1º informe ejecuciÓn investigaciÓn y desarrollo...
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1º INFORME EJECUCIÓN
INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE UN
COMPOSITE ESTRUCTURAL FORMADO POR UNA
LÁMINA TEXTIL Y OTRA DE MADERA
Grupo de Investigación de Biotecnología
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ÍNDICE DE CONTENIDOS
I. OBJETIVO ..................................................................................................... 3
II. ESTRUCTURA DEL COMPOSITE ESTRUCTURAL .................................... 4
1. Tejido .................................................................................................................................... 4
2. Adhesivo ............................................................................................................................... 6
3. Madera .................................................................................................................................. 9
III. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL .......................................................... 11
1. Funcionalización del tejido ............................................................................................... 12
2. Adhesivado y mecanizado ................................................................................................ 13
3. Barnizado ........................................................................................................................... 15
IV. RESULTADOS ............................................................................................. 16
V. CONCLUSIONES ........................................................................................ 19
VI. PRÓXIMAS TAREAS .................................................................................. 20
VII. FIGURAS ..................................................................................................... 21
VIII. TABLAS ....................................................................................................... 22
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I. OBJETIVO
Tal y como se presentó en la propuesta de proyecto, el objetivo se basa en la
investigación y posterior desarrollo de un composite estructural formado por una lámina
textil y otra de madera unidas por un adhesivo. La lámina de madera estará mecanizada
en piezas triangulares para que, al adhesivarla al tejido, la totalidad de la estructura tenga
cierta movilidad.
Las tareas de investigación a llevar a cabo, se basan en la evaluación de los composites
obtenidos con adhesivos de diferente naturaleza y con tejidos técnicos en original y con
tratamientos oleófobos.
Los resultados presentados en este informe son preliminares y sirven para centrar la
investigación y seleccionar los mejores adhesivos y tejidos para la obtención del
composite objeto del presente proyecto.
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II. ESTRUCTURA DEL COMPOSITE
ESTRUCTURAL
El composite a obtener estará constituido por los siguientes materiales:
Figura 1. Composite estructural madera-tejido
1. Tejido
El tejido empleado para la obtención del composite es un tejido técnico de la casa
comercial IBQ referenciado como INUIT.
La gran comodidad que proporciona es consecuencia de la singularidad de sus fibras
que, con sección transversal de 6 canales tiene más de superficie que las fibras redondas
tradicionales, acelera la expulsión del sudor corporal fuera de la prenda, facilitando su
evaporación. La disposición especial de estas fibras, combinadas con Lycra®, confieren
al tejido una elasticidad multidireccional.
No es higroscópico, transporta mayor humedad líquida que otros tejidos, naturales o
sintéticos.
Excelente elasticidad.
Previene el recalentamiento.
Es suave, cómodo y de poco peso.
Protege del frío y de la humedad.
Resiste el encogimiento y conserva su forma.
Repele los olores y el enmohecimiento.
Atractivo aspecto duradero.
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Figura 2. Ficha técnica tejido INUIT
Precio: 12,77 €/m
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2. Adhesivo
El adhesivo es un material no-metálico el cual es capaz de unir 2 sustratos mediante los
mecanismos de adhesión (desarrollados entre el adhesivo y el sustrato) y los
mecanismos de cohesión (desarrollados en el interior del propio adhesivo).
Tal y como expone la definición anterior, un adhesivo es un material no metálico,
generalmente son materiales compuestos por polímeros orgánicos que se encuentran en
un estado líquido cuando se aplican y se transforman en un estado sólido tras su
posterior curado o endurecimiento.
El siguiente esquema se encuentra en cualquier unión adhesiva:
Figura 3. Esquema unión adhesiva
Atendiendo a la figura anterior y a la definición de adhesivo, se necesita definir 3
conceptos importantes:
Sustrato o adherente: Corresponde al material que se pretende adhesivar o unir,
por ejemplo:
o Adhesivar dos planchas de aluminio. Cada una de las planchas de
aluminio será el sustrato, en este ejemplo tanto el sustrato 1 como el
sustrato 2 son iguales.
o Adhesivar un cristal frente a un marco de aluminio pintado. Se tiene el
sustrato del cristal y el sustrato del aluminio pintado, en este ejemplo el
sustrato 1 es diferente al sustrato 2.
El marco del proyecto se encontraría en este caso, donde el sustrato 1
(tejido) es diferente al sustrato 2 (madera).
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Adhesión: Corresponde a todas las fuerzas o mecanismos que mantiene unido el
adhesivo con cada sustrato, el término de adhesión se refiere a todos los
mecanismos o fuerzas situadas en una fina capa (capa límite) que existe entre el
sustrato y el propio adhesivo.
Cohesión: Corresponde a todas las fuerzas o mecanismos que mantiene unido el
propio adhesivo.
Las pruebas realizadas para el adhesivado del tejido a la madera se han realizado con
dos tipos de adhesivos:
Termoplásticos
En base agua
Termoplásticos
Los materiales termoplásticos son aquellos materiales que están formados por
polímeros que se encuentran unidos mediante fuerzas intermoleculares o fuerzas de Van
der Waals, formando estructuras lineales o ramificadas.
En función del grado de las fuerzas intermoleculares que se producen entre las cadenas
poliméricas, éstas pueden adoptar dos tipos diferentes de estructuras, estructuras
amorfas o estructuras cristalinas, siendo posible la existencia de ambas estructuras en un
mismo material termoplástico.
Estructura amorfa - Las cadenas poliméricas adquieren una estructura liada,
semejante a la de un ovillo de hilos desordenados, dicha estructura amorfa es la
responsable directa de las propiedades elásticas de los materiales termoplásticos.
Estructura cristalina - Las cadenas poliméricas adquieren una estructura ordenada
y compacta, se pueden distinguir principalmente estructuras con forma lamelar y
con forma micelar. Dicha estructura cristalina es la responsable directa de las
propiedades mecánicas de resistencia frentes a esfuerzos o cargas así como la
resistencia a las temperaturas de los materiales termoplásticos.
Si el material termoplástico dispone de una alta concentración de polímeros con
estructuras amorfas, dicho material tendrá una pobre resistencia frente a cargas pero una
excelente elasticidad, si por el contrario el material termoplástico dispone de una alta
concentración de polímeros con una estructura cristalina, el material será muy resistente
y fuerte incluso superior a los materiales termoestables, pero con poca elasticidad
aportándole la característica de fragilidad en dichos materiales.
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Figura 4. De izqda. a dcha. Estructura amorfa termoplástico y Estructuras cristalinas termoplástico
(micelar y lamelar)
En base agua
Este tipo de adhesivos requiere que, al menos, unos de los soportes sea poroso (papel
y/o cartón) para que, a través del mismo, ocurra la eliminación del agua de constitución
del adhesivo.
Su naturaleza química suele responder a dispersiones de resinas sintéticas (nitrili,
acetato de polivinilo) o naturales (derivados del almidón) que por pérdida del vehículo
(agua), se aglutinan y desarrollan una gran fuerza de unión. El más importante es el PVA
(acetato de polivinilo), se aplica como una dispersión acuosa y polimeriza posteriormente
por calentamiento en presencia de un catalizador. Las características de estos adhesivos
es que no son tóxicos, que no tienen ni olor, ni sabor, ni color, que no son afectados por
la luz solar, que son neutros, que no son corrosivos y que tienen una buena estabilidad al
calor por debajo de los 100ºC.
La fuerza de unión está en función del tipo de adhesivo aplicado, tratamiento previo de
las superficies a unir (tensión superficial), calidad y acabado substrato (rugoso o liso),
presión aplicada en el momento de la unión.
Dada la limitación de este tipo de adhesivos a poder ser utilizados únicamente cuando
uno de los soportes es poroso, se desarrollaron los sistemas de laminación con
adhesivos en fase solvente y sin solvente.
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3. Madera
La madera empleada para la formación del composite es de NOGAL y ha sido
suministrada por la empresa BOSQUES NATURALES.
La madera de nogal es uno de los tipos de madera más comunes y conocidas, muy
cotizadas para el diseño de interiores por sus características estéticas, su gran acabado y
su facilidad de tratamiento. También es la madera de elección preferida para
muchos carpinteros porque a pesar su dureza, es excepcionalmente fácil de usar. Hay 20
especies de nogal, cada uno con sus propias características individuales.
Posee una dureza comparable a la del roble, pero fácil de trabajar. Posee una alta
estabilidad dimensional. Es menos sensible a la variación del calor y de la humedad que
muchas otras maderas.
Características de la madera de nogal
Su color característico, entre rojizo y color café oscuro, la hacen inconfundible. El
color varía de especie a especie. También este se ve afectado por la región donde
el árbol crece. Incluso un solo árbol puede tener una amplia gama de color en la
madera.
Está considerada como una de las más resistentes al paso del tiempo. Su
duramen (madera que encuentra ocupando la porción central del tronco) puede
aguantar largo tiempo incluso en condiciones desfavorables para su conservación.
Permite ser tratado con mucha facilidad tanto con herramientas de mano como
con máquina. Pulida es como mejores acabados muestra, y es muy propicia para
ello. También absorbe muy bien la pintura, aunque tiene un secado algo lento.
En cuanto a la resistencia se considera una madera de densidad media,
construcción fuerte y robusta. Es poco rígida, dúctil, resistente a la pudrición y
tiene una resistencia al impacto y a la flexión en la media del resto de las
maderas. Sus propiedades hacen que el tratamiento y el acabado de la
madera sean casi perfectos, además de ser muy fácil de trabajar y tener un
hermoso veteado.
El nogal es considerado uno de los tipos de madera más valiosos que existen en
la actualidad.
Entre sus usos están la fabricación de muebles y gabinetes, en interiores
arquitectónicos, ebanistería de alta calidad, puertas, duela y paneles. Esta
madera es bien favorable para uso contrastante con maderas de construcción de
colores más claros.
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Las muestras de BOSQUES NATURALES son listones de la madera de Nogal con las
siguientes dimensiones
Figura 5. Dimensiones listones de madera
Y las tonalidades de las muestras suministradas se pueden agrupar en 2:
Figura 6. Izqda. Madera oscura. Dcha. Macera clara
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III. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
En el presente documento se exponen las pruebas de adhesivado que se han llevado a
cabo para la obtención del composite compuesto por las láminas de madera de NOGAL y
el substrato textil.
Las pruebas se han realizado empleando las dos tonalidades del Nogal (claro y oscuro) y
los dos adhesivos estudiados (en base agua y termoplástico).
A continuación se expone la batería de pruebas realizadas:
TEJIDO TRATAMIENTO
OLEÓFOBO
ADHESIVO EN
BASE AGUA
ADHESIVO
TERMOPLÁSTICO
MADERA NOGAL
COLOR CLARO
MADERA NOGAL
COLOR OSCURO
INUIT
---
X --- X --
X --- --- X
-- X X ---
-- X --- X
Sobre cara vista
del tejido
X --- X --
X --- --- X
-- X X ---
-- X --- X
Sobre cara no
vista del tejido
X --- X --
X --- --- X
-- X X ---
-- X --- X
Tabla 1. Batería experimental
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1. Funcionalización del tejido
Las pruebas se han realizado con el tejido INUIT según se especifica a continuación:
1. TEJIDO INUIT EN ESTADO ORIGINAL: El tejido no ha sido sometido a ningún
tratamiento oleófobo.
2. TEJIDO INUIT CON TRATAMIENTO OLEÓFOBO EN UNA CARA (A):
Tratamiento oleófobo del tejido a una cara (A)
Funcionalización por sprayado: se obtienen recubrimientos muy finos, con
independencia de las irregularidades del substrato. El uso más extendido
de esta tecnología de acabado textil -siendo muy minoritaria frente otras
como el recubrimiento por rasqueta o la inmersión/fulardado)- es para
dotar de funcionalidad a los tejidos. Debe tenerse en cuenta que el
acabado es superficial y a una sola cara del substrato textil.
El producto empleado ha sido el REPELLANT FT en una concentración de
60g/l. El tejido se ha termofijado durante 30s a 170ºC.
3. TEJIDO INUIT CON TRATAMIENTO OLEÓFOBO EN LAS DOS CARAS:
Tratamiento oleófobo del tejido a dos caras
Funcionalización por foulardado: técnica consistente en impregnar un textil
en una solución química y escurrirlo posteriormente por presión entre
cilindros. El producto funcional queda aprisionado entre el textil,
escurriéndose el líquido que lo contenía.
El producto empleado ha sido el REPELLANT FT en una concentración de
60g/l. El foulard ha ejercido una presión de 0.95 Kg/cm2 (Psi) a una
velocidad de 10.6 rpm.
El tejido se ha termofijado durante 30s a 170ºC.
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2. Adhesivado y mecanizado
Primeramente fueron cortados diferentes cuadrados de cada uno de los tres tejidos a un
tamaño de aproximadamente 20 cm por lado, observando el ángulo de la trama a la hora
de efectuar el corte para disponer de todas las capas necesarias según la planificación de
muestras expuesta.
A continuación se cortaron cuadrados de cada una de las maderas a un tamaño de 10x10
cm, para pegar 4 cuadrados sobre cada tejido.
La preparación de las distintas planchas de composites se ha llevado a cabo mediante 2
procedimientos distintos:
ADHESIVO TERMOPLÁSTICO.
Se ha depositado una capa de adhesivo termoplástico (EVA 443 Alcudia Repsol) y
mediante termocompresión con prensa de platos calientes se ha producido la adhesión.
La prensa utilizada ha sido una prensa Robima de 10Tn (Robima S.A., Valencia, España)
con un sistema de control de temperatura de DUPRA (DUPRA S.A, Castalla, Alicante).
TEMPERATURA T. CALENTAMIENTO T. ENFRIADO PRESION (TN)
90 2 5 8
Figura 7. Prensa de platos calientes
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ADHESIVO BASE AGUA
Se ha utilizado como adhesivo base agua una cola blanca de carpintero para madera. Se
ha aplicado sobre la superficie de la madera, y se ha dejado secar durante 5 minutos
antes de adherir el tejido. Se ha ejercido presión con una prensa manual, aplicando 0,5
Toneladas.
Figura 8. Adhesivo base agua empleado
Se ha observado un efecto indeseado en la aplicación del adhesivo. La humedad del
mismo provoca que la madera se deforme adquiriendo una forma curva. Con aplicación
de presión, la madera vuelve a su forma plana, pero al eliminar la presión, vuelve a la
forma curva.
Figura 9. Curvado por humedad con la aplicación del adhesivo base agua
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3. Barnizado
Posteriormente sobre los composites de madera-tejido con adhesivo termoplástico y con
los adhesivos en base agua se ha aplicado aceite de linaza sobre la madera, para
observar si el aceite penetra en el tejido y mancha la cara inferior.
Figura 10. Aplicación del aceite sobre la madera
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IV. RESULTADOS A continuación se muestran las imágenes de los composites obtenidos:
TE
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TIC
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MADERA OSCURA
MADERA CLARA
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E A
GU
A MADERA OSCURA
MADERA CLARA
Tabla 2. Muestras de composite con el tejido INUIT sin tratamiento oleófobo
A↑
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A↑
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17
TE
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O MADERA OSCURA
MADERA CLARA
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GU
A
MADERA OSCURA
MADERA CLARA
Tabla 3. Muestras de composite con el tejido INUIT con tratamiento oleófobo en una cara (A)
A↑
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A↑
A↑
18
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TIC
O MADERA OSCURA
MADERA CLARA
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A
MADERA OSCURA
MADERA CLARA
Tabla 4. Muestras de composite con el tejido INUIT con tratamiento oleófobo a ambas caras
A↑
A↑
A↑
A↑
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V. CONCLUSIONES
TEJIDO ORIGINAL:
No se aprecian diferencias sustanciales entre la adhesión con adhesivo
termoplástico y la adhesión con adhesivo base agua.
De la misma forma, tampoco se aprecian diferencias de adhesión con el tejido
entre las piezas de madera clara y madera oscura.
Buena adhesión tanto en adhesivo termoplástico como en adhesivo en base agua.
Tras el barnizado, las manchas de aceite en la cara vista del tejido son muy
evidentes, teniendo un aspecto estético no deseable.
TEJIDO OLEÓFOBO A UNA CARA (A):
No se aprecian diferencias sustanciales entre la adhesión con adhesivo
termoplástico y la adhesión con adhesivo base agua, siendo aceptable en ambos
casos.
De la misma forma, tampoco se aprecian diferencias de adhesión con el tejido
entre las piezas de madera clara y madera oscura.
La cara oleófoba (A) no queda manchada de aceite tras el barnizado
la parte posterior del tejido, La adhesión es aceptable tanto con adhesivo
termoplástico como con adhesivo base agua, no se despega con facilidad,
TEJIDO OLEÓFOBO A DOS CARAS:
No se aprecian diferencias sustanciales entre la adhesión con adhesivo
termoplástico y la adhesión con adhesivo base agua, siendo aceptable en ambos
casos.
De la misma forma, tampoco se aprecian diferencias de adhesión con el tejido
entre las piezas de madera clara y madera oscura.
Con el tratamiento oleófobo en las dos caras del tejido, se observa que al barnizar
el composite, la cara vista no queda manchada. Sin embargo, en la cara del tejido
que se adhiere a la madera, debido a la naturaleza oleófoba, se pierde efectividad
en la adhesión, despegándose con gran facilidad, tanto con adhesivo base agua,
como con adhesivo termoplástico.
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VI. PRÓXIMAS TAREAS
Ante los resultados obtenidos, las próximas tareas a realizar se llevarán a cabo con el
tejido INUIT funcionalizado a una cara (con tratamiento oleófobo) descartándose el uso
del tejido INUIT en estado original y con el tratamiento oleófobo a ambas caras.
Actualmente se están investigando nuevos adhesivos termoplásticos para la optimización
del adhesivado entre los listones de madera y el tejido.
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VII. FIGURAS
Figura 1. Composite estructural madera-tejido...................................................................4
Figura 2. Ficha técnica tejido INUIT ...................................................................................5
Figura 3. Esquema unión adhesiva ....................................................................................6
Figura 4. De izqda. a dcha. Estructura amorfa termoplástico y Estructuras cristalinas
termoplástico .....................................................................................................................8
Figura 5. Dimensiones listones de madera ...................................................................... 10
Figura 6. Izqda. Madera oscura. Dcha. Macera clara ....................................................... 10
Figura 7. Prensa de platos calientes ................................................................................ 13
Figura 8. Adhesivo base agua empleado ......................................................................... 14
Figura 9. Curvado por humedad con la aplicación del adhesivo base agua ..................... 14
Figura 10. Aplicación del aceite sobre la madera ............................................................. 15
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VIII. TABLAS
Tabla 1. Batería experimental .......................................................................................... 11
Tabla 2. Muestras de composite con el tejido INUIT sin tratamiento oleófobo.................. 16
Tabla 3. Muestras de composite con el tejido INUIT con tratamiento oleófobo en una cara
(A) .................................................................................................................................... 17
Tabla 4. Muestras de composite con el tejido INUIT con tratamiento oleófobo a ambas
caras ................................................................................................................................ 18