EARTH, SUN AND WATER BALSA TIERRA, SOL Y AGUA

Transcripción

EARTH, SUN AND WATER
BALSA TIERRA, SOL Y AGUA
This book is not for sale.
You can order the quantity you need for your
friends, employees, technicians or simply for your
library. It will be a pleasure for us to send them
to you.
With this book we also hope to leave a door
open for dialogues, communications and consultations. We kindly invite you to contact us for
more information or for any help you may need.
THANK YOU
Este librito no está a la venta.
Pídanos cuantos necesiten para sus amigos,
empleados, técnicos o simplemente para su biblioteca. Con mucho gusto se lo remitiremos.
Por medio de este librito pretendemos además dejar una puerta abierta al diálogo, a la comunicación y a la consulta. Invitándole a ponerse
en contacto con nosotros para ampliar información o por si en algo podemos ayudarle.
GRACIAS
GENERAL ASPECTS ABOUT BALSA WOOD
AS CORE MATERIAL FOR SANDWICH CONSTRUCTION FRP
GENERALIDADES DE LA MADERA DE BALSA
COMO MATERIAL PARA NÚCLEOS EN LA CONSTRUCCIÓN SÁNDWICH PRFV
Edición: BALSEUROP ECUATO ESPAÑOLA, SL
Polígono Industrial de Melianta
E-17833 Fontcoberta
SPAIN
Tel.: +34 972 57 45 14
Fax: +34 972 58 28 66
e-mail: [email protected]
Textos y traducciones: Xavier Bonet, José Coello,
Hugo Andrade, Anita Haberkom
Maquetación: Studi DF
Impresión: Artes Gráficas Coimoff, SA
Xavier Bonet
Business man and procurement director
Empresario y gestor de aprovisionamientos
Depósito Legal:
©BALSEUROP ECUATO ESPAÑOLA, SL
No se permite la reproducción total o parcial de este libro,
ni el registro en un sistema informático, ni la transmisión
bajo cualquier forma o a través de cualquier medio,
ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia, por grabación
o por otros métodos, sin el permiso previo y por escrito
de los titulares del copyright.
José Coello
Naval Engineer Assessor
Ingeniero Naval Asesor
Hugo Andrade
Forest Engineer
Ingeniero Forestal
Our motivation in publishing this small book is
due to the questions of our customers, technicians,
students, work shop employees and other professionals, who have showed curiosity and interest in
different aspects of balsa wood.
Este librito ha sido motivado por preguntas de
nuestros clientes, técnicos, estudiantes, empleados de
taller y otros profesionales que han mostrado su curiosidad y su interés en diferentes aspectos alrededor de
la madera de balsa.
How balsa wood is obtained, the elaboration
process, application, physical characteristics, application forms, etc.
Su obtención, proceso de elaboración, aplicaciones, características físicas, cálculos, formas de
aplicarla, etc.
These questions were nearly always easy ones,
but on the other hand they had a serious, rigorous
and occasionally a worrying background.
Casi siempre han sido preguntas sencillas, que tenían al mismo tiempo un fondo de seriedad, de rigor y
en ocasiones de preocupación.
In some cases, their information was wrong and
with pleasure we could clarify the doubts.
En algunos casos se da la circunstancia de tener
informaciones erróneas que con mucho gusto hemos
podido aclarar.
This idea, to answer the need for information,
motivated our technical team to make this small
book, which we hope will be useful to those who
use balsa wood and for simple information about
the themes we have been asked.
Con la idea de responder a esta necesidad de
información, nuestro equipo técnico ha tomado con
interés y motivación la redacción de este librito, con el
que pensamos dar un servicio a quienes utilizan esta
madera y también con el propósito de aportar una información sencilla sobre los temas en que hemos sido
preguntados.
DEDICATION AND THANKS
This book is dedicated to all men and women who are working with balsa wood:
Owners and caretakers of land and plantations.
DEDICATORIA Y AGRADECIMIENTOS
Este libro está dedicado a todos los hombres y mujeres que trabajan con la
madera de balsa:
Wood workers who work on the land or plantations.
Propietarios y cuidadores de tierras y plantaciones.
Directors, technicians and employees of the plants, where the first process is done.
Madereros que trabajan sobre el terreno.
Governmental organisations and technicians who supervise the forest management.
Non-governmental organisations, which take care of the correct environmental management of the wood exploitation.
Technicians and employees who do the finishing of the product.
Engineers and naval architects, who design with this wood and the companies, who use it.
Technicians and employees which cope with their obligations day after day.
Directivos, técnicos y empleados de las plantas de primer proceso.
Organismos gubernamentales y técnicos que supervisan la gestión forestal.
Organizaciones no gubernamentales, que se preocupan por la correcta gestión del medio ambiente en torno a la explotación de maderas.
Técnicos y empleados que realizan los acabados del producto.
Ingenieros y arquitectos navales que diseñan contando con esta madera y las
empresas que la utilizan.
Técnicos y empleados que ejecutan su obligación día a día.
A special mention for those who long time ago discovered that this wood
was excellent for core and sandwich construction and who elaborated the
first balsa wood panels.
Una especial mención para quienes, hace ya mucho tiempo, descubrieron que
esta madera era un excelente material para núcleos en la construcción sandwich
y elaboraron los primeros paneles de madera de balsa.
Finally, the most important. Many thanks to NATURE, which gives us this
magnificent natural resource, which renews year after year, allowing us to
obtain excellent cores in the most ecological and respectable way for the
environment.
Por último y más importante. El mayor agradecimiento a la NATURALEZA.
Que nos aporta este magnífico recurso natural, renovable año tras año y que nos
permite la obtención de excelentes núcleos del modo más ecológico y respetuoso
para el medio ambiente.
We must not forget that this wood gives work and economical resource
to thousands of people in countries where it is necessary to improve their
welfare and prosperity levels.
Sin olvidar que además esta madera da trabajo y recursos económicos a
miles de personas en países que necesitan mejorar su grado de bienestar y
prosperidad.
INDEX
ÍNDICE
In the area where balsa is produced,
the specific requirements are heavy rains
and plenty of sunshine.
En las zonas productoras de balsa se da
como característica básica las copiosas lluvias
y la abundante insolación.
GENERAL
GENERALIDADES
13
71
TYPICAL METHODS OF OBTAINING THE FOREST RESOURCE
OBTENCIÓN TÍPICA DEL RECURSO FORESTAL
17
75
OBTAINING BALSA WOOD IN PLANTATIONS
OBTENCIÓN EN PLANTACIONES
19
77
PROCESS OF PRIMARY ELABORATION
PROCESO DE ELABORACIÓN PRIMARIO
23
81
QUALIFICATION
CUALIFICACIÓN
27
85
PRODUCTION OF BIG GLUED BLOCKS
PRODUCCIÓN DE GRANDES BLOQUES
33
91
PRODUCTION OF RIGID PANELS
PRODUCCIÓN DE PANELES RÍGIDOS
35
93
SURFACE TREATMENT
TRATAMIENTO DE LA SUPERFÍCIE
37
95
THE SANDWICH STRUCTURE
LA ESTRUCTURA SÁNDWICH
39
97
PROPERTIES OF BALSA WOOD
PROPIEDADES DE LA MADERA DE BALSA
51
107
FORMAT OF SUPPLIES
FORMATO DE SUMINISTROS
55
111
PROCESS GUIDE
GUÍA DE PROCESO
63
119
MSDS
MSDS
67
123
EL ECUADOR,
Main producer of balsa
in the world
GENERAL
The balsa tree “Ochroma Lagopus” grows mainly in the equatorial area between latitude 0º and 5º
north and south.
This tree is endemic from Ecuador, (where more
than 90% of the world consumption is produced),
and in neighbouring regions. It has also been introduced successfully to other regions of the world.
This tree reproduces itself easily and reaches in
5-6 years a circumference of approx. 90 cm. (diameter 30 cm.) and a height of about 18-25 metres.
Therefore it is a source which renews itself constantly in the regions where balsa wood is elaborated.
Due to fast and spontaneous reproduction, the
extensions where balsa trees grow are very big and
the major part of the trees is not cut. The trees are
only cut close to the roads which are not too far
away from the processing plants.
Area of balsa plantations
70-250 meters above sea level
Area of natural balsa forest
0-1000 meters above sea level
12
BALSA earth, sun and water
——
In these zones close to the roads, the balsa
wood is appreciated and the land owners throw
out seeds after cutting the trees, as if it would be
any other plant.
BALSA tierra, sol y agua
13
Very often, the wood workers or the elaboration
plants collaborate with the land owners and give
them the seeds to replant. This way every year they
throw high amount of seeds so that more trees grow
than those which are cut.
Balsa randomly planted close to the road.
A craft called “balsa” crosses a river in Ecuador.
Naturally, it is constructed out of the same material
as its namesake.
14
15
TYPICAL METHODS
OF OBTAINING
THE FOREST RESOURCE
In the regions where the balsa trees grow spontaneously only the trees which can be used are cut.
This means those aged between four and six years. The
younger and the older trees remain there and the older trees reproduce with their seeds, thus maintaining
spontaneously the balsa population.
Another way of maintaining the balsa population
is throwing the seeds where the trees have been cut.
In this case it is necessary to clear some trees after a
certain time, because too many trees are growing and
the plants would compete excessively with each other,
which would not allow their normal development.
Sometimes seedlings are used.
16
17
OBTAINING BALSA WOOD
IN PLANTATIONS
Seedlings in seed plots.
The plantations are located where the soil and
the climate are suitable, near roads and paths. The
soil is prepared eliminating other species until it is
prepared for this mono cultivation.
There are two planting methods:
- Sowing (throwing the seeds)
Seedlings in bags to be transported and planted.
With this method, too many plants grow. Therefore the forest requires repeated intervention in
order to avoid an excess of plants. This favours a
good phytosanitary estate.
- Seedlings
The seedlings are produced in seed plots.
When they have the adequate size, they are
planted in rows at a distance of approximately 3
metres. This way the soil is profited optimally.
18
19
Of course, the plantations also have inconveniences. Due to the monoculture, there are risks of
plagues, illness and exhaustion of the soil after a
few harvests.
Both systems have economical advantages and
disadvantages.
20
21
PROCESS OF PRIMARY
ELABORATION
In the forest or plantations, the balsa tree is cut
and cut into logs. These logs are cut into straight
shapes and then transported to the production
plants, where they are kiln dried until the moisture
degree is about 8%.
Inside the kiln driers the temperatures reach up
to 70º, which eliminate the phytosanitary risk.
During the following production phases, the
balsa wood can re-absorb moisture up to 10-11%.
After drying the logs, a mechanical process is
carried out until straight, flat and smooth surfaces
without defects are obtained.
Top: Mules transporting balsa logs out of natural forest.
Centre: Sawn logs, waiting to be transported.
Bottom: Logs transported by river.
22
23
Before the elaboration process is continued, the
blocks are verified visually in order to avoid holes,
pith or insane knots.
Kiln dryer.
24
25
Qualification
Employees qualifying blocks for the production of big glued
blocks, using an electronic density control machine.
The main part of the balsa, cut at the ideal age,
has a density of 150 – 160 kgs./m3 with variations
between 85 and 230 kgs./m3 and more.
When a product with controlled density is made,
we can use electronic density control machines if
the product requires this. Every rectangular block is
selected and the weight, the volume and the density is determined.
Actually we use electronic density control machines, which determine the volume of every block
with precision lasers. A computer with a special program for this purpose, connected to the sensors and
an electronic scale, allows selecting the blocks and
assigning the different density ranges.
This process has a tolerance of less than 4%.
26
27
The traditional methods used are:
- At sight
A more or less skilled worker holds a block in his
hands and separates the light wood from the heavy
wood, to his opinion. This method is very uncertain
and it is impossible to quantify.
- Taking the weight of every block
The block is weighed on a normal scale, and then
following dimensions and weights charts, the density is determined approximately.
Where is the veritable quality of a balsa
wood core?
The “perfect” core would be, having the same
characteristics of mechanical resistance all over the
whole panel, without any weak zones with less resistance
With the balsa cores, this is impossible. The reason is nature.
Factors like the soil, the climate, the proximity of
the trees and others have an influence on growing
the trees and therefore on the density of the wood,
which also has a direct influence on the mechanical
characteristics.
28
Every tree is different and every piece of wood
of one tree is different and there are substantial
variations of the mechanical characteristics of the
wood from the same tree.
The wood from the outer side of the log is heavier and more resistant than the wood from the inner side. There are also significant variations of the
wood between the bottom and the top of the tree.
How is it possible to make homogenous
core with wood so different, which seems
not to allow any reasonable solution?
The solution to this problem of creating a panel
with homogeneous mechanical resistance is laborious, but there is really a solution, even if it is not
a “ perfect” one, but it is at least a very good solution.
It basically consists in profiting the existing relation between the densities of the wood (which is
a quantifiable parameter) and the mechanical resistance of the wood, which results in being nearly
directly proportional.
The lower the density, the lower the resistance and the higher the density, the higher the
resistance.
Parting with this principle, we can start a laborious process to determine the density of every piece of wood, which later form a panel.
29
This must be done after the wood has been
dried. It is important that the water proportion does
not affect the measurements of the weight and the
volume in order to determine the density.
It goes without saying that a well selected balsa
core has safer behaviour allowing in the calculations the reduction of the security coefficient and
eventually the reduction of the thicknesses
It must also be done after cutting the wood
without taking into account which tree and which
part of the tree the wood is from.
Finally, the selection of the densities and the reliability of the methods used for the process really
make the difference to the quality of a core material
compared to others, irrespective of the aspect, colour, trademark, presentation, etc.
So, with the wood in stable conditions, we proceed to determine the density of every piece of
wood, which will compose a panel. By determining
the density, it will be possible to classify these pieces
in groups or “density ranges”.
This way it is possible to obtain more homogeneous groups than without doing this classification.
This way it is possible to avoid a panel failing due
to weak zones.
The piece manufactured later on with a balsa
core, will always fail where the efforts can not be
supported and this is exactly the zone, where a piece
of weak wood with low density is located.
It is therefore this selection of the wood that finally determines the quality of a panel compared to
other panels apparently identical.
It is very important to assure the selection ranges of the manufacturer, in order to establish comparisons and especially to know if the manufacturer
controls the density or not.
Normally this data is not published in leaflets or
brochures of the products, but the customer must
know this data in order to contrast the quality of
these cores.
30
31
PRODUCTION
OF BIG GLUED BLOCKS
When the balsa blocks are prepared, selected
and qualified, they are glued together to form big
blocks of 2 x 4’ with oversize, which allows the panels to be cut and squared to size.
With this procedure, all the blocks are parallel
and with the grain aligned in the same direction.
This way it is possible to cut them perpendicularly
and obtain end grain panels.
Glued blocks after being pressed.
32
33
PRODUCTION
OF RIGID PANELS
This is done with horizontal saws which move
on rails or special machinery. The glued blocks
are cut into panels with the adequate thickness.
The glued blocks are fixed on a static bed
always perpendicular to the grain (end grain).
Now a moisture control is made and if necessary, the panels are re-dried until the moisture
degree is below 12%.
Afterwards, both surfaces of the panels are
sanded and squared with precision machinery.
Moving horizontally, long saws cut the glued blocks
into panels of any thickness.
34
35
SURFACE TREATMENT
To reduce resin absorption during the application, it is possible to coat the panel surfaces with
resin, closing the cut cells and the smaller capillaries, leaving open the bigger capillaries.
In a few seconds, the panels are coated with
resin and cured with UV light. This is done with precision dosage machinery.
If the reason of coating the panels is the weight reduction of the final product, this procedure is
debatable.
Due to tests conducted by us, a coated panel
absorbs a smaller quantity of resin, which results in
being exactly the same quantity we used to coat.
This means that the final weight of the product
is practically nearly the same.
36
37
THE SANDWICH STRUCTURE
To understand the properties of the balsa wood
in the composite world, it is necessary to understand
the philosophy of the sandwich structure. A sandwich
panel is normally the synergetic joint of a low density
core with high modulus skins. This way a panel of low
weight and high rigidity is produced. The skins act like
the wings and the core like the soul of a beam.
The following chart shows a simple description of a
monolithic laminate compared to sandwich laminates
of different thicknesses. To summarise, it could be said
that increasing the thickness of the core equally to the
thickness of the skin and almost to the weight, the
beam experiences an exponential increase in rigidity.
Rigidity (EI)
Resistance to flexion
Weight
38
MONOLITHIC
LAMINATE
THICK
SANDWICH
t
Solid material
Core thickness
1.0
1.0
1.0
7.0
3.5
1.03
THICK
SANDWICH
3t
Core thickness
37.0
9.2
1.06
39
How does a sandwich
structure work?
DEFORMATIONS:
The deformations of a sandwich beam are produced
by bending and shear efforts.
The bending efforts depend on the modulus of compression and traction of the skins.
Bending
deflection
Loads:
Considering a beam in cantilever, fitted at one
end and jutting out at the other, the load applied
creates a bending moment, which is greatest at
the fixed end. The shear effort is applied along the
length of the beam. In a sandwich structure, these
forces create tensile effort in the superior skin and
compression in the inferior skin. The core separates
the skins and transfers the shear effort between the
skins, so that the composite works homogenously.
Shear deformation depends on the shear modulus of
the core.
Skin in tension
Shear
deflection
Core in shear
Skin in compression
40
Complete deformation = deformation by
bending + shear deformation.
41
PROCESS FAILURE MODES
2. Rigidity
The sandwich beam should have sufficient rigidity in bending and shear to avoid excessive deformations, above those which are admissible.
The designers and engineers should ensure that possible failures are considered in their
analysis. The following is a summary:
1. Resistance
The skins and core should be capable of supporting the bending stress, compression and traction
caused by the design loads. The interface between
the core and the skins should be capable of transferring the shear stress between the skin and the
core.
3. Buckling of the beam
The thickness of the core and the shear modulus should be sufficient to avoid the collapsing of
the beam under the buckling loads applied under
compression.
42
43
4. Buckling of the skin
The thickness of the core and the shear modulus
should be sufficient to avoid the premature failure
of the core by shear caused by the effort of compression.
ce to shear to avoid the intercellular breakage of
the core by buckling.
7. Local compression
5. Wrinkling of the skin
The resistance of the core to compression should
be sufficiently high to resist the local effort on the
surface of the beam.
The compression modulus of the skins and of the
core should be sufficiently high to avoid failure by
wrinkling of the skin.
From a structural design point of view, the engineer has to take the following into account:
6. Intercellular breakage of the
core by buckling
For a material of skin given, the relation of the
thickness of the core should give sufficient resistan-
44
With a simple supported beam as shown in the
diagram and with a centre point load P. The width of
the beam is b and it is less than 1/3 of its span (I).
t1t1
tctc
t1
h=
1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm
h=tct+t
c+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm
P
45
- taking a beam as being defined as having width (b) less than 1/3 of span (l).
The coefficients kb y ks are obtained through
the following chart:
t1
tc
BEAM TYPE
h= tc+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm
P
t1
P= q / b
MAXIMUM
SHEAR
FORCE
F
MAXIMUM
BENDING
MOMENT
M
BENDING
DEFLECTION
COEFFICIENT
kD
SHEAR
DEFLECTION
COEFFICIENT
kS
P
2
P/
8
5
384
1
8
P
2
P/
12
1
384
1
8
P
2
P/
4
1
48
1
4
P
2
P/
8
1
192
1
4
P
P/
2
1
8
1
2
P
P
1
3
1
P
P/
3
1
15
1
3
Simple Support
Uniform Load Distribution
P= q / b
Both Ends Fixed
W
L
Simple Support
P
Central Load
Both Ends Fixed
b
l
P
P= q / b
Considering a centre point loaded beam with b=0.5 m and l= 2 m and P= 1500 N.
The deformation of the beam, which is due to
the deformation by bending and shear and is given
in the following formula.
δ= kb P l /D + ks P l /S
3
D and S are the rigidity of the beam bending and
shear respectively.
46
Central Load
One End Fixed
(Cantilever)
One End Fixed
(Cantilever)
P
P= q / b
2
Load One End
One End Fixed
(Cantilever)
Triangular Load Distribution
47
Once the properties of the panel are known, we
know data such as:
- Deformation limits
- Thickness limits
- Weight limits
tration and therefore adherence should be checked.
Also the use of very reactive adhesives which could
produce heat should be avoided. Unlike other cores,
balsa wood does not produce gases with high temperatures, but the temperature affects the adhesive,
causing it to lose some of its properties.
- Security factor
Afterwards, following the spiral of the calculation, we proceed to the calculation of the rigidity
and resistance of the beam, fixing the types of materials to be used and their limitations of thickness,
etc. A detailed and precise structural calculation in
sandwich structure should provide and prove the
following data:
- Calculation of rigidity
- Calculation of deformation, including shear deformation
- Calculation of the load on the skins
- Calculation of the load on the shear core.
- Check that the beam does not suffer breakage
for any of the reasons previously described.
Other considerations should be taken into account in relation to the joining adhesives between
the skins and the core in order to transmit the loads.
As a general rule, low resistance or fragile adhesives should not be used. Furthermore, the capacity
to moisten the core in order to achieve good pene-
48
49
PROPERTIES OF BALSA WOOD
As indicated in the previous chapter, the fundamental mechanical data for the study of the behaviour of the core within the sandwich structure
is its resistance to compression and shear. In the
following tables comparative data of balsa wood
with other structural cores of the same density are
given.
RESISTANCE TO COMPREESSION
OF STRUCTURAL NUCLEUS
Resistance
to compression
(MPA)
20
15
10
5
0
50
100
150
3)
Density (Kg/m
200
SAN
PVC cross linked
Balsa
SHEAR MODULUS
50
Shear
modulus
(MPA)
250
200
51
PVC cross linked
Balsa
Density (Kg/m3)
material. Therefore chlorate compounds or highly
toxic bromates don’t exist as in other cores.
SHEAR MODULUS
Shear
modulus
(MPA)
The transfer of heat through the core depends
on the basic principles of convection, conduction
and radiation. Metallic cores with metal skins maximise the characteristics of transfer of temperature.
In the case of balsa, this characteristic depends on
the water content and density.
250
200
150
100
50
0
50
100
Density (Kg/m3)
150
200
SAN
PVC cross linked
Balsa
Here, the mechanical superiority which natural
material, such as balsa, shows compared to synthetic material, is demonstrated.
Other non structural considerations should also
be taken into account.
In the case of resistance to temperature in the
case of balsa wood, the moisture level at supplied
equilibrium is around 12% of water contents, which in the case of applications at high temperatures,
should be taken into account in order to establish
the core and avoid out gassing phenomenon which
could affect the adherence of the core.
In applications, where good resistance to fire is
required, balsa wood presents a good alternative, especially when used with a composite with phenolics
skins. In this case, the emission of gases is composed
of monoxide and carbon dioxide, being an organic
52
53
FORMAT OF SUPPLIES
Classic flexible panel with scrim and lengthways and
widthways slits.
• BALSAFLEX ® 110
density 100 – 125 kgs./m3.
When the final weight of the sandwich is important.
density 150 – 175 kgs./m3
For the typical applications of balsa core.
density 210 – 250 kgs./ m3
A high resistant core, ideal for reinforcements in
required areas or for extremely resistant pieces.
54
55
Technical Data
BALSAFLEX®
110
BALSAFLEX®
150
BALSAFLEX®
220
Kgs./m3
110
150
220
COMPRESSION
STRENGTH
ASTM C-365
MPa
9,4
13,0
23,2
COMPRESSION
MODULUS
ASTM C-365
MPa
2518
4217
6800
SHEAR
STRENGTH
ASTM C-273
MPa
2,08
2,97
3,12
SHEAR
MODULUS
ASTM C-273
MPa
130
173
305
PRINCIPAL
TÉCHNICAL DATA
DENSITY
SPECIAL PRODUCTS FOR INFUSION
The values of this technical data sheet are average
values from different tests.
The tests have been made by a Certification Technological Center.
It has to be taken into account that this is a natural product with influence of many factors due to
forest exploitation, therefore the values indicated
herein can not express or imply warranty regarding
their accuracy.
56
OPTIONAL COATING OF ALL KIND OF PANELS
WITH POLYESTER RESIN.
Reducing resin absorption during the process of
the manufacturing of the composite.
57
LENGTHWAYS GROOVES
FLEXIBLE FILLET STRIPS
Dimension
Unit
Thickness
inches
mm
inches
mm
inches
mm
(º)
Pieces/Box
A
B
A
Flexible Fillet Strips & Rigid Fillet Strips
3/8
9,53
1,22
31
0,61
15,50
30
754
7/16
1/2
5/8
11,11 12,70 15,88
1,32 1,42 1,50
33,5
36
38
0,60 0,59 0,45
15,25 15,00 11,50
30
30
30
600
484 408
11/16 3/4
1
17,46 19,05 25,40
1,56 1,61 1,77
39,5
41
45
0,40 0,35 0,16
10,25 9,00 4,00
30
30
31
384
336
264
11/4
31,75
1,77
45
0,16
4,00
37
192
11/2
38,10
1,77
45
0,16
4,00
42
168
DRILLS
B
Thickness
,
Length of strip: 2 (610 mm.)
A
A
1mm
GROOVES AND DRILLS
58
59
Products
• Rigid panels
• Flexible panels
• Flexible drilled panels
• Flexible grooved panels
• Flexible grooved and drilled panels
• Rigid and flexible coated panels.
General data
Thickness 1/4” 3/8” 1/2” 5/8” 3/4” 1”
1 1/4” 1 1/2” 2”
60
mm
6,35
9,52
12,70
15,90 19,00
25,40
31,75
38,10
50,80
Length Width 122 cm. 61 cm. 122 cm. 61 cm. 122 cm. 61 cm. 122 cm. 61 cm. 122 cm. 61 cm. 122 cm.
61 cm. 122 cm.
61 cm. 122 cm.
61 cm. 122 cm.
61 cm. Quantity/box
32,74 m2
20,83 m2
16,37 m2
13,40 m2
10,42 m2
8,19 m2
6,70 m2
5,95 m2
4,47 m2
61
PROCESS GUIDE
In this guide we present the key points for successfully transforming balsa wood in the manufacture of sandwich structures using different
techniques. These techniques are:
1. Hand lay-up laminate.
2. Closed mould laminate. RTM, RTM Light,
VARTM, Infusion, etc.
3. Pre-impregnated laminate.
Modern factory of rigid and flexible balsa panels in Ecuador.
Hand lay-up Laminate.
- Laminate the outer skin using normal techniques
and leave it to cure.
- Shape the balsa wood to the shape of the mould.
If a vacuum is to be used to compact the material, it is
necessary to prepare everything before starting.
- Prime the balsa wood with 300-500 grs./m2 on
each side and place on the laminate without curing.
There are various techniques in order to stick the
62
63
applied balsa to the laminate:
- Use matt (CSM 300 gr/m2) and consolidate with
a metal roller.
- Use low density putty. Consult technical assistance.
- Apply the balsa on a wet laminate. In this case it is
advisable to use vacuum to consolidate the laminate.
- Apply the inner skin using the normal methods.
If possible, pull the fibre glass scrim away from the
balsa.
It is highly advisable to ensure that the spaces in
the balsa are filled. A trial should be carried out prior to
application to ensure that correct adherence is achieved. Throughout the process, the moisture level of the
balsa should be controlled. The ideal water content is
approximately 8%.
Laminate in closed mould. RTM, RTM Light,
VARTM, Infusion, etc.
Closed mould processes are currently prevailing
in relation to the other existing techniques. This almost completes elimination of the emission of organic compounds which are harmful to the environment and health, as well as an improvement in the
quality of the piece and a reduction of cost.
- Apply the dry reinforcements to the mould according to the structural design of the piece.
ty flexible stuff as a means of transmission of the
resin, the type of slot needed for the application
should be consulted with our technical department.
It is necessary for the quality of the balsa in this
application to be primed in the phase before the
resin gel, the balsa could absorb part of the resin of
the laminate and dry out the laminate.
Once the mould has been loaded and the vacuum applied to the design levels, it should be left
for a period in order to remove leftover moisture
from the laminate and the wood.
Prepreg Laminate.
Perhaps, of all the possible transformation processes, the pre-impregnated ones are the most
complicated and require the purest technique.
Balsa wood has proved for years to be a material which is adaptable to the technique and very
competitive as regards transformation and acquisition costs in relation to other materials.
The type of balsa to be used in these processes
must be studied and the level of moisture controlled
(5-8%). The balsa wood should be stabilised at the
curing temperature of impregnation prior to this, in
order to avoid out gassing phenomena which could
affect the adhesion of the skins. Balsa wood has
been successfully used at curing temperatures of
130ºC allowing great skin adhesion.
- Position of the balsa wood. If using quali-
64
65
The adherence of the skins is carried out by:
MSDS
- Adhesive resin epoxy film from 200-400 gr/m2
on both sides of the wood.
- Prime with 300-400 gr/m2 liquid epoxy resin. In
this case curing is not carried out and the sandwich
is made using a co curing process.
- Low density epoxy putty on the first cured laminate (200-400 gr/m2). In this case the balsa wood is
primed with 200 gr/m2 of liquid resin.
Special attention should be paid to the adhesion
of balsa as due to its high mechanical benefits, the
adhesive and the interface should be able to transmit the stress without being the weak or critical
area. The quantities to be used depend on the shape
of the piece and the aperture of the cuts, the width
of the nucleus, the quality of the surface, etc.
66
Precaution for handling
When handling balsa wood, it is necessary to use
cotton gloves to avoid the contamination of the joining
area.
During cutting and filing protective masks and disposable overalls, while handling liquid resin.
67
Areas with exuberant
vegetation, where bananas,
palms and cacao
is cultivated, can be
adequate to grow
balsa trees.
Zonas de exuberante
vegetación, donde se
cultiva el banano,
la palma o el cacao,
pueden resultar adecuadas
para el crecimiento
del árbol de balsa.
EL ECUADOR,
PRINCIPAL PRODUCTOR MUNDIAL
DE MADERA DE BALSA
GENERALIDADES
El árbol de balsa “Ochroma Lagopus” crece mayoritariamente en la zona ecuatorial entre latitud 0º
y 5º norte y sur.
Este árbol es endémico de El Ecuador, que produce más del 90% del consumo mundial. Y de las
regiones vecinas y ha sido introducido con éxito en
otras regiones del mundo.
Este árbol se reproduce fácilmente y alcanza
en 5 - 6 años una circunferencia de aprox. 90 cm.
(30 cm. de diámetro) y una altura de aprox. 18-25
metros. Por tanto es un recurso que se renueva
constantemente en las regiones donde se elabora
la balsa.
Área de plantaciones de Balsa
70-250 metros sobre el nivel del mar
Área de bosques naturales de Balsa — —
0-1000 metros sobre el nivel del mar
70
A causa de su rápida reproducción espontánea,
las extensiones de crecimiento del árbol de balsa
son muy grandes y en su gran mayoría no se cortan
árboles. Cortándose esta madera solamente en las
zonas próximas a carreteras no excesivamente distantes de las plantas de procesado.
En estas zonas de proximidad a las carreteras, la
madera de balsa es apreciada y los propietarios de
71
tierras vuelven a sembrar después de la tala, ya que
encuentran rentabilidad en ello, como si de cualquier
otro cultivo se tratase.
Siendo muchas las ocasiones en que los propios
madereros o las plantas de elaboración quienes colaboran con los propietarios de tierras, facilitándoles
las semillas para replantar. Sembrando cada año
más árboles de los que se cortan.
Se trata pues de un recurso natural, renovable y
en expansión, cuya tala no perjudica al medio ambiente, ni es considerado especie protegida, ni en
vías de agotamiento del recurso, ni en vías de extinción. Sino que por el contrario, cada año hay más
disponibilidad.
No obstante, en El Ecuador, del mismo modo
que en todas las explotaciones forestales, que se
hacen en aquel país, el Ministerio del Ambiente,
regula y autoriza el corte, concediendo los permisos y las guías a los madereros y a las plantas de
elaboración.
Balsa plantada a pie de carretera
sin demasiado orden.
Una vez elaborada la madera, también se expiden los certificados fitosanitarios y los permisos de
exportación.
Una embarcación llamada “balsa” cruzando un rio en El Ecuador. Naturalemente debe su nombre a estar construida con madera de balsa.
72
73
OBTENCIÓN TÍPICA
DEL RECURSO FORESTAL
En las regiones, donde los árboles de balsa crecen
espontáneamente, se cortan solamente los árboles en
edad de aprovechamiento, es decir los que tienen una
edad comprendida entre cuatro y seis años.
Los árboles más jóvenes y los más viejos se dejan.
Los árboles más viejos producen semillas, manteniendo de modo espontáneo la población de balsa.
Otra manera de mantener la población consiste en
sembrar mediante semillas a voleo donde se cortaron
árboles de balsa. En este caso, es necesario clarear
transcurrido un tiempo, pues nacen demasiadas plantas que competirían excesivamente entre si e impedirían su normal desarrollo.
A veces también se usan plantones para ayudar a
la repoblación natural en los espacios vacíos.
74
75
OBTENCIÓN
EN PLANTACIONES
Plantones en el semillero.
Las plantaciones están situadas donde el suelo
y el clima son adecuados y cerca de carreteras y caminos. Se prepara el terreno eliminando otras especies, hasta que quede listo para este monocultivo.
Hay dos métodos para plantar:
Plantones situados en bolsitas
para su posterior transporte y siembra.
- Siembra al voleo.
Con éste método crecen demasiadas plantas,
por lo que el bosque requiere repetidas intervenciones para evitar el exceso de plantas. Esto favorece
el desarrollo individual y el buen estado fitosanitario. Por este motivo tienen que ser clareadas.
- Plantones.
Los plantones se producen en semilleros.
Cuando tienen el tamaño adecuado, se plantan en filas con una distancia aproximada de 3
metros. De esta manera, se utiliza el terreno de
forma óptima.
76
77
Naturalmente, las plantaciones también tienen
inconvenientes. A causa del monocultivo, existen
riesgos de plagas, enfermedades y agotamiento del
terreno después de unas cuantas cosechas.
Ambos sistemas tienen ventajas e inconvenientes económicos.
Las plantaciones ofrecen una ventaja estratégica para las empresas productoras de end grain balsa, pues permiten tener disponibilidad de madera
en las épocas en que a causa del periodo de lluvias
no resulta posible el aprovisionamiento al 100%
procedente de las zonas de producción natural.
78
79
Proceso de elaboración
primario
En los bosques o plantaciones, se tala el árbol
de balsa y se le corta en trozas. Estas trozas se sierran en formas rectas y se transportan a las plantas
de producción, donde se secan hasta tener un grado de humedad de aproximadamente 8%.
En los secaderos llegan a temperaturas de hasta
70º, con lo cual desaparece el riesgo fitosanitario.
Durante las siguientes fases de producción, la
madera de balsa puede volver a absorber humedad
hasta el 10-11%.
La madera una vez seca, se somete a un proceso de mecanización hasta conseguir formas rectas,
planas, lisas y libres de defectos.
Arriba: Mulas acarreando trozas de balsa
procedentes de bosque natural.
Centro: Trozas aserradas en espera de transporte.
Abajo: Trozas transportadas por río.
80
81
Antes de continuar su proceso de elaboración, se comprueban los bloques de forma visual
para evitar que existan agujeros, médula o nudos
insanos.
Cámara de secaje.
82
83
CUALIFICACIÓN
Empleadas cualificando listones para la fabricación posterior
de grandes bloques.
La mayor parte de la madera de balsa, cortada
en la edad ideal, tiene una densidad promedio de
unos 150 – 160 kgs./m3 con variaciones entre 85 y
230 kgs./m3 y más.
Cuando se hace un producto con la densidad controlada, se seleccionan estos listones rectangulares. Se
determina el peso, el volumen y la densidad.
En la actualidad estamos utilizando cuando el
producto lo requiere, clasificadoras electrónicas que
determinan el volumen de cada listón con láser de precisión. Mediante un ordenador con un programa especial para esta finalidad, conectado a los sensores y a
una pesadora electrónica, se seleccionan los bloques y
se asignan los diferentes rangos de densidad.
Este proceso tiene una tolerancia inferior al 4%.
84
85
Los métodos utilizados tradicionalmente son:
- A ojo.
Un operario más o menos experto suspende en
su mano un listón y según su parecer, separa la madera liviana de la pesada. Con este método el grado
de incerteza es muy elevado y no es cuantificable.
- Pesando cada listón.
En una balanza normal se pesa el listón y siguiendo una cuadrícula de dimensiones y pesos, se
determina de un modo aproximado su densidad.
Este método es muy propenso al error humano y
su grado de incerteza tampoco es cuantificable.
¿Donde radica la verdadera calidad de un
núcleo de madera de balsa?
El núcleo “perfecto” sería el que tuviese las
mismas características de resistencia mecánica en
cualquier parte de la superficie del panel. Sin que
presentase zonas débiles con menor resistencia.
En los núcleos de madera de balsa, esto resulta
imposible. La causa proviene de la naturaleza.
Factores como el suelo, el clima, la proximidad
de los árboles y otros factores. Influyen en el crecimiento de los árboles y por tanto en la densidad de
la madera, que a su vez influyen directamente en las
características mecánicas de la misma.
86
Podría decirse que cada árbol es distinto y
que cada trozo de madera de un mismo árbol
también es distinto. Constatándose que existen
sustanciales variaciones en las características
mecánicas de la madera de un mismo árbol.
La madera de la parte exterior del tronco es más
pesada y resistente que la de la parte interior. También hay variaciones significativas entre la madera
de la zueca (base) con la de la copa.
¿Como hacer pues, a base de esta madera
tan variada un núcleo homogéneo delante
de este laberinto que parece no dar solución
razonable?
La solución para el problema de crear un panel
con la resistencia mecánica homogénea es laboriosa, pero existe verdaderamente una solución que
aunque tampoco es “la perfección”, por lo menos
es muy buena.
Básicamente consiste en aprovechar la relación
existente entre densidad de la madera (que es un
parámetro cuantificable) y resistencia mecánica de
la madera. Que resultan casi directamente proporcionales.
Partiendo de este principio, podemos comenzar
con un laborioso proceso de determinación de la
densidad de cada trozo de madera que después formará parte de un panel.
Esta operación hay que realizarla cuando la madera ya ha sido secada para que la proporción de
87
agua no pueda afectar a las mediciones de peso y de
volumen para determinar la densidad.
clientes, para que puedan contrastar la calidad
de estos núcleos.
También debe realizarse cuando la madera ha
sido troceada, sin importar de qué árbol procedía y
de que parte del árbol se trata.
No hace falta explicar demasiado para entender que un núcleo de madera de balsa bien seleccionado tiene un comportamiento más seguro y
esto permite en los cálculos reducir el coeficiente
de seguridad o permite eventualmente reducir los
espesores.
De este modo, con la madera ya en condiciones
estables, se procede a determinar la densidad de
cada uno de los trozos de madera que compondrán
los paneles y mediante la determinación de la densidad, resultará posible clasificar estos trozos por
grupos o “rangos de densidad”.
Obteniendo así unos grupos mucho más homogéneos que si no se hace esta clasificación.
En conclusión, la selección de densidades y la
fiabilidad del método para realizarla, son los que
diferenciarán realmente la calidad de un núcleo en
comparación con otro, independientemente de su
aspecto, color, marca, presentación, etc.
Así puede evitarse que un panel de madera de
balsa fracase inesperadamente a causa de tener
una zona débil.
La pieza que posteriormente se fabrique con un
núcleo de madera de balsa, siempre colapsará por la
zona en que no pueda soportar los esfuerzos y esta
será la zona, donde exista dentro de un panel un
trozo de madera débil de baja densidad.
Es por tanto esta selección de la madera, la que
finalmente determinará la calidad de un panel en
comparación con otro aparentemente igual.
Resulta muy importante asegurarse en el momento de la compra de los rangos de clasificación
del fabricante para establecer comparaciones y sobre todo conocer si este fabricante clasifica o no.
En general estos datos no suelen publicarse
en los folletos o catálogos de los productos, pero
necesariamente han de estar a disposición de los
88
89
Producción
de grandes bloques
Cuando los listones de madera de balsa están
preparados, seleccionados y cualificados, se encolan en grandes bloques de 2’ x 4’ con sobre medida
para un posterior recorte y escuadrado de los futuros paneles.
Con este procedimiento, todos los listones quedan paralelos y con la fibra alineada en el mismo
sentido. Lo cual permitirá después cortarlos perpendicularmente y obtener paneles end grain.
Bloque encolado una vez finalizada
la preparación de prensado.
90
91
Producción
de paneles rígidos
Mediante sierras horizontales que se desplazan sobre carriles o máquinas especiales, se cortan los bloques encolados en capas del espesor
adecuado.
Fijando los bloques sobre una bancada estable y siempre de modo perpendicular a la fibra
(end grain).
En este momento se efectúa otro control de
humedad y si es necesario se realiza un resecado
hasta dejarlos por debajo del 12%.
Posteriormente los paneles son lijados por
ambas caras y escuadradas con maquinaria de
precisión.
Largas sierras de desplazamiento horizontal cortan los grandes bloques
en paneles de cualquier espesor.
92
93
Tratamiento
de la superfÍcie
Para reducir la absorción de resina durante su
aplicación, se puede impregnar la superficie del panel con resina, cerrando las células cortadas y los
capilares más pequeños, dejando abiertos los capilares mayores.
Impregnar los paneles con resina mediante una
máquina de dosificación de precisión y curar con luz
UV, se realiza en pocos segundos.
Cuando el objetivo que se persigue es la reducción de peso final del objeto a fabricar, este procedimiento es discutible.
Según nuestros ensayos. Un mismo panel de
madera de balsa impregnado, absorbe en su aplicación una cantidad menor de resina igual aproximadamente a la que nosotros hemos aplicado.
De modo que el peso final del producto en la
práctica es el mismo aproximadamente.
94
95
LA ESTRUCTURA SÁNDWICH
Para entender las propiedades de la madera de
balsa en el mundo de los composites hay que entender la filosofía de la estructura sándwich. Un panel
sándwich es normalmente la unión sinergética de un
núcleo de baja densidad con pieles de alto módulo.
Conjuntamente se produce un panel de bajo peso y de
alta rigidez. Las pieles actúan como las alas y el núcleo
actúa como el alma de una viga.
En el siguiente cuadro se da una descripción simple de un laminado monolítico en comparación con
laminados sándwich de diferentes espesores.
Rigidez (EI)
Resistencia a la flexión
Peso
96
LAMINADO
MONOLÍTICO
SÁNDWICH
GRUESO
t
SÁNDWICH
GRUESO
3t
Material sólido
Grueso del núcleo
Grueso del núcleo
1.0
1.0
1.0
7.0
3.5
1.03
37.0
9.2
1.06
97
Como resumen puede decirse que aumentando el
espesor del núcleo a igualdad de espesor de piel y prácticamente de peso, el aumento de rigidez del panel es
exponencial.
DEFORMACIONES:
Las deformaciones de un panel sándwich se producen por los esfuerzos de flexión y de cizalla.
Los esfuerzos de flexión dependen de modulo a
compresión y tracción de las pieles.
¿COMO TRABAJA
UNA ESTRUCTURA SÁNDWICH?
CARGAS:
Considerando una viga en cantilever es decir empotrada por un extremo y en voladizo en el otro, la carga
aplicada crea un momento flector que es máximo en el
extremo fijo. Los esfuerzos de cizalla están aplicados a
lo largo de toda la viga. En una estructura sándwich,
estas fuerzas crean esfuerzos de tracción en la piel superior y de compresión en la piel inferior. El núcleo separa las pieles y transfiere los esfuerzos de cizalla entre
las pieles para hacer que el composite trabaje de una
manera homogénea.
Deformación
por flexion
La deformación por cizalla depende del modulo a
cizalla del núcleo.
Piel en tensión
Deformación
por cizalla
Núcelo en cizalla
Piel en compresión
98
Deformación Total = Deformación por flexión +
Deformación por cizalla.
99
MODOS DE FALLO
2. RIGIDEZ
El panel sándwich debe tener suficiente rigidez a
flexión y a cizalla para evitar deformaciones excesivas
y superiores a las admisibles.
Los diseñadores e ingenieros deben asegurar que
los posibles fallos están considerados en su análisis. A
continuación se hace un sumario de ellos:
1. RESISTENCIA
Las pieles y el núcleo deben ser capaces de soportar
los esfuerzos de flexión, compresión y tracción inducido
por las cargas de diseño. La interfase entre el núcleo y
las pieles debe ser capaz de transferir los esfuerzos de
cizalla entre la piel y el núcleo.
100
3. PANDEO DEL PANEL
El espesor del núcleo y su modulo a cizalla deben
ser adecuados para evitar que el panel se colapse bajo
las cargas de pandeo aplicadas a compresión.
101
4. PANDEO DE LA PIEL
El espesor del núcleo y su modulo a cizalla
debe ser adecuado para evitar que el núcleo falle
prematuramente por cizalla debido a esfuerzos de
compresión.
suficiente para evitar la rotura intracelular del núcleo por pandeo
7. COMPRESIÓN LOCAL
La resistencia a compresión del núcleo debe ser
suficientemente alta para resistir esfuerzos locales
en la superficie del panel.
5. ARRUGAMIENTO DE LA PIEL
El modulo a compresión de las pieles y del núcleo deben ser suficientemente altos para evitar fallo
por arrugamiento de la piel.
Desde el punto de vista del diseño estructural, el
ingeniero tiene que tener en cuenta lo siguiente:
6. ROTURA INTRACELULAR DEL NÚCLEO
POR PANDEO
Para un material de piel dado, la relación de esbeltez del núcleo debe dar una resistencia a cizalla
Sea un panel apoyado simple como se muestra en la figura y con una carga puntual centrada
P. El ancho del panel es b y es menor que 1/3 de
su luz (l).
t1t1
102
tctc
t1
h=
1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm
h=tct+t
c+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm
P
103
- tomando una viga, tal como descrito con el ancho (b) menos de 1/3 de luz (l)
t1
tc
Los coeficientes kb y ks se obtienen de la siguiente tabla:
h= tc+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm
TIPO DE VIGA
P
t1
P= q / b
MÁXIMO
ESFUERZO
CORTANTE
F
MOMENTO
MÁXIMO
DE FLEXIÓN
M
COEFICIENTE
FLEXIÓN
DEFLEXIÓN
kD
COEFICIENTE
CIZALLA
DEFLECCIÓN
kS
P
2
P/
8
5
384
1
8
P
2
P/
12
1
384
1
8
P
2
P/
4
1
48
1
4
P
2
P/
8
1
192
1
4
P
P/
2
1
8
1
2
P
P
1
3
1
P
P/
3
1
15
1
3
Soporte simple
Distribución uniforme de la carga
P= q / b Ambos extremos fijados
W
L
Soporte simple
P
Carga central
Ambos extremos fijados
b
l
Considerando una viga con carga central con b = 0,5 m y l = 2 m y P = 1500 N
La deformación del panel es la debida a la deformación por flexión y por cizalla y viene dada por la
siguiente fórmula.
δ= kb P l3 /D + ks P l /S
D y S son respectivamente la rigidez del panel a
flexión y a cizalla.
P
P= q / b
Carga central
Un extremo fijado
(Cantilever)
Un extremo fijado
(Cantilever)
P
Carga en un extremo
P= q / b
Un extremo fijado
(Cantilever)
2
Distribución triangular de la carga
Una vez conocido las propiedades del panel
tendremos que conocer datos como:
- límites de deformación
- límites de espesor
- límites de peso
- factor de seguridad
104
105
Posteriormente y siguiendo la espiral del cálculo
se procede al cálculo de la rigidez y resistencia del
panel, fijando el tipo de materiales a utilizar y sus
limitaciones de espesor, etc. Un cálculo estructural
en estructura sándwich detallado y preciso debe dar
y chequear los siguientes datos:
- Calcular rigidez.
- Calcular deformación, incluido deformación por
cizalla.
- Calcular el esfuerzo sobre las pieles.
- Calcular el esfuerzo sobre el núcleo a cizalla.
- Comprobar que el panel no sufre rotura por
ninguno de los modos descritos anteriormente.
Otras consideraciones deben hacerse respecto a
los adhesivos de unión entre las pieles y el núcleo a
fin de transmitir las cargas. Como una regla general
no se deben de utilizar adhesivos que sean de baja
resistencia al pelado o demasiado frágiles. Además
hay que comprobar la capacidad de mojar el núcleo
para lograr una buena penetración y por tanto adherencia. También hay que evitar la utilización de adhesivos muy reactivos que puedan generar un alto
calor. A diferencia de otros núcleos, la madera de
balsa no produce gases en el caso de altas temperaturas, pero esa temperatura afectará al adhesivo,
perdiendo parte de sus propiedades.
PROPIEDADES
DE LA MADERA DE BALSA
Como se ha indicado en el capítulo anterior, los
datos mecánicos fundamentales para el estudio del
comportamiento del núcleo dentro de la estructura
sándwich, es su resistencia a compresión y cizalla.
En las siguientes tablas se dan datos comparativos
de la madera de balsa con otros núcleos estructurales para la misma densidad.
RESISTENCIA A COMPRESIÓN
DE NÚCLEOS ESTRUCTURALES
Resistencia
a compresión
(MPA)
20
15
10
5
0
50
100
150
200
Densidad (Kg/m3)
SAN
PVC cross linked
Balsa
MÓDULO A CIZALLA
106
Módulo
a cizalla
250
200
107
PVC cross linked
Balsa
Densidad (Kg/m3)
al ser un material orgánico. No existe por tanto
compuestos clorados o bromados de alta toxicidad
como en el caso de otros núcleos.
MÓDULO A CIZALLA
Módulo
a cizalla
(MPA)
250
200
150
100
50
0
50
100
Densidad
(Kg/m3)
150
200
SAN
PVC cross linked
Balsa
En ellos se demuestra la superioridad mecánica que tiene un material natural como la balsa
frente a otros de naturaleza sintética.
Existen otras consideraciones no estructurales
que deben de ser tenidas en cuenta.
En el caso de la resistencia a la temperatura
en el caso de la balsa, de suministro viene con
un 12% de contenido en agua que en el caso de
aplicaciones de curado a alta temperatura debe
ser tenida en cuenta a fin de estabilizar el núcleo
y evitar fenómenos de outgassing que pueden
comprometer la adherencia al núcleo.
La transferencia de calor a través del núcleo
depende de los principios básicos de convección,
conducción y radiación. Los núcleos metálicos con
pieles metálicas maximizan las características de
transferencia de temperatura. En el caso de la balsa,
esta característica depende del contenido en agua
y de la densidad.
Un capítulo muy estudiado en la balsa es su
resistencia a ambientes húmedos y agresivos. La
integridad de la estructura sándwich depende en
gran manera de la calidad del laminado y la capacidad que tengan las pieles de quedar adheridas
al núcleo. En ese caso y en una zona que pueda
estar perforada la piel puede decirse que el agua
no migrará a través del núcleo si las indicaciones
del fabricante se siguen en lo referente al sellado
del núcleo.
En aplicaciones donde se requiera una buena
reacción al fuego, la madera de balsa presenta
una buena alternativa en el caso de ser utilizada
sobretodo con un composite de matriz fenólica.
En ese caso la emisión de humos están sobretodo
compuesto por monóxido y dióxido de carbono
108
109
formato de suministros
Panel clásico, flexible con tela y divisiones longitudinales y transversales.
densidad 100 – 125 kgs./m3.
Cuando el peso final del sándwich es importante.
densidad 150 – 175 kgs./m3
Para la aplicación típica del núcleo de balsa.
densidad 210 – 250 kgs./ m3
Un núcleo de alta resistencia, ideal para refuerzos en áreas precisas, moldes o para piezas extremadamente resistentes.
110
111
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
BALSAFLEX®
110
BALSAFLEX®
150
BALSAFLEX®
220
Kgs./m3
110
150
220
RESISTENCIA
A LA COMPRESIÓN
ASTM C-365
MPa
9,4
13,0
23,2
MÓDULO
A LA COMPRESIÓN
ASTM C-365
MPa
2518
4217
6800
RESISTENCIA
A LA CIZALLA
ASTM C-273
MPa
2,08
2,97
3,12
MÓDULO
A LA CIZALLA
ASTM C-273
MPa
130
173
305
CARACTERÍSTICAS
TÉCNICAS PRINCIPALES
DENSIDAD
PRODUCTOS ESPECIALES PARA INFUSIÓN
Los valores de esta ficha técnica, son valores promedios de diferentes pruebas.
Las pruebas han sido realizadas por un Certifiation
Technological Center.
Hay que tener en cuenta, que se trata de un producto natural con la influencia de muchos factores
debido a la explotación forestal. Por esta razón, los
valores indicados, no pueden expresar garantía implícita en cuanto a su exactitud.
112
IMPREGNACIÓN OPCIONAL DE TODOS LOS
TIPOS DE PANELES CON RESINA POLIESTER.
Reduce la absorción de resina durante el proceso de fabricación del composite.
113
RANURAS LONGITUDINALES
FILETES FLEXIBLES
Dimensiones Unidades
Espesor
A
B
A
pulgadas
mm
pulgadas
mm
pulgadas
mm
(º)
Piezas/Caja
Filetes Flexibles & Filetes Rigidos
3/8
9,53
1,22
31
0,61
15,50
30
754
7/16
1/2
5/8
11,11 12,70 15,88
1,32 1,42 1,50
33,5
36
38
0,60 0,59 0,45
15,25 15,00 11,50
30
30
30
600
484 408
11/16 3/4
1
17,46 19,05 25,40
1,56 1,61 1,77
39,5
41
45
0,40 0,35 0,16
10,25 9,00 4,00
30
30
31
384
336
264
11/4
31,75
1,77
45
0,16
4,00
37
192
11/2
38,10
1,77
45
0,16
4,00
42
168
PERFORACIONES
B
Grueso
,
Longitud del filete: 2 (610 mm.)
A
A
1mm
RANURAS Y PERFORACIONES
114
115
Productos
• Paneles rígidos
• Paneles flexibles
• Paneles flexibles con perforaciones
• Paneles flexibles ranurados
• Paneles flexibles, ranurados y perforados
• Paneles rígidos o flexible con preimprimación.
CARACTERÍSTICAS GENERALES
Grueso 1/4” 3/8” 1/2” 5/8” 3/4” 1”
1 1/4” 1 1/2” 2”
116
mm
6,35
9,52
12,70
15,90 19,00
25,40
31,75
38,10
50,80
Largo 122 cm. 122 cm. 122 cm. 122 cm. 122 cm. 122 cm.
122 cm.
122 cm.
122 cm.
Ancho Paneles/Caja
61 cm. 32,74 m2
61 cm. 20,83 m2
61 cm. 16,37 m2
61 cm. 13,40 m2
61 cm. 10,42 m2
61 cm. 8,19 m2
61 cm. 6,70 m2
61 cm. 5,95 m2
61 cm. 4,47 m2
117
GUÍA DE PROCESO
En ésta guía se dan las claves para transformar
la madera de balsa con éxito en la fabricación de
estructuras sándwich con diferentes técnicas de empleo. Estas técnicas de empleo son las siguientes:
1. Laminado en húmedo.
2. Laminado en molde cerrado. RTM, RTM Light,
VARTM, Infusión, etc.
3. Laminado con preimpregnados.
Moderna fábrica de paneles rígidos y flexibles
de madera de balsa en EL Ecuador.
Laminado en húmedo.
- Laminar la piel externa utilizando técnicas normales y dejar curar.
- Patronear la madera de balsa a la forma del
molde. Si se va utilizar vacío para compactar, es necesario tenerlo todo preparado antes de comenzar.
- Imprimar la madera de balsa con 300-500 gr/m2
por cada lado y sin curar poner sobre el laminado.
118
119
Existen varias técnicas para pegar la balsa aplicadas
sobre el laminado:
- Cargar el molde con los refuerzos según el diseño de la pieza.
- Utilizar mat (CSM 300gr/m2) y consolidar con
rodillo metálico.
- Posicionar la madera de balsa que además y
utilizando la calidad XX puede servir como vehículo de transmisión de la resina. En cada caso
debe estudiarse el tipo de ranurado para la aplicación, consultar por tanto con nuestro departamento técnico. Es necesario en ésta aplicación
que la calidad de la balsa sea imprimada sino en
la fase anterior al gel de la resina, la balsa puede por capilaridad absorber parte de la resina
del laminado y dejar el laminado seco.
- Utilizar masilla de baja densidad. Consultar con
el servicio técnico.
- Aplicar la balsa sobre un laminado húmedo. En
este caso es aconsejable utilizar vacío para consolidar el laminado.
- Aplicar la piel interna utilizando técnicas normales. Si es posible arrancar el vidrio de soporte
de la balsa.
Es muy aconsejable que se asegure que los huecos de la balsa queden llenos. Se ha de realizar una
prueba anterior a la aplicación para asegurar que la
adherencia es correcta. En todo el proceso debe controlarse la humedad de la balsa. El contenido ideal
de agua en la balsa es en torno al 5%.
Laminado en molde cerrado. RTM, RTM
Light, VARTM, Infusión, etc.
Actualmente los procesos de molde cerrado están imponiéndose respecto a otra técnica cualquiera existente. La eliminación casi por completo de la
emisión de compuestos orgánicos perjudiciales para
el medio ambiente y la salud junto con una mejora en la calidad de la pieza y una reducción de su
coste.
120
- Una vez cargado el molde y con el vacío aplicado a los niveles de diseño, se mantendrá aplicado el vacío durante un tiempo para sacar restos
de humedad del laminado y de la balsa.
Laminado con preimpregnados.
Quizás de todos los procesos posibles de transformación, los preimpregnados son los más complicados y exigen una técnica más depurada.
La madera de balsa ha demostrado ser durante
años un material adaptado a la técnica y muy competitivo en cuanto a costes de transformación y de
adquisición respecto a otros.
En estos procesos hay que estudiar el tipo de
balsa a utilizar y controlar el grado de humedad (35%). La balsa debe estar previamente estabilizada
a la temperatura de curado del preimpregnado a
fin de evitar fenómenos de outgassing que pueden
121
comprometer la adherencia con las pieles. La madera de balsa se ha utilizado con éxito a temperaturas
de curado de 130ºC, logrando una gran adherencia
con las pieles. La adherencia con las pieles se llevan
a cabo mediante:
MSDS
- Film adhesivo de resina epoxy desde 200400 gr/m2 en ambos lados de la balsa.
- Imprimación con 300-400 gr/m2 resina líquida epoxy. En este caso no se deja curar y se fabrica el sándwich en un proceso de cocuring.
- Masilla epoxy de baja densidad sobre el primer
laminado curado (200-400 gr/m2). En ese caso
se imprima la balsa con 200 gr/m2 de resina líquida.
Especial atención hay que tener con el pegado
de la balsa porque debido a sus altas prestaciones
mecánicas, el adhesivo y la interfase deben ser capaces de transmitir los esfuerzos no siendo la zona
débil y crítica. Las cantidades a utilizar dependerán
de la forma de la pieza y por tanto de las aberturas
de los cortes, del espesor del núcleo, de la calidad de
la superficie, etc.
122
Precauciones en la manipulación.
Cuando se manipule madera de balsa, es necesario
utilizar guantes de algodón para evitar contaminación en
la zona de unión.
En las operaciones de corte y lijado se deben utilizar
mascarillas respiratorias y monos desechables cuando se
manipulen resinas líquidas.
123

EARTH, SUN AND WATER BALSA TIERRA, SOL Y AGUA

Transcripción

Documentos relacionados

1.- Balsa 8 mm disminución a 5 mm en marginales 2.

PROPUESTA ITINERARIO “ II SALIDA POPULAR 42195.es