Materiales compuestos (taller)

MATERIALES COMPUESTOS
TALLER

1. Describa al menos un mecanismo de fabricación de fibra de carbono y explique a qué tipo de fibra de carbono corresponde la obtenida por el proceso PAN. Pág 11

La fibra de carbono proviene de dos fuentes, poliacrilonitrilo (PAN) y brea, las cuales reciben el nombre de precursores. La fibra de carbono se produce a partir de fibras de PAN en tres etapas deelaboración:
a) Fase de estabilización de las fibras de PAN, donde son estiradas para formar una malla o red fibrilar paralelamente a un eje, para luego ser oxidadas en aire a una temperatura aproximada de 200 a 220 °C mientras se mantiene en tensión.
b) Carbonización: durante este proceso las fibras estabilizadas son calentadas hasta su transformación en fibra de carbono mediante laeliminación de O, H y N de la fibra original a una temperatura de 1000 a 1500 °C. Durante la carbonización se forman hebras o cintas de estructuras estratificadas como el grafito dentro de cada fibra, aumentando enormemente la resistencia a la tensión del material.
c) Tratamiento de grafitización, este se emplea si se lo desea y es un aumento del modulo de elasticidad a expensas de una altaresistencia a la tracción mediante temperaturas superiores a los 1800 °C, aumentando el grado de orientación preferida de los cristales tipo grafito dentro de las fibras.

2. Describa las diferencias de comportamiento mecánico de las fibras de kevlar, carbono y vidrio. (13,14,15)
* Las fibras de carbono son frágiles y muestran una recuperación elástica del 100% cuando se someten a esfuerzosinferiores a los de rotura.
* En lo que se refiere a las fibras de vidrio, se han usado muchas combinaciones de vidrios minerales. El vidrio E es el más usado por sus buenas propiedades de resistencia, rigidez, eléctricas y de desgaste. El C tiene una mayor resistencia a la corrosión química, pero es más caro y de menor resistencia. El S es también más caro que el E pero es más rígido y másresistente a la temperatura.
* La resistencia a la rotura del vidrio viene en gran medida condicionada por el daño superficial que pueden sufrir al rozar entre sí durante su manipulación.
* Las fibras orgánicas (kevlar) se fundamentan en la alta resistencia y rigidez teórica que se puede obtener de polímeros completamente alineados.
* Al igual que sucede en las fibras de carbono, las fibrasorgánicas tienen propiedades transversales muy inferiores a las longitudinales.
* Desde el punto de vista de las propiedades absolutas puede decirse que la fibra de Kevlar es la más resistente y la de carbono la más rígida, siendo la de vidrio la menos resistente y la menos rígida, aunque la más barata.

3. Qué diferencias y cuidados se deben tener entre las fibras de kevlar 49 y 29. (22)Kevlar 29 | Kevlar 49 |
Fue desarrollado para el cordaje de refuerzo de neumáticos | Fibra preferida para los materiales compuestos de elevadas prestaciones |
Tiene alta resistencia | Misma resistencia que el kevlar 29 |
Baja densidad | Alta densidad |
Módulo elástico intermedio | Módulo elástico superior |

4. Haga un cuadro comparativo entre las fibras de kevlar, carbono yvidrio.

Fibra de kevlar 49 | Fibra de carbono tipo I | Fibra de vidrio |
Densidad 1.45*103 kgm-3 | Densidad 1.95*103 kgm-3 | Densidad 2.56*103 kgm-3 |
Módulo de Young 125 GN m-2 | Módulo de Young 390 GN m-2 | Módulo de Young 76 GN m-2 |
Resistencia a tracción 2.8-3.6 GN m-2 | Resistencia a tracción 2.2 GN m-2 | Resistencia a tracción 1.4-2.5 GN m-2 |
Alargamiento de rotura 2.2-2.8 % |Alargamiento de rotura 0.5 % | Alargamiento de rotura 1.8-3.2 % |
Módulo de Young específico (Módulo / densidad) 86 GNm-2/ 103kgm-3 | Módulo de Young específico (Módulo / densidad) 200 GNm-2/ 103kgm-3 | Módulo de Young específico (Módulo / densidad) 30 GNm-2/ 103kgm-3 |
Resistencia a tracción específica (resistencia / densidad) 2.2 GNm-2/ 103kgm-3 | Resistencia a tracción específica (resistencia...