• Author / Uploaded
• Pascual Morales

• Categories
• Material compuesto
• Materiales
• Materiales de construcción
• El hombre hace Materiales
• Química

Citation preview

MATERIALES COMPUESTOS CARRERA: PROCESOS DE PRODUCCION INDUSTRIALES

ALUMNO: PASCUAL MORALES SANTIAGO

ASIGNATURA: PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

CUATRIMESTRE 2

GRUPO 4

1

En ciencia de materiales reciben el nombre de materiales compuestos aquellos materiales que se forman por la unión de dos materiales para conseguir la combinación de propiedades que no es posible obtener en los materiales originales. Estos compuestos pueden seleccionarse para lograr combinaciones poco usuales de rigidez, resistencia, peso, rendimiento a alta temperatura, resistencia a la corrosión, dureza o conductividad [1]. Los materiales son compuestos cuando cumplen las siguientes características:    

Están formados de 2 o más componentes distinguibles físicamente y separables mecánicamente. Presentan varias fases químicamente distintas, completamente insolubles entre sí y separadas por una interface. Sus propiedades mecánicas son superiores a la simple suma de las propiedades de sus componentes (sinergia). No pertenecen a los materiales compuestos, aquellos materiales polifásicos; como las aleaciones metálicas, en las que mediante un tratamiento térmico se cambian la composición de las fases presentes[2]

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 y el hueso, aparecen en la naturaleza

Tipos de Materiales Compuestos. En general los materiales compuestos se pueden clasificar de la siguiente manera: 1) Materiales compuestos naturales; madera, hueso, bambú, músculos y otros tejidos. 2) Materiales micro-compuestos; Aleaciones metálicas y termoplásticos endurecidos, hojas para moldeo continuo y termoplásticos reforzados. 3) Macrocomposites; Acero galvanizado, vigas de hormigón armado,

2

palas de helicópteros y esquís. Está tesis se enfoca en los materiales micros-compuestos, en especial en los termoplásticos reforzados y se clasifican de la siguiente manera: 1) Fibras continúas en matriz: orientadas o en distribución aleatoria. 2) Fibras cortas en matriz: orientadas ó en disposición aleatoria. 3) Particulado (macro partículas esféricas, planas, elipsoidales, irregulares, huecas o macizas) en matriz. 4) Dispersión: igual que el particulado pero con tamaños de partículas > 10-8 m. 5) Estructuras laminares. 6) Esqueletos o redes interpenetrantes 7) Multicomponentes, fibras partículas, etc. Clasificación Los materiales compuestos se pueden dividir en tres grandes grupos:

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: Compuestos endurecidos por dispersión Compuestos con partículas propiamente dichas Compuestos endurecidos por dispersión El tamaño de la partícula es muy pequeño (diámetro entre 100 i 2500 μ). A temperaturas normales, estos compuestos no resultan más resistentes que las aleaciones, pero su resistencia disminuye inversamente con el aumento de la temperatura. Su resistencia a la termofluencia es superior a la de los metales y aleaciones. Sus principales propiedades son:    

La fase es generalmente un óxido duro y estable. El agente debe tener propiedades físicas óptimas. No deben reaccionar químicamente el agente y la fase. Deben unirse correctamente los materiales.

3

[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 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. 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. 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. Los laminares están formadas por paneles unidos entre sí 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. Es el caso, por ejemplo, de la madera contrachapada, en la que las direcciones de máxima resistencia forman entre sí ángulos rectos.

4

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

1.2 Aplicaciones compuestos

de

los

materiales

En los últimos años ha habido un rápido crecimiento de los materiales compuestos, los cuales han ido reemplazando a otros materiales en especial a los metales (Figura 1.1). Las ventajas de los materiales compuestos aparecen cuando se consideran el módulo de elasticidad por unidad de peso (módulo específico) y la resistencia por unidad de peso (resistencia específica). En los materiales compuestos este módulo es muy alto, es decir se reduce mucho peso, lo cual es muy importante en la industria del transporte ya que al reducir el peso en las partes móviles, se incrementa el desempeño y un ahorro de energía. En la tabla 1.2 se muestran algunos ejemplos de las aplicaciones de los materiales compuestos en particular de plásticos reforzados con fibra.

Figura 1.1 Importancia de los Materiales Compuestos a Través del Tiempo Tipos de Fibras. 5

Las fibras de refuerzo están disponibles en varios tipos, fibras cortas, fibras continuas unidireccionales, fibras en forma tejida, en forma de rodillo y formas pre-impregnadas con resina. La sección transversal de una fibra de carbón, Kevlar o vidrio es muy pequeña, típicamente de 10 mm de diámetro. Por lo tanto las fibras son tejidas entre sí para formar un hilo de múltiples fibras, estos hilos son cortados para formar hilos que varían de 3 mm a 50 mm de longitud. Dependiendo del método de manufactura, las fibras se pueden Orientar aleatoriamente o en una dirección, usualmente paralelas al flujo de la matriz. Refuerzos con fibras cortas se utilizan cuando no se requiere de una alta resistencia. Cuando se requiere de una alta resistencia, se utilizan fibras continuas, las cuales su longitud es de más de 50 mm por lo general se utilizan fibras continuas en toda la longitud del componente ya sea en una dirección (unidireccionales) en componentes en donde la fuerza solo se aplica en una dirección. Cuando se requiere de resistencia en más direcciones, se utilizan fibras tejidas, dependiendo del número de tejidos en cada una de las direcciones y del número de fibras en cada uno de los hilos del tejido, se puede controlar la fuerza que se requiere en cada dirección. Últimamente se ha empezado a utilizar las formas pre-impregnadas (prepregs). Estos son una sola capa de fibras ya sea unidireccionales o tejidas preimpregnadas con resina, solo que está resina aun no está curada, después de darle la forma deseada por la persona que la va a utilizar se cura al vacío y en un horno. Este tipo de presentación ofrece muchas ventajas, ya que la persona va a utilizar este material no requiere de un conocimiento avanzado de la química de la resina y de las fibras, evitando así variaciones en las propiedades esperadas, otra ventaja es la simplicidad de cortar formas irregulares y adaptarlas fácilmente a un molde. En la Tabla 1.1 se muestran algunas propiedades de las fibras más usadas.

Aplicaciones de los Materiales Compuestos Industria

Ejemplos

Aeronáutica

Alas, fuselajes, palas de Helicópter o.

Automóviles

Náutica Química

tren

de

aterrizaje,

Piezas de la carrocería, alojamiento de los faros, parrillas, parachoques, bastidores de los asientos, árbol del motor. Cascos, cubiertas, mástiles. Conducciones, recipientes de presión.

6

Mobiliario equipamiento

y

Estanterías, armazones, sillas, mesas, escaleras. Paneles, aislantes, caja de interruptores. Cañas de pescar, palos de golf, piscinas Esquís, canoas.

Eléctrica Deportes

Simbología

7