Compuestos ablativos de matriz polimérica (resina poliéster) reforzada con materiales de desecho industrial y fibra de vidrio

Julián Portocarrero Hermann | Biografía
Escuela Militar de Aviación “Marco Fidel Suarez” (EMAVI)
John Darío Osorio | Biografía
Escuela Militar de Aviación “Marco Fidel Suarez” (EMAVI)
Rafael Andres Robayo-Salazar | Biografía
Escuela Militar de Aviación “Marco Fidel Suarez” (EMAVI)

Resumen

Los materiales ablativos son la base de los sistemas de protección térmica de equipos o elementos recuperables que, en servicio, son expuestos a elevadas temperaturas. Generalmente, estos materiales son de difícil adquisición y alto costo, lo que dificulta su aplicación en países como Colombia. Esta investigación describe la obtención y caracterización de materiales compuestos de tipo ablativo basados en una matriz de resina poliéster reforzada con materiales particulados (60-70 % en peso) y fibra de vidrio corta (5 % en peso). Como particulados, se utilizaron residuos cerámicos y escoria de aluminio finamente molidos (˂75 μm), destacando que ambos materiales son subproductos industriales. Los compuestos desarrollados fueron sometidos al ensayo de llama directa con el fin de evaluar su desempeño ablativo. De esta manera, se simularon las condiciones térmicas (1.600-2.000 °C) a las cuales se expone la tobera de un cohete de órbita baja (tipo sonda). Complementariamente, se evaluó el efecto del ensayo ablativo sobre el nivel de agrietamiento y erosión (pérdida de peso) de los compuestos desarrollados. Como medida indirecta del desempeño mecánico residual de los compuestos, fue determinada la dureza de la zona térmicamente afectada. Los resultados obtenidos son considerados de suma importancia para la producción de sistemas de protección térmica o componentes de propulsión con materias primas de fácil adquisición y bajo costo en Colombia.

Referencias

  1. [1] NASA. “Sistema y materiales de protección termica (TPS),” Centro de Investigación Ames, [En línea]. Disponible: https://www.nasa.gov/centers/ames/spanish/research/humaninspace/humansinspace-thermalprotec.html, 2008.
  2. [2] J. Maldonado Villa, J. Portocarrero Hermann, C. Rodríguez Adaime, J. J. Valbuena Cocunubo y M. E. Acuña Lizarazo, “Evaluación del comportamiento térmico de materiales compuestos de matriz polimérica en prototipos de toberas para cohetes de órbita baja,” Rev. Cient. Gen. José María Córdova, vol. 12, n.º 13, pp. 275-290, 2014. doi: https://doi.org/10.21830/19006586.163
  3. [3] J. Maldonado Villa, J. Portocarrero Hermann, E. Quitian Barrios, J. Alarcón Orduz y W. David Boada, “Desarrollo de toberas de cohete en material ablativo de matriz polimérica reforzada estructuralmente con fibras de vidrio y carbono,” en 71o Congresso Anual da ABM-Internacional e ao 16o Enemet - Encontro Nacional de Estudantes de Engenharia Metalúrgica, de Materiais e de Minas, pp. 984-995, 2016.
  4. [4] P. J. Astola, M. A. Rodríguez, F. J. Botana y L. González-Rovira, “Caracterización de elementos de protección térmica de materiales compuestos mediante análisis térmicos,” Rev. la Asoc. Española Mater. Compuestos, vol. 2, n.º 4, pp. 34-41, 2017.
  5. [5] M. Natali, J. M. Kenny y L. Torre, “Science and technology of polymeric ablative materials for thermal protection systems and propulsion devices : A review,” Prog. Mater. Sci., vol. 84, pp. 192-275, 2016. doi: https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2016.08.003
  6. [6] E. S. Rodríguez, “Desarrollo de materiales compuestos avanzados basados en fibras de carbono para la industria aeroespacial,” An. la Acad. Nac. Ciencias Exactas, Fis. y Nat., vol. 64, pp. 1-6, 2012.
  7. [7] M. L. Aranzazu Rios, V. P. Muñoz Cárdenas, M. J. Giraldo, Cárdenas, G. H. Gaviria y F. A. González Rojas, “Modelos cinéticos de degradación térmica de polímeros: una revision,” Rev. Ing. Univ. Medellin, vol. 12, n.º 23, pp. 113-130, 2013. doi: https://doi.org/10.22395/rium.v12n23a9
  8. [8] A. Krzyzak, W. Kucharczyk, J. Gaska y R. Szczepaniak, “Ablative test of composites with epoxy resin and expanded perlite,” Compos. Struct., vol. 202, , pp. 978-987, 2018. doi:10.1016/j.compstruct.2018.05.018
  9. [9] L. Asaro, L. B. Manfredi, S. Pellice, R. Procaccini y E. S. Rodriguez, “Innovative ablative fire resistant composites based on phenolic resins modified with mesoporous silica particles,” Polym. Degrad. Stab., vol. 144, pp. 7-16, 2017. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2017.07.023
  10. [10] D. Quiñonez, Y. Lizcano, C. Vaquez, J. Maldonado y J. Portocarrero, “Construcción y evaluación de una tobera a escala menor basada en material compuesto para cohetes de órbita baja,” Rev. inge@UAN, vol. 2, n.º 4, pp. 13-21, 2012.
  11. [11] W. Kucharczyk, D. Dusiński, W. Żurowski y R. Gumiński, “Effect of composition on ablative properties of epoxy composites modified with expanded perlite,” Compos. Struct., vol. 183, pp. 654-662, 2018. doi: 10.1016/j.compstruct.2017.08.047
  12. [12] G. Pulci, L. Paglia, V. Genova, C. Bartuli, T. Valente y F. Marra, “Low density ablative materials modified by nanoparticles addition: Manufacturing and characterization,” Compos. Part A Appl. Sci. Manuf., vol. 109, pp. 330-337, 2018. doi: 10.1016/j.compositesa.2018.03.025
  13. [13] L. Mohan Kumar, K. M. Usha, E. N. Anandapadmanabhan, and P. Chakravarthy, “Effect of fibre orientation on the properties and functional performance of ablative materials for solid rocket motors,” Trans. Indian Inst. Met., vol. 70, n.º 9, pp. 2407-2413, 2017. doi: https://doi.org/10.1007/s12666-017-1102-1
  14. [14] ASTM International, “ASTM E285, Standard test method for oxyacetylene ablation testing of thermal insulation materials,” 2015.
  15. [15] ASTM International, “ASTM 2583, Standard test method for indentation hardness of rigid plastics by means of a barcol impressor,” 2013.
  16. [16] G. P. Suton y O. Biblarz, Rocket Propulsion Elements, 8th ed. New Jersey: John Wiley & Sons, INC., 2010, 786 p.
Cómo citar
Portocarrero Hermann, J., Osorio, J. D., & Robayo-Salazar, R. A. (2019). Compuestos ablativos de matriz polimérica (resina poliéster) reforzada con materiales de desecho industrial y fibra de vidrio. Revista Ingenierías Universidad De Medellín, 19(36), 223-237. https://doi.org/10.22395/rium.v19n36a11

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