Este artículo es la continuación del anterior artículo (Composite: Ventajas de la madera)
Ventajas de la madera
Las ventajas de utilizar fibras de madera como elemento de refuerzo para estos compuestos parten del hecho de que son ligeras, resistentes a los daños, no corrosivas y menos abrasivas para el equipo de procesamiento.
Sección de varias piezas hechas con polímero de madera.
Debido a la baja densidad de las fibras vegetales, un producto reforzado con éstas será siempre más voluminoso que el reforzado con la misma cantidad de fibra de vidrio. Cuando buscamos un producto con una alta dureza en lugar de una alta resistencia a la tensión, un producto más grueso puede tender a ser más rigido aún manteniendo las propiedades de resistencia al estrés dentro de un rango aceptable.
El rendimiento global de cualquier polímero reforzado con fibra de madera depende en gran medida de la estructura de la fibra. La superficie de la fibra de madera es bastante irregular, lo que mejora, en principio el enlace del compuesto con el relleno.
Además, la alta resistencia específica y sus módulos, el bajo costo y la disponibilidad en la mayoría de las regiones geográficas hacen que las fibras de madera sean aún más viables como relleno. La principal ventaja mecánica de los compuestos con madera es su capacidad de absorber una tremenda cantidad de energía en una fractura por impacto.
Esta mayor resistencia es debida al tipo de fractura compleja que se produce en las fibras naturales en comparación con el vidrio o compuestos de fibra de carbono reforzados.
La estructura propia de las fibras de origen biológico introduce además dos propiedades muy deseables desde el punto de vista de la seguridad. Raramente muestran fragilidad ya que la interacción entre los subelementos es tal que permite una deformación no elástica antes de la fractura. Las fibras naturales pueden combinar tanto una elevada resistencia a la flexión como una gran resistencia a la tracción.
Limitaciones de uso
A pesar de todas las ventajas mencionadas anteriormente, los materiales basados en celulosa se utilizan menos frecuentemente en termoplásticos comunes tales como polietileno (PE), polipropileno (PP), cloruro de polivinilo (PVC) y poliestireno debido a las dificultades asociadas con las interacciones superficiales entre la fibra de madera hidrófila y estos componentes hidrófobos.
Propiedades de uno de los compuestos polimero-madera que ya se están comercializando. (S2)
Dicho comportamiento divergente da como resultado dificultades en la composición de estos materiales, y unas malas propiedades mecánicas del producto final. La unión hidrófilo-hidrofóbico entre la pulpa y el plástico genera una superfície poco eficiente ya que el polímero y la pulpa se segregan en granulos disminuyendo sus capacidades mecánicas.
Los abundantes nodos hidróxilos en las paredes celulares de la madera atraen el agua muy eficientemente, y la absorción resultante causa un hinchamiento anisotrópico. Si esta hinchazón se restringe mecánicamente -encapsulando la fibra en una resina no reactiva al agua- dicha absorción de agua provoca una tensión por hinchamiento.
Si la fibra se expone al agua, las tensiones de hinchamiento pueden causar el fallo de cualquier pieza de resina que utilice fibras naturales como refuerzo.
Diversos estudios científicos revelan que la adhesión y la afinidad química entre la celulosa y un compuesto de polímero puede mejorarse modificando la superfície de la fibra de celulosa mediante el uso de diversos aditivos, por ejemplo incluir una cadena monomérica de vinilo provoca una mejor adhesión del polímero con la fibra de madera.
Para aprovechar al máximo la alta resitencia a la tracción y el bajo peso de las fibras lignocelulósicas como verdaderos elementos de refuerzo en materiales compuestos, es necesario modificar las fibras naturales o el compuesto polimérico para optimizar la transferencia de tensiones, minimizar la concentración de tensiones y maximizar las propiedades mecánicas finales. La calidad del material resultante se mejora con la introducción de enlaces químicos a través del composite inicial o a través de interacciones secundarias.
Base de la estructura de una silla hecha a a partir del polímero-madera.
Las características superficiales de las fibras de celulosa se modifican tratando las fibras con compatibilizadores o agentes de acoplamiento. Después de este tratamiento con compatibilizadores, las propiedades superficiales de la fibra se incrementan hasta un nivel mucho más próximo a la las propiedades superficiales del polimero. Por lo tanto se puede obtener un mayor enlace y adhesión entre los compuestos.
Mercado
La fibra natural como refuerzo para termoplásticos es uno de los tipos de aditivos con mas crecimiento dentro del mercado plástico. Según un estudio reciente de Kline & Company, se estimó que el mercado norteamericano de refuerzos de fibra de madera y agrícola superaba los 150 millones de dólares en el año 2000, con un crecimiento anual promedio superior al 20% en aplicaciones en la industria del motor, y en el 50% en construcciones de vivienda.
Sección de panel Composite usado en construcción.
La principal fuerza de mercado detrás de estos materiales será su bajo coste. Pero la fibra natural puede ofrecer mucho más en términos de ventajas técnicas frente a los compuestos convencionales: buena resistencia específica, mayor rigidez, facilidad de reciclaje y su etiqueta como producto ecológico.
El producto resultante al ser una unión entre polímero y madera y quedar esta última contenida en el interior del plástico, resulta en un material que muy dificilmente va a ser atacado por insectos de la madera (xilófagos), hongos y otras agresiones biológicas propias de la madera.
Esto resulta en un ahorro en el supuesto caso de una rehabilitación de la estructura creada con este material y seguramente la diagnosis de este compuesto con madera será durante mucho tiempo favorable por las propiedades combinadas de ambos materiales.
Aun así, como hemos comentado más arriba, conviene hacer una inspección regular de estructuras creadas con este compuesto, debido a la naturaleza hidrófila de la madera, que podría resultar en una rotura por hinchamiento debilitando las propiedades del compuesto.
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