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Agosto de 2007 Página 1 de 2

Las fibras naturales en los materiales plásticos compuestos

Ing. Ricardo A. Forero R.

Además de la madera, otras fibras naturales se utilizan en compuestos plásticos para una gran variedad de aplicaciones. Vea algunos conceptos básicos.

Las fibras naturales se han utilizado y aún se utilizan, por lo general, en una gran variedad de aplicaciones. Sus principales usos son productos desechables o duraderos, de tipo estructural y de refuerzo o de relleno, los cuales se pueden agrupar de la siguiente manera:

  • Hilos y textiles
  • Utensilios
  • Cuerdas, bramantes y redes de pesca
  • Telas no tejidas y tejidas
  • Productos de papel y cartón
  • Embalajes
  • Materiales para la construcción
  • Geotextiles
  • Compuestos

Productos como tapetes, redes, recipientes para grano, sombreros, mantas, vestuario, cuerdas, cestas y costales, entre otros, han sido fabricados tradicionalmente con fibras naturales. Sin embargo, con la aparición de los materiales sintéticos se vieron amenazados al punto que en muchos sectores fueron desplazados por fibras de nylon, PP, PEAD, entre otros materiales, o incluso por nuevas tecnologías de fabricación.

Ahora bien, bajo ideas relacionadas con la "crisis del petróleo", el "desarrollo sostenible", los "productos verdes" y la "reducción del gasto energético", se retomó la investigación de los materiales compuestos, que permiten fabricar productos con materiales más eficientes en su relación peso-costo y con propiedades mecánicas óptimas.

¿Qué es un material compuesto?
Un material compuesto es aquel sistema constituido por dos o más materiales individuales, que son denominados fases en una escala macroscópica. Los materiales individuales que hacen parte del compuesto tienen propiedades físicas y mecánicas independientes, pero que se acoplan para tomar las mejores de cada uno, en pro del producto.

En un compuesto, se encuentra una fase discontinua encargada de garantizar la resistencia a la tensión del compuesto, denominada refuerzo; y una fase continua encargada de aportar la rigidez que se requiere para el producto en servicio, denominada matriz.

Como tal, los materiales compuestos pueden contar con una matriz polimérica, metálica o cerámica, acompañada por el material de refuerzo que puede ser del tipo relleno particulado (principalmente sin una longitud preferente), de tipo fibras discontinuas o whiskers (en caso de tener una o dos longitudes -fibras u hojuelas como aserrín-), o finalmente pueden ser fibras largas (tejidas o no tejidas).

De acuerdo con el tipo de orientación que se les induzca a las fibras (predeterminada o por el proceso), esto va a incidir en las propiedades del compuesto permitiendo que este se comporte de manera isotrópica o anisotrópicamente, lo cual se debe tener en cuenta durante el diseño del producto, la selección del material compuesto y el proceso a utilizar.

Los materiales compuestos matriz polímero "PMC" (por sus siglas en inglés Polymer-Matrix Composites), como se observa en la Tabla 1, pueden tener como material de matriz un termoplástico, un termoestable e incluso un elastómero, y como material de refuerzo podemos encontrar fibras de origen natural, las cuales se dividen en fibras de origen animal (como la seda) y vegetal (que pueden provenir de semillas, hojas o cortezas) y fibras de origen sintético (fibras de vidrio, carbono, boro, aramida, etc.).

Tendencia del mercado
La industria plástica ha consumido tradicionalmente talco, carbonato de calcio, mica y fibra de vidrio o de carbono para modificar las propiedades de los polímeros. Cerca de 2,5 billones de kg de fibra y de refuerzo son usados anualmente.

Pese a que las fibras naturales como el kenaf, el lino y el bonote del coco, entre otras, son materiales de fuentes renovables, de menor costo, menor densidad, menor peso y menos abrasivas para el proceso, las industrias del sector estaban pocos dispuestas a usarlas como material de refuerzo, tanto para termoplásticos como para termoestables, debido a su baja estabilidad térmica y a su tendencia a absorber la humedad del ambiente.

La humedad es una variable crítica en la industria del plástico, cuyo valor entre 1% y 2% es alto, principalmente porque los polímeros son materiales hidrofóbicos y las fibras naturales son de tipo hidrofílico y captan la humedad del ambiente rápidamente. Por otra parte, el manejo de materiales particulados de fibras naturales completamente secos representa un riesgo de incendio en su manipulación y almacenamiento, lo que conlleva que las condiciones de manejo deben ser bien controladas.

Sin embargo, el uso de materiales compuestos se ha visto fuertemente impulsado por el interés de conservar recursos no renovables y utilizar materiales de desecho de otros procesos, como es el caso del aserrín de la madera. Precisamente, alrededor de los años ochenta, en Europa y Estados Unidos se desarrollaron varias investigaciones sobre mezclas, aditivos y equipos para la manufactura de productos con materiales compuestos, reforzados con fibras naturales.

Acerca del autor

Ing. Ricardo A. Forero R.

Ingeniero Mecánico, materiales y procesos de la Universidad Nacional de Colombia. Miembro del grupo de investigación de procesos químicos y bioquímicos del Departamento de Ingeniería Química y de los grupos AFIS y DIMM.
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T/N
24 de julio de 2018 a las 19:21

KIM NAMJOON , KIM SEOK JIN , MIN YOONGI , JUNG HO SEOK , PARK JIMIN , KIM TAE HYUNG , JEON JUN KOOK ... BTS!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

manuel
20 de mayo de 2018 a las 18:24

Pregunto, procesar la pepa de algodon obtendriamos envases saludables.

miguel
17 de marzo de 2017 a las 14:28

Buen día, quisiero saber si en Colombia se comercializa algun tipo de tejido de origen natural quer sirva como refuerzo para la resina poliéster.


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