Compuestos ablativos de matriz polimérica (resina poliésteri reforzada con materiales de desecho industrial y fibra de vidrio Translated title: Compósitos ablativos de matriz polimérica (resina poliéster) reforçada com materiais de resíduo industrial e fibra de vidro Translated title: Ablative Composites of Polymeric Matrix (Polyester Resin) Reinforced With Industrial Residue Materials and Fiberglass

Abstract

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.

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Resumo Os materiais ablativos são a base dos sistemas de proteção térmica de equipamentos ou elementos recuperáveis que, em serviço, são expostos a elevadas temperaturas. Em geral, esses materiais são de difícil aquisição e de alto custo, o que dificulta sua aplicação em países como a Colômbia. Esta pesquisa descreve a obtenção e a caracterização de materiais compostos de tipo ablativo baseados em uma matriz de resina poliéster reforçada com materiais particulados (60-70 % em peso) e fibra de vidro curta (5 % em peso). Como particulados, foram utilizados resíduos cerâmicos e escória de alumínio finamente moídos (<75 μm), destacando que ambos os materiais são subprodutos industriais. Os compósitos desenvolvidos foram submetidos ao ensaio de chama direta com o objetivo de avaliar seu desempenho ablativo. Dessa maneira, foram estimadas as condições térmicas (1.600-2.000 °C) às quais o bocal de um foguete de órbita baixa (tipo sonda) foi exposto. Além disso, foi avaliado o efeito do ensaio ablativo sobre o nível de rachadura e erosão (perda de peso) dos componentes desenvolvidos. Como medida indireta do desempenho mecânico residual dos compósitos, foi determinada a dureza da zona termicamente afetada. Os resultados obtidos são considerados de grande relevância para a produção de sistemas de proteção térmica ou componentes de propulsão com matérias-primas de fácil aquisição e de baixo custo na Colômbia.

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Abstract The ablative materials are the base of the thermal protection systems for equipment and recoverable elements that, when used, are exposed to high temperatures. Generally, these materials are hard to acquire and costly, which makes difficult their application in countries such as Colombia. This research describes the acquisition and characterization of ablative composites based on a matrix of polyester resin reinforced with particulate materials (60-70 % in weight) and fiberglass (5 % in weight). Ceramic residues and aluminum dross finely ground (<75 μm) were used as particulates, highlighting that both materials are industrial byproducts. The developed composites were put through the direct flame test to assess their ablative performance. Thus, the thermal conditions (1,600-2,000 °C) to which the nozzle of a low orbit rocket (prove type) is exposed were simulated. Complementarily, the effect of the ablative test over the cracking level and erosion (loss of weight) of the developed composites were assessed. As an indirect measure of the residual mechanic performance of the composites the hardness of the thermally affected area was determined. The gathered results are considered highly important for the production of thermic protection systems or propelling composites with raw materials of easier acquisition and lower cost in Colombia.