Fibra de vidrio (GRP/FRP): definición, fabricación, usos y propiedades

Fibra de vidrio (GRP/FRP): definición, fabricación, propiedades y usos en industria, construcción y aislamiento. Guía práctica, técnica y actualizada.

Fibra de vidrio (a menudo llamada, en el uso general, vidrio reforzado con fibra o, en inglés, GRP/FRP) es un material compuesto formado por filamentos muy finos de vidrio. Estas filamentos se combinan con una matriz polimérica para obtener piezas ligeras y resistentes que se emplean en multitud de aplicaciones industriales y domésticas. Las fibras pueden variar en diámetro, tratamiento superficial y disposición para adaptar sus prestaciones al uso requerido.

Definición y terminología

Se utiliza como material de refuerzo para muchos productos poliméricos. El material compuesto que se produce por este método se denomina popularmente "fibra de vidrio", aunque los términos técnicos incluyen polímero reforzado con fibra (FRP) o plástico reforzado con vidrio (GRP). En español también se encuentra la abreviatura PRFV (plástico reforzado con fibra de vidrio) para referirse a piezas moldeadas con matriz polimérica y refuerzo de vidrio.

Historia breve

A lo largo de la historia hubo experimentos con fibras de vidrio, pero la fabricación en masa se volvió viable cuando se desarrollaron herramientas y fibras más finas para las máquinas. El primer uso industrial importante fue la "lana de vidrio" para el aislamiento, a partir de la década de 1930. Desde entonces la tecnología se ha diversificado y amplificado, permitiendo aplicaciones en transporte, construcción, energía e industria química.

Fabricación y tipos de fibra

La fibra de vidrio se forma cuando el vidrio con base de sílice u otras formulaciones se extruye en muchas fibras de diámetros pequeños, adecuados para el procesamiento textil. El vidrio, aun en forma de fibra, conserva una estructura mayoritariamente amorfa (véase sólido amorfo), lo que condiciona sus propiedades mecánicas y térmicas.

• Tipos comunes de vidrio: E-glass (eléctrico, uso general), S-glass (alta resistencia mecánica), C-glass (resistencia química), AR-glass (resistencia alcalina para hormigón).
• Presentaciones: filamentos continuos (rovings), hilos tejidos, mallas, esteras cortas (chopped strand mat), y lana (fibra corta para aislamiento).
• Dimensionamiento: los diámetros típicos van desde fracciones de micrómetro hasta algunas decenas de micras; la fibra recibe un "sizing" o tratamiento superficial para protegerla y mejorar la adherencia a la resina.

Procesos de fabricación de piezas

Las fibras impregnadas con resina (poliéster insaturado, viniléster, epoxi u otros) se conforman por distintos métodos, entre los que destacan:

• Laminado manual (hand lay-up): capas de fibra y resina aplicadas sobre un molde, adecuado para piezas grandes y de bajo volumen.
• Spray-up: proyección de fibras cortas y resina sobre el molde para producción más rápida.
• Moldeo por compresión: fibras y resina en molde cerrado, para piezas con tolerancias y acabados superiores.
• Pultrusión: proceso continuo para perfiles lineales reforzados, extrusión de fibras impregnadas que pasan por un molde calentado.
• Filament winding (bobinado): bobinado de filamentos impregnados alrededor de un mandril para fabricar tanques y tubos cilíndricos o esféricos.
• RTM (Resin Transfer Molding): inyección de resina en un molde cerrado con seco el refuerzo preformado, permite piezas de alta calidad y repetitivas.

Propiedades

Las propiedades de los compuestos de fibra de vidrio dependen de la orientación y cantidad de fibra, así como de la resina utilizada. En general presentan:

• Alta relación resistencia/peso: buena resistencia a tracción y flexión con baja densidad comparada con metales.
• Resistencia a la corrosión: muy buena frente a muchos agentes químicos y ambientes marinos, por eso se usan en tanques y tuberías.
• Aislamiento eléctrico y térmico: las fibras de vidrio son dieléctricas y ofrecen aislamiento; sin embargo la matriz puede degradarse a altas temperaturas.
• Comportamiento anisótropo: las propiedades mecánicas dependen de la orientación de las fibras (las piezas son más resistentes en la dirección de las fibras).
• Limitaciones: menor resistencia a impacto y compresión localizada frente a algunos metales, sensibilidad al calor (la mayoría de las matrices son termoestables) y comportamiento al fuego con emisión de humos según la resina.

Usos y aplicaciones

Gracias a su versatilidad, la fibra de vidrio se emplea en sectores muy diversos:

• Transporte: carrocerías, paneles, piezas estructurales y componentes en automoción, ferrocarril y náutica (casco de embarcaciones).
• Energía: palas de aerogeneradores, cubiertas y componentes en plantas solares y eólicas.
• Construcción: fachadas, elementos prefabricados, tuberías, tanques de almacenamiento y sistemas de aislamiento.
• Industria química: recipientes, conductos y equipos que requieren resistencia a la corrosión.
• Usos domésticos y deportivos: piscinas, bañeras, tablas y cascos deportivos, mobiliario y accesorios.

Ventajas y desventajas

• Ventajas: ligereza, resistencia a la corrosión, diseño moldeable, buen aislamiento eléctrico y térmico, flexible en procesos de fabricación.
• Desventajas: reciclaje complicado cuando la matriz es termoestable, comportamiento al fuego dependiente de aditivos, desgaste por UV si no se protege, y una resistencia a impacto localizada menor que otros materiales compuestos con fibras de alta resistencia (por ejemplo, fibra de carbono).

Reciclaje y sostenibilidad

El reciclaje de compuestos de fibra de vidrio resulta complejo por la unión permanente entre fibra y matriz (generalmente termoestable). Existen técnicas de recuperación: reciclado mecánico (triturado y reutilización como carga), recuperación energética y procesos químicos o térmicos para separar componentes, además del desarrollo creciente de matrices termoplásticas que facilitan la reciclabilidad. La selección de resinas con menores emisiones y la incorporación de diseños para desmontaje mejoran la sostenibilidad.

Mantenimiento y consideraciones de seguridad

• Proteger las superficies contra radiación UV y agresiones químicas con gelcoats o pinturas adecuadas.
• En trabajos de corte o lijado, usar protección respiratoria y evitar la inhalación de polvo de fibra de vidrio, que puede irritar piel, ojos y vías respiratorias.
• Diseñar teniendo en cuenta la orientación de fibras para soportar cargas previstas y evitar puntos de concentración de tensiones.

En resumen, la fibra de vidrio (GRP/FRP) es un material compuesto muy versátil con un equilibrio interesante entre coste, peso y comportamiento frente a la corrosión, lo que lo hace adecuado para multitud de aplicaciones industriales y de consumo. Su elección exige evaluar resina, tipo de fibra y proceso de fabricación según las prestaciones y requisitos de durabilidad deseados.

Preguntas y respuestas

P: ¿Qué es la fibra de vidrio?

P: ¿Cuáles son los nombres propios del material compuesto producido por la fibra de vidrio?

P: ¿Por qué la fabricación en masa de fibra de vidrio sólo fue posible más tarde en la historia?

P: ¿Cuál fue el primer uso importante de la fibra de vidrio?

P: ¿Cómo se forma la fibra de vidrio?

P: ¿En qué se parece la estructura del vidrio en su estado blando a sus propiedades cuando se hila en forma de fibra?

P: ¿Se ha experimentado con fibras de vidrio a lo largo de la historia?

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