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GRUPOS MATERIALES IV: COMPUESTOS
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Definiciones
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Propiedades Las propiedades de los materiales compuestos dependen de una serie de factores: a) propiedades de la matriz y del refuerzo b) contenido de refuerzo c) orientación del refuerzo d) método de producción del material compuesto
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Definiciones Un material compuesto está formado por dos o más componentes y se caracteriza porque las propiedades del material final son superiores a las que tienen los materiales constituyentes por separado. Los materiales compuestos están formados por dos fases; una continua denominada matriz y otra dispersa denominada refuerzo. El refuerzo proporciona las propiedades mecánicas al material compuesto y la matriz la resistencia térmica y ambiental. Matriz y refuerzo se encuentran separadas por la interfase.
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Materiales compuestos de Matriz orgánica
Generalidades La matriz cumple varias funciones en el material compuesto: - Su función principal es soportar la carga aplicada y transmitirla al refuerzo a través de la interfase. Para ello la matriz debe ser deformable. - Proteger las fibras del medio externo y mantenerlas unidas. Esta función requiere una buena compatibilidad entre matriz y refuerzo. Termoestables Las resinas termoestables son aquellas que sufren una serie de reacciones químicas, llamadas de curado o reticulación, dando lugar a un producto rígido, insoluble e infusible. Resinas de poliéster insaturado Resinas vinil-éster Resinas epoxi Termoplásticas Buena resistencia química, absorben poca humedad y buenas propiedades mecánicas. Deformables en alta temperatura y las piezas se pueden reparar fácilmente al reblandecer las piezas por efecto del calor y unir las partes. Admiten almacenamiento ilimitado y son reciclables Polipropileno (PP) Polietilen tereftalato (PET) Policarbonato
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Fases dispersas: Componentes
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Fases dispersas: Componentes
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Fases dispersas: Componentes
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Fases dispersas: Componentes
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Fases dispersas: Componentes
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Fases dispersas: Componentes
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Clasificación de los materiales compuestos
Tipo Subtipos Características Según la forma de los constituyentes Fibrosos el refuerzo es una fibra, es decir, un material con una relación longitud-diámetro muy alta. Las fibras pueden ser continuas o discontinuas (estas últimas pueden ser aleatorias o direccionales). epoxi con fibra de vidrio. Particulados el refuerzo son partículas equiaxiales, es decir, las dimensiones de las partículas son aproximadamente iguales en todos los sentidos caucho reforzado Estructurales son materiales constituidos por la combinación de materiales compuestos y materiales homogéneos. laminados o sándwich según la naturaleza de los constituyentes matriz orgánica presentan baja densidad, posibilidad de obtención de piezas complicadas, son los más utilizados en la actualidad. Entre sus desventajas se incluye la poca resistencia frente al fuego. matriz metálica mayor duración, elevada conductividad térmica y eléctrica, no absorben humedad, mayor resistencia al desgaste. Su principal desventaja es su alto precio Matriz mineral Destacan porque resisten temperaturas elevadas y su principal desventaja su fragilidad y baja resistencia a choques térmicos. según el tamaño de la fase dispersa Microcomposites el tamaño del refuerzo es del orden de la micra (10-6 m). A pesar de las mejores propiedades mecánicas de estos composites, también presentan problemas: dificultad de procesado, no se pueden procesar para obtener láminas o fibras Nanocomposites el tamaño del refuerzo es del orden del nanómetro (10-9 m=10-3 m). En este caso, las interacciones matriz-refuerzo se dan a nivel molecular.
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Aplicaciones de los materiales compuestos
Las aplicaciones actuales exigen materiales de baja densidad y buenas propiedades mecánicas (elevada rigidez y resistencia). Esta combinación de propiedades no se puede conseguir con los materiales convencionales: metales, polímeros y cerámicos. El desarrollo de los composites ha permitido la mejora de las propiedades de los materiales.
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Estructuras laminares y tipo sandwich
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Estructuras laminares y tipo sandwich
Materiales laminados Estos materiales compuestos están formados por láminas apiladas y unidas por medio de un adhesivo. Las láminas pueden estar formadas por roving, mat o tejido impregnado de polímero. Las láminas pueden estar formadas por materiales diferentes y en este caso, se denominan laminados híbridos. La orientación en cada lámina puede ser: Unidireccional: cuando todas las fibras están paralelas. Esta orientación se utiliza, por ejemplo, en palos de golf. Bidireccional: cuando la mitad de las fibras están orientadas en ángulo recto con respecto a la otra mitad. Esta orientación se utiliza en materiales para aplicaciones estructurales. Multidireccional: en este caso, el material es isotrópico. Las propiedades da cada lámina dependen de los siguientes factores: - Naturaleza de la fibra - Presentación de la fibra (roving, mat, tejido, etc.) - Porcentaje de fibra - Orientación: el material se caracteriza por una secuencia de apilamiento, o definición de la orientación de cada lámina respecto de un eje arbitrario de referencia.
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Estructuras laminares y tipo sandwich
Materiales sandwich Una estructura sándwich está compuesta principalmente por tres elementos: a) Alas: compuestas por unas láminas delgadas, resistentes y generalmente con mejores propiedades que el resto de componentes. Se caracteriza por su rigidez y su resistencia a la compresión. b) Núcleo: es un material ligero cuya función principal es separar las alas y transmitir los esfuerzos cortantes de un ala a la otra. Se caracteriza por su baja rigidez y resistencia en tracción. c) La interfase de unión entre las alas, y el núcleo, que tiene como objeto mantener unidos el núcleo y las alas y permitir la transferencia de las cargas entre ambos. Los plásticos reforzados tienen una elevada resistencia pero su rigidez no es lo suficientemente elevada para algunas aplicaciones. Los materiales sándwich, por el contrario, presentan una elevada resistencia isn apenas incremento de peso. Estas estructuras son las más utilizadas en el área de los materiales compuestos. Los materiales sandwich presentan las siguientes ventajas: Alta resistencia y rigidez específicas Aislamiento térmico y acústico Gran capacidad de absorción de energía Entre sus desventajas destaca la complejidad del control de calidad.
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Estructuras laminares y tipo sandwich
Materiales utilizados para las alas a) Metálicos: acero y aleaciones de aluminio b) No metálicos: madera laminada, cemento, composites de matriz polimérica reforzados con fibra. Estos últimos son los más utilizados. Materiales utilizados para los núcleos: Madera, metales, cartón, espumas, fibras, metales, entre otros. Deben ser: Baja densidad Resistencia a la cortadura Rigidez perpendicular a las caras Aislamiento térmico Los principales tipos de núcleo son: Corrugados Nido de abeja Balsa de madera Espumas celulares.
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Ventajas que presentan los materiales compuestos
- Alta resistencia específica (resistencia/densidad) y rigidez específica (rigidez/densidad) Posibilidad de adaptar el material el esfuerzo requerido gracias a la anisotropía
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