintura en base a resinas poliéster pigmentadas y con cargas, que aportan propiedades como elasticidad, dureza, resistencia a la luz y al calor. El Gel-coat endurece químicamente por la acción de un reactivo (catalizador) que inicia la transformación de la resina del estado líquido a la consistencia de un gel en los primeros minutos, pasando al estado sólido al cabo de un cierto tiempo. Se emplean en las superficies externas de todas las embarcaciones de fibra de vidrio construidas en molde. Esta aplicación tiene la característica de proporcionar color y brillo, consiguiendo un aspecto suave y atractivo a la última capa, acabado característico de estas embarcaciones. Por lo general los gel-coat utilizados en la construcción naval utilizan resinas del tipo isoftálico, que son mucho más resistentes al agua. Otra de las características importantes de los Gel-coat es su tixotropicidad. Cuando se utiliza top-coat no es otra cosa que gel-coat parafinado con el fin de que polimicen totalmente la superficie. Esto es debido a que la parafina forma una fina película exterior y que aísla la superficie de contacto con el aire , lo que permite al gel-coat secar totalmente. Cuando queremos volver a colocar otra capa de gelcoat o realizar un laminado sobre la misma deberemos de lijarla o tratarla previamente con algún producto que la haga desaparecer, ya que sobre la parafina no hay buena adherencia. Si tuviéramos que realizar nosotros mismos la mezcla de gel-coat y parafina para conseguir el top-coat añadiremos una solución de parafina al 2 ó 3%. Por lo general esta se puede comprar ya preparada. El gel-coat se puede aplicar directamente con brocha o rodillo. Si se quiere utilizar a pistola o soplete debe diluirse con acetona o estireno, procurando no abusar o no utilizar proporciones mayores de un 10% de diluyente para no perjudicar el proceso de un curado adecuado. Otro tipo de gel-coat de interés en la construcción sobre molde es el Gel-coat matricero también llamado negro matricero, fabricado con resinas de muy alta calidad que confieren gran brillo y dureza a las superficies internas de las matrices o moldes con los que queremos

conseguir la fabricación de la pieza de la parte de un barco (casco, cubierta, cabina, etc). Nota: El gel-coat, aunque no se le ponga parafina y, siempre que se haya catalizado y acelerado (esto último casi siempre suele venir incluido en su compra) convenientemente, cura y seca perfectamente. El problema es que sin parafina el proceso de curado en contacto con el aire crea una capa un poco mordiente que siempre se puede quitar con un paño y acetona. El estireno parafinado o parafina que se le aplica al gel-coat (topcoat) produce una acabado mate y tiene el inconveniente como se ha comentado antes de que, si se quiere aplicar alguna otra capa encima, actúa como película antiadherente. Existen en el mercado diversos tipos de gel-coat de tipo standard, sanitario, auto extinguible, anticorrosivo, etc. Que no deben ser confundidos con los que se utilizan en náutica. Igualmente la cantidad de gel-coat utilizar, debe ser tal que se consiga un espesor de capa de entre los 0,3 y 0,8 mm. A veces si son dos capas las que se les da a un molde debemos dar una de gel-coat y otra más con un mayor grosor donde se coloca una capa llamada Velo de Superficie para evitar que se escurra, aunque los gel-coat son altamente tixotrópicos. Y por supuesto hay que entender que cualquier capa de gel-coat debe ser echada de una manera uniforme, para conseguir una protección eficaz.

Para este artículo se han empleado textos y gráficos de: • Construcción de buques de pesca en poliéster reforzado con fibra de Vidrio. Jorge Tejedor Del Valle • Mecánica de motores marinos y construcción de embarcaciones en poliéster. Formación Pesquera. Consejería de Agricultura y Pesca Junta de Andalucía. • Varios autores (Internet)