MATERIALES COMPUESTOS

¿Qué son ?

• Los materiales compuestos son materiales de ingeniería, combinaciones de materiales diversos como resinas epoxi, poliéster, acrílicas, poliuretánicas, con materiales de refuerzo tales como fibras de carbono, fibras de vidrio, fibras aramídicas, etc.

• Los materiales compuestos están constituidos por 2 o más materiales, que generan propiedades no obtenibles mediante uno solo. La mayoría de ellos constan de un determinado material de refuerzo y una resina aglomerante compatible con el objeto de obtener las características específicas y propiedades deseadas.

¿Qué son ?

Normalmente, los componentes no se disuelven recíprocamente y pueden ser identificados físicamente gracias a la interfase entre los mismos. Los materiales compuestos pueden ser de muchos tipos. Los que predominan son los fibrosos (o compuestos de fibras en una matriz) y los particulados (compuestos de partículas en una matriz).

¿Qué son ?

Dos clases de materiales compuestos modernos son la fibra de vidrio que refuerza una matriz de poliéster o resina epoxi y las fibras de carbono en una matriz epoxídica. Otros ejemplos: el concreto, la madera contrachapada (triplay).

¿Qué son ?

¿Cómo surgen?

Estos materiales nacen de la necesidad de obtener materiales que combinen las propiedades de los cerámicos, los plásticos y los metales. Por ejemplo en la industria del transporte son necesarios materiales ligeros, rígidos, resistentes al impacto y que resistan bien la corrosión y el desgaste, propiedades éstas que rara vez se dan juntas.

A pesar de haberse obtenido materiales con unas propiedades excepcionales, las aplicaciones prácticas se ven reducidas por algunos factores que aumentan mucho su costo, como la dificultad de fabricación o la incompatibilidad entre materiales.

La gran mayoría de los materiales compuestos son creados artificialmente pero algunos, como la madera (fibras de celulosa en una matriz de

¿Cómo surgen?

¿Cómo están formados?

lignina y hemicelulosa) y el hueso (matriz ósea reforzada con fibras de colágeno), aparecen en la naturaleza.

Aunque existe una gran variedad de materiales compuestos, en todos se pueden distinguir las siguientes partes:

Agente reforzante: es una fase de carácter discreto y su geometría es fundamental a

la hora de definir las propiedades mecánicas del material.

Fase matriz o simplemente matriz: tiene carácter continuo y es la responsable de las propiedades físicas y químicas. Transmite los esfuerzos al agente reforzante. También lo protege y da cohesión al material.

¿Cómo están formados?

¿Cómo se clasifican?Los materiales compuestos se pueden dividir en tres grandes grupos:

•Materiales Compuestos reforzados con partículas.

•Materiales Compuestos reforzados con fibras.

•Materiales compuestos estructurales.

Materiales Compuestos reforzados con partículas.

Están compuestos por partículas de un material duro y frágil dispersas discreta y uniformemente, rodeadas por una matriz más blanda y dúctil.Tipos: Endurecidos por dispersión Formados por partículas verdaderas.

¿Cómo se clasifican?

Materiales Compuestos reforzados con fibras. Un componente suele ser un agente reforzante como una fibra fuerte: fibra de vidrio, cuarzo, kevlar, Dyneema o fibra de carbono que proporciona al material su fuerza a tracción, mientras que otro componente (llamado matriz) que suele ser una resina como epoxy o poliéster que envuelve y liga las fibras, transfiriendo la

¿Cómo se clasifican?

carga de las fibras rotas a las intactas y entre las que no están alineadas con las líneas de tensión. También, a menos que la matriz elegida sea especialmente flexible, evita el pandeo de las fibras por compresión. Algunos compuestos utilizan un agregado en lugar de, o en adición a las fibras.

¿Cómo se clasifican?

En términos de fuerza, las fibras (responsables de las propiedades mecánicas) sirven para resistir la tracción, la matriz (responsable de las propiedades físicas y químicas) para resistir las deformaciones, y todos los materiales presentes sirven para resistir la compresión, incluyendo cualquier agregado.Los golpes o los esfuerzos cíclicos pueden causar que las fibras se separen de la matriz, lo que se llama delaminación.

¿Cómo se clasifican?

Materiales compuestos estructurales.

Panel sandwich con núcleo en forma de panal.

Están formados tanto por composites como por materiales sencillos y sus propiedades dependen fundamentalmente de la geometría y de su diseño. Los más abundantes son los laminares y los llamados paneles sandwich.

¿Cómo se clasifican?

Los laminares están formadas por paneles unidos entre si por algún tipo de adhesivo u otra unión. Lo más usual es que cada lámina esté reforzada con fibras y tenga una dirección preferente, más resistente a los esfuerzos. De esta manera obtenemos un material isótropo, uniendo varias capas marcadamente anisótropas.

¿Cómo se clasifican?

Es el caso, por ejemplo, de la madera contrachapada, en la que las direcciones de máxima resistencia forman entre sí ángulos rectos.Los paneles sandwich consisten en dos láminas exteriores de elevada dureza y resistencia,, (normalmente plásticos reforzados, aluminio o incluso titanio), separadas por un material menos denso y menos resistente, (polímeros espumosos, cauchos sintéticos, madera balsa o

¿Cómo se clasifican?

cementos inorgánicos). Estos materiales se utilizan con frecuencia en construcción, en la industria aeronáutica y en la fabricación de condensadores eléctricos multicapas.

¿Cómo se clasifican?

Estructura

• Agente reforzante: su geometría es fundamental la hora de definir las propiedades mecánicas del material.

• Matriz : tiene carácter continuo y es la responsable de las propiedades físicas y químicas. Transmite los esfuerzos al agente reforzante. También lo protege y da cohesión al material.

Modos de producción• Fabricación PMCs ( Introducción )-Objetivos - Buen mojado de fibras - Distribución uniforme del refuerzo - Alineamiento correcto-Rutas para resinas termoestables - Impregnación de resinas líquidas -Bobinado -Pultrusión -Moldeo por compresión - Consolidacion bajo presión de “ pre-pegs” - Consolidación de resinas en molde-Rutas para resinas termoplásticas - Moldeo por inyección - Moldeo por compresión en caliente

Impregnación

• Fibras impregnadas mediante laminación o pulverización con resinas de baja viscosidad, previamente mezcladas con el endurecedor. El curado se realiza en general a temperatura ambiente. Se emplea un molde

Para fibras largas

Para fibras cortas

Ventajas e inconvenientes

Ventajas - Gran versatilidad - Variedad de formas- Bajo coste herramientas- Operación sencilla

Inconvenientes- Los laminados tienden a

ser ricos en resina- Es necesario emplear

altos niveles de diluyentes

- Problemas de seguridad laboral por la baja viscosidad de las resinas

Bobinado Ventajas- Automatizable- Rápido- Contenido en resina

controlable- Se elimina elaboración de

preforma de fibras- Buenas propiedades

mecánicas

Inconvenientes- Limitado a formas

convexas- Problemas para controlar

algunas geometrías del refuerzo

- Cara externa pobre estéticamente

- Generalmente se necesitan resinas de baja viscosidad

Bobinado

Pultrusión Ventajas- Muy rápido ( proceso

continuo- Control preciso de la

cantidad de resina- Se elimina elaboración de

preforma de fibras- Productos de elevada

resistencia- Bajas emisiones de

productos volátiles

Inconvenientes- Limitado a componentes

de sección transversal contante

- Los costes de calentamiento de las matrices pueden ser elevados

Pultrusión

Moldeo por compresión

Ventajas- Elevadas fracciones

volumétricas de fibras con muy baja porosidad

- Método seguro (resina no expuesta al ambiente)

- Alta calidad estética (moldes)

Inconvenientes- Costes elevados de los

moldes y precisión encaje- Generalmente limitado el

tamaño de las piezas fabricadas

- Pueden aparecer zonas con impregnación defectuosa

Moldeo por compresión

Aplicaciones:Componentes automóviles, Pequeños componentes

de aviones, Asientos de trenes, Raquetas de tenis

Futuro de estos materiales

Estos materiales cada vez se utilizan más y proporcionan una gran versatilidad de usos (Puentes, pilares capaces de soportar grandes esfuerzos rápidos, resistencia ante tornados y huracanes, revestimiento de aviones ), casi todos estos materiales pueden remplazar al que se utiliza actualmente, abaratando costes y dando mejores prestaciones. Por todo esto, los materiales compuestos irán reemplazando a los tradicionales.