MATERIALES COMPUESTOS

RESEÑA HISTÓRICA  Compuestos en la naturaleza - La madera (fibras de celulosa flexibles en lignina) - En la estructura animal Dientes Cuernos Huesos (apatito/colágeno)  El hombre y los primeros compuestos: Edad antigua: El adobe (arcilla húmeda mezclada con fibras naturales) Edad moderna: El hormigón Neumáticos  : Fabricación de las primeras fibras tecnológicas, básicamente vidrio y carbono, que luego originaron los primeros compuestos.  : Primeras aplicaciones industriales de los compuestos con fibras (EJEMPLO: depósitos de presión)

¿QUE SON LOS MATERIALES COMPUESTOS? ■Son combinaciones de materiales diversos(resinas, poliéster, madera, etc.)con materiales de refuerzo(fibras de carbono, fibras de vidrio, etc.);cuyas propiedades mecánicas son superiores a la simple suma de las propiedades de sus componentes, dando así por resultado un material de característica excepcionales.

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS ■Muy Elevada resistencia mecánica, con un módulo de elasticidad elevado. ■ Baja densidad, en comparación con otros elementos como por ejemplo el acero. ■Resistencia a agentes externos. ■Gran capacidad de aislamiento térmico. ■Resistencia a las variaciones de temperatura, conservando su forma, sólo si se utiliza matriz termoestable. ■Rigidez ■Tenacidad ■Resistencia a la corrosión

APLICACIÓN DE LOS MATERIALES COMPUESTOS. Diferentes aplicaciones de alta tecnología requieren materiales con propiedades inusuales, por ejemplo: ■Industria aeroespacial. ■Industria automotriz. ■Industria de la construcción. ■Industria del deporte. ■Industria Naval

¿COMO ESTÁN FORMADOS LOS MATERIALES COMPUESTOS? ■Los materiales compuestos están formados con materiales continuos y discontinuos, al material continuo se le llama matriz y al medio discontinuo que usualmente es el más fuerte y duro se le llama refuerzo. ■Las propiedades de los compuestos son función de las fases constituyentes

LA MATRIZ La matriz es la fase continua en la que el refuerzo queda concentrado o enfrascado. Tanto materiales: metálicos, cerámicos o resinas orgánicas pueden cumplir con este papel. A excepción de los cerámicos, el material que se elige como matriz no es, en general, tan rígido ni tan resistente como el material de refuerzo. Las funciones principales de la matriz son: ■Definir las propiedades físicas y químicas. ■Transmitir las cargas al refuerzo. ■Proteger y brindar cohesión. ■Determinar la conformabilidad y el acabado superficial.

PROPIEDADES DE LAS MATRICES. ■Soporta las fibras manteniéndolas en su posición correcta. ■Transfiere la carga a las fibras fuertes. ■ Protege las fibras de sufrir daños durante su manufactura y uso. ■Evita la propagación de grietas en las fibras a todo lo largo del compuesto. ■Responsable del control principal de las propiedades eléctricas. ■Las matrices poliméricas son las más comúnmente utilizadas. ■Mediante los compuestos de matriz metálica se cubre una diversidad de aplicaciones aeroespaciales y automotrices. ■Los compuestos de matriz cerámica tienen buenas propiedades a temperaturas elevadas y son más livianos que los de matriz metálica a igual temperatura.

TIPOS DE MATERIALES COMPUESTOS En función del tipo de matriz: Materiales compuestos de matriz metálica (MMC): Materiales compuestos de matriz cerámica (CMC): Materiales compuestos de matriz polimérica (PMC):

MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ METÁLICA. ■En los materiales compuestos de Matriz Metálica se mejora el comportamiento a fluencia respecto de la aleación base, pudiendo obtenerse una direccionalidad de las propiedades. Este incremento de resistencia va unido a una disminución de la tenacidad de la aleación. Se requieren fibras especiales para evitar la reacción química fibra-matriz a altas temperaturas. ■Los costes de fabricación son muy elevados.

MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ CERÁMICA. ■Los materiales COMPUESTOS DE MATRIZ CERÁMICA presentan una enorme complejidad, tanto en su comportamiento como en su producción industrial. El objetivo es disponer de un material cerámico con la inherente resistencia térmica de los cerámicos, pero con un valor de tenacidad que permita su utilización en aplicaciones estructurales.

MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA. Los materiales Compuestos de Matriz Polimérica son los mejor caracterizados y los de mayor utilización industrial. Desde 1980, aviones civiles y militares incorporan progresivamente estos materiales en su estructura externa, hasta un 40% del peso total. ■El tipo de fibra permite también identificar al material. Son de uso generalizado los acrónimos Que corresponden a plásticos reforzados con fibras de carbono, vidrio y aramida, respectivamente.

LA FASE DISPERSA O MATERIAL DE REFUERZO Es la fase discontinua (o dispersa) que se agrega a la matriz para conferir al compuesto alguna propiedad que la matriz no posee. En general, el refuerzo se utiliza para incrementar: ■La resistencia y rigidez mecánicas pero, también, se emplean refuerzos para mejorar el comportamiento a altas temperaturas o la resistencia a la abrasión. ■NOTA: Los materiales de refuerzo que se emplean para la elaboración del material compuesto son las fibras. Este componente es el que aporta la resistencia mecánica, rigidez y dureza al material.

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES COMPUESTOS ● Compuestos reforzados con partículas Partículas grandes Consolidado por dispersión ● Compuestos reforzados con fibras ● Compuestos estructurales Laminares Paneles Sandwich En función de la forma que posea el refuerzo: Fibra de vidrio y fibra de carbono

COMPUESTOS REFORZADOS CON PARTÍCULAS Partículas de gran tamaño. Elevado porcentaje de partícula. Menor dureza ● Partículas grandes Tamaño de partícula pequeño (d: 100 a 2500 A) Pequeño porcentaje de partícula. Aumento de dureza. ● Consolidados por dispersión ■Están compuestos por partículas de un material duro y frágil, dispersas uniformemente, rodeadas por una matriz más blanda y dúctil.

COMPUESTOS REFORZADOS CON FIBRAS Son materiales que contienen fibras en su interior; así, se forman por la introducción de fibras fuertes, rígidas y frágiles dentro de una matriz más blanda y dúctil. Funciones: ■Soportar la carga. En un material compuesto estructural, del 70 al 90 % de la carga esta soportada por las fibras. ■Proporcionar rigidez, resistencia, estabilidad térmica, y otras propiedades estructurales en los materiales compuestos. ■Proporcionar conductividad eléctrica o aislamiento, dependiendo del tipo de fibra usada.

FIBRA DE CARBONO Propiedades Elevada resistencia mecánica -Elevado módulo de elasticidad -Baja densidad -Elevado precio de producción - Resistencia a agentes externos -Gran capacidad de aislamiento térmico -Resistencia a las variaciones de temperatura Usos :Transporte, Aeronáutica, Deporte de alta competición, Joyería, Ortopedia, Construcción. Tipos De muy alto módulo -De alto módulo -De módulo intermedio -De alta resistencia Es una fibra sintetica construida por finos filamentos, compuetos principalmente por carbono Estructura. La estructura atómica de la fibra de carbono es similar al grafito, consiste en láminas de átomos de carbono ordenados en un patrón regular hexagonal

FIBRAS DE VIDRIO ■Material que consta de numerosos y extremadamente finos filamentos de vidrio, con hebras delgadas de silice Tipos Vidrio-E: aplicaciones generales Vidrio-S mayor resistencia y rigidez Vidrio-C: estabilidad química Vidrio-D: baja constante dieléctrica Vidrio-M: muy alta rigidez Usos: Aeronáutica, Ámbito artístico, Telecomunicaciones, deportivo Propiedades: Gran resistencia a tracción, duras, resistencias al ataque químico y flexibles

COMPUESTOS ESTRUCTURALES  Están formados tanto por materiales compuestos como por materiales sencillos y sus propiedades dependen fundamentalmente de la geometría y de su diseño Consisten en dos laminas exteriores de elevada dureza y resistencia(normalmente plástico reforzado, aluminio o incluso titanio), separadas por un material menos denso y menos resistente, (polímeros espumosos, cauchos sintéticos, etc.) Paneles Sandwich Están formados por paneles unidos entre si por algún tipo de adhesivo u otra unión. Laminares

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