Materiales compuesto

INTRODUCCION

1.1 DEFINICIÓN

Materiales compuestos reforzados con fibra consisten en fibras de alta resistencia y alto módulo incrustado o unido a una matriz con distintas interfaces entre ellos. En esta forma, tanto las fibras y la matriz conservan su identidad física y química, sin embargo, producen una combinación de propiedades que no se puede lograr con cualquiera de loscomponentes por sí solos. En general, las fibras son los principales miembros que soportan cargas, mientras que la matriz que las rodea las mantiene en el lugar y orientación deseados, actúa como un medio de transferencia de carga entre ellas, y las protege de los daños ambientales debido a altas temperaturas y humedad, por ejemplo. Por lo tanto, aunque las fibras suministran refuerzo para la matriz, estaúltima también una serie de funciones útiles en un material compuesto reforzado con fibras.

El principal uso comercial en fibras son diversos tipos de vidrio y carbono, así como Kevlar 49. Otras fibras, como el boro, el carburo de silicio y óxido de aluminio, se utilizan en cantidades limitadas. Todas estas fibras pueden ser incorporadas en una matriz, bien en longitudes continuas odiscontinuas. La matriz puede ser un material de polímero, un metal o una cerámica. Diversas composiciones químicas y microestructurales pueden ser posibles en cada matriz según el tipo. La forma más común en el que los compuestos reforzada con fibras se utiliza en aplicaciones estructurales es en laminado, que es hecho por una serie de apilamiento de finas capas de fibras y la matriz, consolidados aunespesor deseado. La orientación de la fibra en cada capa, así como la secuencia de apilamiento de varias capas en un compuesto laminado puede ser controlada para generar una amplia gama de propiedades físicas y mecánicas de los compuestos laminados. En este libro, centramos nuestra atención en la mecánica, el rendimiento, la fabricación, y el diseño de polímeros reforzados con fibra. La mayoría de losdatos presentados en este libro están relacionados con la resina epoxi reforzado con fibra en laminados, aunque otras matrices poliméricas, incluidas las matrices de termoplásticos, también se consideran. Compuestos de matriz cerámica y metálica son relativamente nuevas, pero los acontecimientos importantes de estos compuestos también serán comentados también. Otro material de gran interéscomercial se clasifica como compuesto reforzado con partículas. Los principales constituyentes de estos compuestos son las partículas de mica, sílice, esferas de vidrio, carbonato de calcio, y otros. En general, estas partículas no contribuyen a la capacidad de carga del material y actúan más como un relleno que como refuerzo para la matriz.

Otro tipo de compuestos que tienen el potencial deconvertirse en un material importante en el futuro son los nanocompuestos. A pesar que los nanocompuestos están en una etapa temprana de desarrollo, están recibiendo un alto grado de atención del mundo académico, así como de un gran número de industrias, incluyendo la aeroespacial, automotriz, y biomédica. El refuerzo en nanocompuestos es nanopartículas, nanofibras o nanotubos de carbono. El diámetroefectivo de estos refuerzos es del orden de 10-9 m, mientras que el diámetro efectivo del refuerzo s utilizado en los materiales compuestos reforzados de fibra es del orden de 10-6 m.

1.2 CARACTERÍSTICAS GENERALES

Muchos polímeros reforzados con fibra ofrecen una combinación de resistencia y rigidez que son comparables o mejores que muchos materiales metálicos. Debido a su baja densidad,la relación resistencia/masa y rigidez/masa de estos materiales compuestos son notablemente superiores a las de materiales metálicos (tabla 1.1). Además, que la resistencia a la fatiga, de muchos compuestos laminados son excelentes. Por estas razones, los polímeros reforzados con fibra han surgido como una de las principales clases de materiales estructurales y se utilizan o están considerando...