MATERIALES COMPUESTOS

Además de los metales, los cerámicos, y los polímeros, se puede distinguir una cuarta categoria que son los materiales compuestos. de alguna forma son los mas interesantes en la ingeniería ya que su estructura es mas compleja que los anteriores.

Un material compuesto es un sistema de materiales formado por 2 o mas fases físicas distintas, cuya combinación produce propiedades conjuntas que son diferentes de las de sus constituyentes

TECNOLOGÍA Y CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES COMPUESTOS

Un material compuesto se puede clasificar en varias formas entre las cuales se distingue:

Materiales compuestos tradicionales: son aquellos que existen en la naturaleza o han sido producidos por antiguas civilizaciones

Materiales compuestos sintéticos: son sistemas de materiales modernos asociados normalmente con las industrias de manufactura, donde los componentes se producen de forma separada bajo control para lograr la estructura, propiedades y la geometría deseadas ..\..\Eddy\Videos\Descargas de RealPlayer\Fibras de carbono y materiales compuestos C C.flv

COMPONENTES DE UN MATERIAL COMPUESTO

Consisten en 2 fases : Fase primaria (Matriz). Es el volumen donde se encuentra alojado el

refuerzo, se puede distinguir a simple vista por ser continuo. Los refuerzos deben estar fuertemente unidos a la matriz, de forma que su resistencia y rigidez sea transmitida al material compuesto. El comportamiento a la fractura también depende de la resistencia de la interfase. Una interfase débil da como resultado un material con baja rigidez y resistencia pero alta resistencia a la fractura y viceversa.

Fase secundaria (agente refuerzo) Nos referimos a la fase secundaria como al

refuerzo puede ser en forma de fibras particulas u otros

Los compuestos se clasifican en: Compuestos en matriz metálica Compuestos de matriz cerámica Compuestos en matriz polimérica

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS

En la selección de un material compuesto, se busca una generalmente una condición optima de propiedades mas que una propiedad en particular. Por ejemplo el fuselaje y las alas de un avión deben ser de peso ligero y tener una resistencia, rigidez y tenacidad . Es difícil encontrar un material monolítico que satisfaga estos requerimientos. varios polímeros reforzados con fibra poseen esta combinación de propiedades.

Las propiedades de un material compuesto se determinan por 3 factores:

1) los materiales usados como fases componentes en el compuesto

2) la forma geométrica de los componentes y la estructura resultante del sistema compuesto

3) la manera en la cual las fases interactúan entre si

REGLA DE LAS MEZCLAS

La masa del material compuesto es la suma de las masas de la matriz y de las fases de refuerzos; es decir:

mc=mm +mr

Donde m=masa ( Kg.) y los subíndices c, m y r indican el compuesto, la matriz y las fases de refuerzo,

respectivamente.

COMPUESTOS REFORZADOS CON FIBRA La determinación de las propiedades

mecánicas de los compuestos a partir de las propiedades de sus constituyentes es común mente mas laborioso. La regla de las mezclas funciona en algunos casos. Se puede utilizar para estimar el modulo de elasticidad de un compuesto reforzado con fibras continuas donde Ec se mide en la dirección longitudinal.

OTRAS ESTRUCTURAS DE LOS COMPUESTOS

Una estructura laminar compuesta consiste en dos o mas capas unidas para formar pieza integral. Generalmente las capas son suficientemente gruesas para identificar de forma fácil al compuesto.

ESTRUCTURAS LAMINARES COMPUESTAS Estructura laminar

convencional

Estructura sándwich con corazón de espuma Estructura

sándwich de panel

COMPUESTOS EN MATRIZ METÁLICA

Los compuestos de matriz metalica (MMC)Consiste en una matriz matalica reforzada por

una segunda fase. La fase de refuerzo comunes incluyen

1) Partículas de cerámica 2) Fibras de varios materiales como otros

metales, cerámicos, carbono y boro. Los MMC del primer tipo son llamados comúnmente como cermets.

CERMETSUN CERMET ES UN MATERIAL COMPUESTO EN EL CUAL UN CERÁMICO ESTA CONTENIDO EN UNA MATRIZ METÁLICA. EL CERÁMICO DOMINA Y ALCANZA UN 96% VOLUMEN. LA UNIÓN SE MEJORA MEDIANTE UNA LIGERA SOLUBILIDAD ENTRE LAS FASES DE TEMPERATURA. LOS CEMETS SE SUBDIVIDEN:

CARBUROS CEMENTADOS

Comprenden uno o mas compuestos de carburo, Enlazados con una matriz metálica. Los carburos cementados comunes se basan en carburo de tungsteno, titanio y cromo. Los aglutinantes metálicos principales son : cobalto y níquel. Los carburos cerámicos son los principales ingredientes de carburos cementados. Que son el 80% al 95% peso T. Cobalto principal aglutinante de carburo de tungsteno, + cobalto - dureza + resistencia a la ruptura transversal . La aplicación es herramienta de corte y datos para el estirado de alambres, brocas (donde la resistencia y dureza son factores críticos)

..\..\Eddy\Videos\Descargas de RealPlayer\CerMet Application, re Pistons.flv

Se usan: Aplicación de alta temperatura Aglutinante preferido níquel Mayor resistencia a la oxidación de altas

temperaturas que la del cobalto. Aplicaciones: Termopares, tubos de protección, boquilla se

sopletes también se utilizan como material de herramienta de corte para el maquinado de aceros.

Utilizan Al2O3 como fase particulada MgO oxido que se utiliza algunas veces Utiliza como:

COMPUESTOS DE MATRIZ METÁLICA REFORZADA CON FIBRAS

Combinan la alta resistencia a la tensión Modulo de elasticidad de una fibra con metales

de baja densidad logrando buenas relaciones de resistencia y el modulo de elasticidad al peso en el material compuesto resultante

Metales típicos que se usan como matriz de baja densidad son el aluminio magnesio y titanio.

Propiedades de los compuestos de matriz metálica reforzado son antitropicas.

El modulo de elasticidad y resistencia a la tensión se incrementa con el aumento de volumen de fibra

propiedades: alta rigidez , dureza, dureza en caliente y baja densidad.

Fallas: baja tensión y resistencia a la tensión en volumen y susceptibles de fractura X acción térmica. Los cms son el intento de retener las propiedades buenas de los cerámicos.

Consisten en una FASE CERAMICA PRIMARIA en bebida de una secundaria.

Aplicaciones: resistencia a temperaturas elevadas y corrosivos para otros materiales

COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA

Los materiales compuestos de matriz polimérica, podemos definirlos como materiales con buenas propiedades mecánicas, resistentes a la corrosión y a los agentes químicos, y que dadas susparticulares características, pueden ser moldeados con absoluta libertada de formas. Son aquellosmateriales en los cuales la matriz está constituida por un polímero y el refuerzo es algún tipo de fibra, ya sea sintética o inorgánica.

Podemos destacar entre éstos los materiales compuestos termoestables, con sus principales grupos de matrices, las resinas poliéster, viniléster, epoxi, y fenólicas; y, como materiales de refuerzo, las fibras de vidrio, las aramídicas (kevlar) y las de carbono, tomando la forma de numerosos tipos de estructuras textiles simples o combinadas.

Polímeros reforzados con fibraun polímero reforzado con fibra es un material compuesto que

consiste en una matriz de polímero incorporada con fibras de alta resistencia.

Los polimeros son generalmente termofijos, plásticos como los poliesteres o epoxicos insaturados(Se dice de un tipo de resina sintética, dura y resistente, utilizada en la fabricación de plásticos, pegamentos, etc.) son compuestos de monómeros, suelen reconocerse como plásticos, precisamente por su capacidad de deformarse. Los arreglos pueden ser lineales, ramificados o entrelazados, lo cual les da una gran versatilidad en su forma. También tienen capacidad de aceptar aditivos que le incorporan diferentes posibilidades, como pigmentación, resistencia a degradaciones y a la intemperie, mayor flexibilidad. En algunos casos, como el teflón, puede soportar una temperatura de 300° C.

Los polimeros reforzados con fibra FRP utilizan fibras de refuerzo de boro, carbono o kevlar. Las resinas epoxicas son matrices comunes de polimero. Estos compuestos generalmente tienen alto contenido de fibras y poseen alta resistencia y modulo de elasticidad. Cuando se combinan dos o mas materiales en un FRP se le llama compuesto hibrido. Las ventajas que se sitan de los hibridos sobre los FRP convencionales o avanzados incluyen resistencia balanceada, rigidez, tenacidad mejorada, resistencia al impacto y peso reducido. Ejemplos de los compuestos avanzados e hibridos son las aplicaciones aeroespaciales.

PropiedadesNumerosas características distinguen a los plásticos con fibra

como materiales de ingeniería. Los mas notables son:

1- alta relación de resistencia al peso

2- altas relaciones de modulo al peso

3- baja gravedad especifica

Aplicaciones

La industria aeroespacial es uno de los mas grandes usuarios de los compuestos avanzados. Los diseñadores se esfuerzan continuamente en reducir los pesos de los aviones para incrementar su eficiencia de combustible y su capacidad de carga..

La industria automotriz es otro usuario importante de los FRP. La aplicación mas obvia de estos materiales son tableros de carroceria y cabinas de camiones.