LAURA TATIANA VELOZA
ANGELA MARCELA PINILLA
INTRODUCCIÓN

El mercado de los productos naturales ha
establecido en las últimas décadas la
aplicación de procedimientos amigables con el
medio ambiente, lo que ha originado el
incremento de las normas de calidad y la
optimización de las prácticas de laboratorio.
Por este motivo, hoy en día países
productores como Colombia se interesan en
investigar sobre el aprovechamiento integral y
sostenible de sus recursos y la generación de
valor agregado, para comercializar sus
productos con las características exigidas,
principalmente por la Unión Europea y los
Estados Unidos.
2. DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS

Un composite (material compuesto), es un sistema integrado por una
mezcla o combinación de dos o más micro o macroconstituyentes que
difieren en forma y composición química y que son esencialmente
insolubles entre si.

Los biocomposites son materiales compuestos en los que una o más
fases pueden ser de origen biológico. Los refuerzos pueden ser fibras
naturales como el algodón, el lino, el cáñamo o fibras procedentes del
reciclado de la madera o del papel o incluso subproductos procedentes
de cultivos agrícolas. Las matrices pueden ser polímeros de origen
renovable como los aceites vegetales o almidones.

Estos componentes pueden ser de dos tipos: los de cohesión y los de
refuerzo. Los componentes de cohesión envuelven y unen los
componentes de refuerzo (o simplemente refuerzos) manteniendo la
rigidez y la posición de éstos. Los refuerzos confieren unas
propiedades físicas al conjunto tal que mejoran las propiedades de
cohesión y rigidez. Así, esta combinación de materiales le da al
compuesto unas propiedades mecánicas notablemente superiores a
las materias primas del que procede.
Las fibras naturales cuentan con una serie de
propiedades que las convierten en una excelente
alternativa para ser utilizadas como refuerzo en
materiales compuestos con matriz polimérica. Estas
fibras se caracterizan por:





Ser un recurso renovable y biodegradable, por lo tanto
su impacto ambiental es bajo.
Tener un costo considerablemente bajo comparado con
otras fibras de ingeniería como el Kevlar o la fibra de
vidrio.
Tener bajo peso.
Tienen buen desempeño como aislante térmico y
acústico.
Presentar alta resistencia a la tensión.

TABLA Nº 1. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE BIOCOMPOSITES

TABLA Nº2. CLASIFICACIÓN DE LOS BIOCOMPOSITES
FIBRAS NATURALES
Las fibras son estructuras unidimensionales, largas y delgadas. Se
doblan con facilidad y su propósito principal es la creación de
tejidos. En la naturaleza, y con la única excepción de la seda, las
fibras tienen una longitud limitada, que puede variar desde 1 mm,
en el caso de los asbestos, hasta los 350 mm de algunas clases de
lanas, y las llamamos fibras discontinuas. Químicamente podemos
fabricar fibras de longitud indefinida, que resultarían similares al
hilo producido en el capullo del gusano de seda y que
denominamos filamentos; estos filamentos son susceptibles de
ser cortados para asemejarse a las fibras naturales (fibra cortada).
 Las fibras naturales son aquellas fibras que como tales se
encuentran en estado natural y que no exigen más que una ligera
adecuación para ser hiladas y utilizadas como materia textil. En
cuanto a su clasificación, cabe hacer una subdivisión según el
reino natural del que proceden: animales, procedentes del reino
animal; vegetales, procedentes del reino vegetal; minerales,
procedentes del reino mineral.

CLASIFICACION DE
LAS FIBRAS
NATURALES
DE ORIGEN VEGETAL (DE SEMILLA)
La fibra
El algodón es casi celulosa pura, con
suavidad y permeabilidad al aire
que lo han hecho la fibra natural
más popular del mundo. El largo de
la fibra varía de 10 a 65 milímetros y
el diámetro de 1 a 22 micras.
Absorbe la humedad rápidamente,
lo
que
hace
la
ropa
De algodón confortable en climas
cálidos, mientras que su alta fuerza
de tracción en soluciones jabonosas
significa que estas son fáciles de
lavar.
DE ORIGEN VEGETAL (DE TALLO)
La fibra
Como el algodón, la fibra delino es un
polímero de celulosa, pero su estructura es
más cristalina haciéndola más fuerte,
rizada y rígida para manejar, y más
fácilmente arrugable. El rango de las fibras
de lino en longitud es de hasta 90 cm y de
un promedio de 12 a 16 micras de
diámetro. Absorben y liberan el agua
rápidamente, haciendo la tela de lino
confortable para vestir en climas cálidos
DE ORIGEN VEGETAL (DE HOJA)
La fibra
Abacá es una fibra de hoja, compuesta por células largas y
delgadas que forman parte de la estructura de soporte de la
hoja. El contenido de lignina está por encima del 15%. El abacá
es valorado por su gran resistencia mecánica, flotabilidad,
resistencia al daño por agua salada, y por el largo de su fibra más de 3 metros. Las mejores clasificaciones delabacá son finas,
brillantes, de un color habano claro y muy fuertes.
(De glándulas Sedosas)
DE ORIGEN ANIMAL
La fibra
Un filamento de seda es un hilo continuo de gran fuerza tensora que mide entre 500 y 1
500metros de longitud, con un diámetro de 10 a 13 micras. En la seda tejida, la estructura
triangular de la fibra actúa como un prisma que refracta la luz, dando al paño de seda su
altamente estimado "brillo natural". Tiene buena absorción, baja conductividad y tiñe
fácilmente.
(De Folículo piloso)
DE ORIGEN ANIMAL
La fibra
La lana tiene un ondulado natural y
patrones de escala que la hacen fácil de
hilar. Las telas hechas de lana tienen
mayor grosor que otros textiles, proveen
mejor aislamiento y son resilientes,
elásticas y durables. El diámetro de la fibra
está entre las 16 micras en
la lana superfina del merino (similar a la
cachemira) a más de 40 micras en lanas de
pelos bastos.
CARACTERÍSTICAS FISICO-QUIMICAS
Los materiales textiles pueden fabricarse a partir de
fibras sueltas, hilos y filamentos tramados y tejidos. A
pesar de la forma precisa del material elaborado por
las mejores maquinas a escala comercial, la
naturaleza de la fibra por si sola determina la clase de
colorante y el proceso de teñido que se le deba de
aplicar.
 Las fibras naturales pueden ser divididas de la
siguiente manera
a) Celulosas: algodón, lino, yute, etc. Todas estas
derivadas de fuentes vegetales y constituidas
principalmente por celulosa, materia estructural de
las plantas.
b) Protéicas: lana, seda y fibras de pelo de animales.

Se puede apreciar que en esta
cadena cada grupo posicional,
se va repitiendo cada dos
unidades. En la estructuración
cristalográfica de la celulosa, la
distancia entre cada dos
grupos aislados es de 10 Å,
distancia que influye sobre la
afinidad de los colorantes
capaces de teñir la celulosa.
De la estructura química de la
celulosa puede deducirse que
es un compuesto hidrofílico,
siendo estas características las
sobresalientes para dictaminar
el comportamiento de los
colorantes directos sobre esta
fibra.
Elaboración de Materiales
Compuestos

1- Conformado por molde de compresión

2- Método de moldeo por transferencia de
resina (RTM)
Figura 2. Esquematización del proceso de RTM

3- Proceso de bobinados de filamentos
Figura 3. Esquematización del proceso de bobinado
de filamentos

4- Proceso continuo de pultrusión
Figura 5. Esquematización del proceso de
pultrusión.

5- Proceso de moldeado laminar de
compuestos (SMC)
Figura 6. Esquematización del proceso SMC.
HISTORIA

Composites en la naturaleza
–La madera
– En la estructura animal
•Dientes
• Cuernos
• Tejido óseo

Hormigón
El hombre y los primeros composites
– Edad antigua:
• El adobe
– Edad moderna:
• El hormigón
• Neumáticos
Adobe
Los orígenes


La base de los materiales compuestos modernos son los polímeros
sintéticos. La baquelita fue el primer polímero completamente
sintético, fabricado por primera vez en 1909. Partiendo de esta
primera invención, es posible en nuestros días adaptar y crear
nuevos polímeros que pueden ser diseñados para funciones
específicas. Se ha desarrollado por ejemplo un tipo de polímeros
que no sufren corrosión. Se pueden diseñar polímeros sintéticos con
propiedades de rigidez o flexibilidad, transparencia u opacidad,
dureza o fragilidad.
Así pues, durante el siglo XX la ciencia de los materiales ha avanzado
con la incorporación de productos sintéticos al mercado industrial.
Estos avances han sido bien aprovechados por sectores
tradicionalmente innovadores como la automoción o la aeronáutica,
pasando muchos de los considerados nuevos materiales a formar
parte de objetos cotidianos de nuestras vidas.
El problema

La historia de la utilización de polímeros y materiales compuestos para la
construcción se inicia de forma muy esporádica y concreta durante la
Segunda Guerra Mundial, cuando se produjo un rápido progreso con la
fabricación de las primeras casetas para equipos de radares electrónicos. Se
utilizó el poliéster reforzado con fibra de vidrio debido a su transparencia
ante las ondas electromagnéticas. A finales de la década de los 40 se continuó
utilizando este material, pero era un material caro. No obstante, el atractivo
del material compuesto por su facilidad para tomar formas complejas en su
moldeado, fue reconocido rápidamente por los diseñadores y a comienzo de
los cincuenta se utilizaba para fabricar láminas translúcidas.
Posible solución

Desde la década de 1990, los composites de fibras naturales se están
convirtiendo en alternativas realistas a composites reforzados con fibra de
vidrio en muchas aplicaciones. Los composites de fibra natural como el
cáñamo de fibra-epoxy, fibra de lino de polipropileno (PP), y la caña china de
fibra-PP son particularmente atractivos en aplicaciones automotrices debido
a su menor costo y densidad.

Los composites de fibra natural también son requeridos
por ofrecer ventajas medioambientales, como una
menor dependencia de las fuentes de energías y material
no renovables, reducción de las emisiones
contaminantes, reducción de las emisiones de gases de
efecto invernadero, mejorar la recuperación de energía,
y el fin de la biodegradabilidad de los componentes de la
vida. Dado que, tener un desempeño ambiental superior
constituye un factor importante del aumento del uso
futuro de composites de fibra natural, se justifica un
amplio análisis en profundidad de los impactos
medioambientales relativos de los composites de fibras
naturales y los composites convencionales, que abarca el
ciclo de vida.
PROPIEDADES
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Se pueden mencionar las siguientes ventajas presentadas por los composites
reforzados con fibras naturales:
Es inalterable a la corrosión en ambientes ácidos o salinos. Es especialmente
recomendable su instalación en depuradoras de aguas residuales, plantas químicas,
puertos y paseos marítimos.
Son hasta 4 veces más ligeros que los perfiles de acero convencional.
Aislante desde el punto de vista térmico, eléctrico y acústico.
Alta resistencia al impacto y la fatiga.
Material homogéneo y poco poroso.
Coeficiente de dilatación inferior al de los perfiles metálicos.
Alta resistente al fuego (utilizando resinas ignífugas).
Rápido mecanizado.
Fácil manipulación.
Permite las construcciones con PRFV de elementos curvados.
Mantenimiento nulo.
Excelente acabado superficial.
Gran variabilidad de formas y colores.
Menor densidad, reducción significativa en el peso.
Menos abrasión (cuidado de herramientas de moldear)
Buena insonorización y aislamiento térmico
Aspectos ecológicos
Las propiedades básicas deseables en una fibra son:

1.- Alto punto de fusión, que la haga apta a tratamientos térmicos, ya sean de tintura o planchado.

2.-Suficiente resistencia y elasticidad.

3.-Tintabilidad, es decir, que se le pueda aplicar color de forma permanente.

4.-Hidrifilidad moderada, que sea confortable al contacto con la piel.
Pero todas estas propiedades dependen del campo de aplicación, así que atendiendo a éste campo
(prendas de vestir), las propiedades más apreciadas son:





Percepción; el tacto, aspecto visual.
Capacidad de protección frente al calor, al frío o al agua.
Fácil cuidado de la prenda.
Confort.
Durabilidad y mantenimiento.


En cambio, cuando se trata de usos más técnicos o industriales, las propiedades más apreciadas en
una fibra son:





Resistencia a la tracción y fatiga.
Resistencia a diferentes agentes.
Durabilidad al uso y mantenimiento.
Protección frente a agentes externos.
ACTUALIDAD
En la actualidad predominan los
polímeros sintéticos o procedentes
del petróleo que pueden ser
termoplásticos
“vírgenes”
o
reciclados como el polietileno, el
polipropileno, el poliestireno, el poli
cloruro de vinilo. Dentro de esta
categoría también se encuentran las
resinas termoestables como las de
poliéster insaturado, las de fenol
formaldehido, los isocianatos y las
epoxi.
 Hoy en día existe un gran interés
comercial por el desarrollo y mejora
de estos productos, no solo por el
agotamiento
de
las
fuentes
petroquímicas sino por una mayor
concienciación medioambiental y
social.


Las fibras naturales se están convirtiendo en una alternativa
de bajo costo, ligero y al parecer ambientalmente mejor a la
fibra de vidrio en los composites. Es probable que los
composites de fibra natural sean ambientalmente superiores
a los composites de fibra de vidrio en la mayoría de los casos
por las siguientes razones: (1) la producción de fibras
naturales tiene menores impactos ambientales en
comparación con la producción de fibra de vidrio, (2) los
composites de fibras naturales tienen un mayor contenido
de fibra para un rendimiento equivalente , reduciendo más
los contaminantes basados en el contenido de polímero, (3)
el peso ligero de los composites de fibras naturales mejora la
eficiencia de combustible y reduce las emisiones en la fase
de utilización del componente, especialmente en
aplicaciones de automóviles, y (4) el final de la vida de
incineración de las fibras naturales da como resultado
energía recuperada y créditos de carbono.
COMPOSICIÓN
Matriz orgánica:
 BIS GMA: bisfenol glicidil metacrilato, tiene un alto peso molecular, es muy
viscoso por lo que es difícil su manipulación, su estructura química tiene
dos enlaces reactivos en ambos extremos de la molécula.
 UDMA: uretano de metacrilato, fue descubierto por Forter y Walkeu en
1974. Se diferencia del anterior en que tiene mejor viscosidad y rigidez y
mayor contracción de polimerización.
 Monómeros: Son partículas de bajo peso molecular, también llamados
controladores de viscosidad.
Relleno inorgánico: En toda resina compuesta la parte orgánica dará las
propiedades negativas y la parte de relleno inorgánico las propiedades
positivas. Los minerales más utilizados en la actualidad para el relleno
inorgánico son: cuarzo, zirconita y los silicatos de aluminio.
Otros componentes: podemos mencionar
 Agentes de unión: son los silanos.
 Iniciadores-activadores: Puede ser por medio de una reacción química
usando peróxido de benzoilo y aminas terciarias o por reacción fotoquímica, por fotopolimerización, usando canforquinona y aminas terciarias.
APLICACIONES
Tratamiento de aguas:
 Torre de lavado de gases
 Escaleras
 Rejas
 Vigas de soporte
 Deflectores sumergidos
 Estructuras
 Tuberías
Industria Química:
Debido a su alta resistencia a la
acción corrosiva de productos
ácidos o alcalinos, se usa para la
fabricación de rejas, tuberías,
plataformas de trabajo, torres de
refrigeración,
escaleras
inclinadas, estructuras, vallas,
estanterías.
Energías alternativas:
•Componentes de las palas de molinos eólicos
•Soportes de placas solares
Mobiliario urbano:
•Farolas
•Señales
•Semáforos
•Barandillas en paseos marìtimos
Obras públicas:
•Torres
•Puentes peatonales
•Pantalanes marinos
•Muelles
•Pontones
Ámbito recreativo:
•Estructuras tiendas de campaña
•Rejas piscina
•Cañas de pescar
•Remos
ASPECTO ECONÓMICO


El sector de los materiales compuestos genera hoy día un volumen
de negocios de 60 mil millones de euros. Con un crecimiento anual
mundial del 5%, podría alcanzar 80 mil millones de euros en 2015.
Las exigencias medioambientales y energéticas, la búsqueda de
materiales cada vez más ligeros y más resistentes favorecen la
emergencia de los materiales compuestos.
El 2010 marca el inicio de una nueva era para los materiales
compuestos de fibra natural. El sector se ha estructurado a lo largo
de la cadena de valor. El perímetro de base constituido por
sociedades pioneras se ha ido concentrando progresivamente. En
el segmento de las materias primas, hemos visto como se han
constituido grupos que dedican presupuestos considerables a la
I+D de las nuevas materias (resinas termoplásticas, fibras de
carbono y vidrio de nueva generación, refuerzos naturales
resultantes del vegetal).
Se trata de materiales de un precio
competitivo en muchas aplicaciones
y que podría tener muchas más si
más
de
los
procesos
de
transformación tuviesen una relación
entre los costes totales y el de los
materiales similares a los que está
consiguiendo
la industria de
plásticos.
 Los composites son válidos hoy en
dos campos concretos; uno en el que
el coste de la transformación tiene
una importancia relativa (artículos
deportivos, aeronáutica, espacio,
armamento) y otro en el que el coste
de transformación es muy bajo: los
moldeados de SMC para la industria
eléctrica.

Perspectivas de Desarrollo

Los compuestos reforzados con fibras naturales; como fibras de
abaca, coco, flax y algodón; en combinación con diferentes
polímeros están siendo utilizados en la industria automotriz. La
firma Daimler Chrysler utiliza dichos materiales compuestos en
27 partes para automóviles, de marca Mercedes Benz, en sillas,
compartimientos y tableros; dicha industria afirma que la
utilización de fibras naturales en materiales compuestos
disminuye el peso, genera comodidad por sus propiedades de
amortiguamiento, establece balance de temperatura, reduce el
consumo de materiales fósiles como carbón, gas natural y
petróleo, y baja en un 60% la energía utilizada en producción
de partes, reduciendo emisiones de dióxido de carbono, lo que
hará que dichos materiales compuestos tengan un gran futuro
en la industria, lo cual ayudara al mejoramiento de los
elementos reforzados con una menor contaminación

Además, la sociedad mundial avanza hacia una economía
"verde", basada en la eficiencia energética, las materias
primas renovables en los productos polímeros, los
procesos industriales que reducen las emisiones de
dióxido de carbono y materiales reciclables que reduzcan
al mínimo los desechos. Las fibras naturales son un
recurso renovable por excelencia. Cosechar una tonelada
de fibra de yute requiere menos de 10% de la energía
utilizada en la producción de polipropileno. Las fibras
naturales tienen emisiones neutrales de dióxido de
carbono. Al procesarlas se crean residuos que puedan ser
utilizados en materiales compuestos para la construcción
de viviendas o para generar electricidad. Y al final de su
ciclo de vida, son 100% biodegradables.

EVALUACION DEL CICLO DE VIDA
La figura. 1. Ciclo de vida de un composite
reforzado con fibra de vidrio
PRFN
Componente de
Producción
La figura. 2. Ciclo de vida de un composite
reforzado con fibra natural
Conductores de un
desempeño ambiental superior

Los estudios existentes comparando el rendimiento del ciclo de vida
medioambiental de los composites reforzados con fibra natural y los
composites reforzados con fibra de vidrio reforzada encontraron que
los composites de fibras naturales son ambientalmente superiores en
las aplicaciones específicas estudiadas. Se propone que
probablemente los composites NFR son ambientalmente superiores a
los composites GFR en la mayoría de las aplicaciones también por las
siguientes razones: (1) la producción de fibras naturales da como
resultado una reducción del impacto ambiental en comparación con
la producción de fibra de vidrio, (2) los composites NFR tienen mayor
contenido de fibra para un rendimiento equivalente, lo que reduce la
cantidad de contaminantes por polímeros base, (3) un menor peso de
los composites NFR mejora la eficiencia de combustible y reduce las
emisiones durante la fase de utilización del componente,
especialmente en aplicaciones de automóviles, y (4) el final de la vida
de fibras naturales por incineración da como resultado energía y
créditos de carbono.

Advertencias:
En primer lugar, el uso de fertilizantes en el cultivo de fibras
naturales da como resultado mayores emisiones de nitratos y
fosfatos, que pueden contribuir al aumento de la eutrofización
cuerpos de agua. Uno puede tener un deterioro en la calidad
del agua local contra el mejoramiento global de la calidad
ambiental. En segundo lugar, la superioridad medioambiental
de los composites NFR puede desaparecer porque los
composites NFR tienen una vida significativamente menor en
comparación a los composites GFR.
 El futuro de los composites de fibra natural parece ser
brillante porque son más baratos, más ligeros y
ambientalmente superior a los composites de fibra de vidrio
en general. Las investigaciones futuras por lo tanto, debe
centrarse en lograr un el mejoramiento equivalente o superior
del desempeño técnico y la vida de los componentes.

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