Materiales compuestos

Materiales compuestos

4.1 Introducción

Un compuesto estructural es un sistema material consistente de dos o más fases en una escala macroscópica, cuyo comportamiento mecánico y propiedades están diseñados para ser superiores a aquellos que lo constituyen cuando actúan independientemente. Una de las fases es usualmente discontinua (refuerzo), la cual es un material rígido y la otra fasecontinua (matriz).
Las propiedades de un material compuesto dependen de las propiedades de los elementos, geometría y distribución de las fases.
Los materiales compuestos pueden operar en ambientes hostiles por grandes periodos de tiempo. Estos materiales tienen grandes periodos de vida bajo fatiga y su mantenimiento y reparación son muy fáciles.

4.2 Refuerzos
4.2.1 Fibras de vidrio

Lasfibras de vidrio se usan para reforzar matrices plásticas así como productos moldeados. El vidrio es la fibra más utilizada, siendo además la de menor coste.
Tienen las siguientes características favorables:
- Buena relación resistencia/peso. Elevada resistencia a la tracción.
- Buena estabilidad dimensional.
- Buena resistencia al calor, al frío, a la humedad y a la corrosión. Coeficiente deexpansión térmica lineal bajo y conductividad térmica elevada.
- No arden.
- Buena resistencia química.
- Buenas propiedades aislantes eléctricas. Baja constante dieléctrica.
- Son baratas y se manejan bien.
Sus principales desventajas:
- Módulo elástico bajo.
- Densidad alta, por lo que no se utilizan en estructuras que exigen elevadas características mecánicas y peso bajo.
Las dos clases másimportantes son los vidrios E (eléctricos) y los vidrios S (de alta resistencia).


4.2.2Fibras de boro

4.2.3 Fibras de carbono

Extraordinarias propiedades como gran rigidez y alta resistencia.
Pueden clasificarse de tres modos diferentes:
1. En base a la temperatura final del tratamiento térmico de su conversión:
o Fibras de carbono de tratamiento térmico elevado (HTT).
o Fibras decarbono de tratamiento térmico intermedio (IHT).
o Fibras de carbono de tratamiento térmico bajo (LHT).

2. En base al precursor utilizado:
o Fibras de carbono base “PAN”.
o Fibras de carbono base alquitrán (pitch).
o Fibras de carbono base mesofase de alquitrán.
o Fibras de carbono base alquitrán isotrópico.
o Fibras de carbono base rayón.
o Fibras de carbono de crecimiento a partir defase gaseosa.

3. En base a las propiedades mecánicas de la fibra:
o Tipo UHM.
o Tipo HM.
o Tipo IM.
o Tipo “bajo módulo”.
o Tipo HT.

Las fibras de carbono se producen básicamente cociendo fibras sintéticas poliméricas para eliminar de su estructura todos los elementos a excepción de la espina dorsal de carbono de dichas fibras que son las que se denominan precursores.
Las fibras decarbono se obtienen de tres tipos de precursores:
- PAN. Da lugar a fibras de buenas propiedades y coste asequible.
- Rayón. Fibras más caras.
- Alquitrán, brea o betún de asfalto. Las fibras de menor coste debido a lo barato del precursor pero que se encarecen más o menos dependiendo de las condiciones del tratamiento térmico utilizado en la conversión de la fibra.
En líneas generales el procesode conversión, denominado pirolización, consta de las siguientes fases:
1. Estabilización: Proceso que hace que las fibras sean infusibles, manteniendo los filamentos separados entre si.
2. Carbonización: Se reducen los niveles de impurezas y se incrementa la cristalinidad.
3. Grafitización: Disminuye aún más el nivel de impurezas y estimula el crecimiento cristalino.
4. Tratamientossuperficiales: Encaminados esencialmente a controlar la interacción de la fibra con la matriz.
5. Aplicación de ensimajes y terminaciones a los haces de fibras para mejorar sus características de manipulación y mejorar la compatibilidad con la matriz.
6. Bobinado en ovillos o carretes para posteriormente impregnarlas, tejerlas, trenzarlas…

4.2.4 Fibras orgánicas

El concepto de fibras orgánicas...