materiales compuestos

MATERIALES COMPUESTOS REFORZADOS CON FIBRAS

Un componente suele ser un agente reforzante como una fibra fuerte: fibra de vidrio, cuarzo, Kevlar, Dynema o fibra de carbono que proporciona al material su resistencia a tracción, mientras que otro componente suele ser resina como epoxi o poliéster que envuelve y liga las fibras, transfiriendo las cargas de las fibras rotas a las intactas yentre las que no están alineadas a la línea de carga. También a menos que la matriz elegida sea especialmente flexible, evita el pandeo de las fibras por compresión [3] .
En término 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, otros materialesadicionados podrán resistir cargas de compresión.

Estos compuestos mejoran la resistencia, carga de rotura, la rigidez, la relación resistencia/peso, por la introducción de fibras fuertes, rígidas y frágiles, en una matriz más blanda y dúctil. El material de la matriz transmite los esfuerzos a las fibras y proporciona tenacidad y ductilidad al compuesto, mientras las fibras soportan la mayor parte defuerza o tensión aplicada.
Una característica de estos compuestos respecto a los endurecidos por dispersión es que la resistencia del compuesto aumenta tanto a temperatura como a elevadas temperaturas.
Se suelen emplear una gran cantidad de materiales reforzados. Desde la antigüedad se conoce el refuerzo de la paja en el adobe y en nuestros días está extendido el refuerzo de acero enestructuras, así como el refuerzo de fibras de vidrio sobre polímeros, fibras de boro o carbono, de propiedades excepcionales de resistencia o diminutos mono cristales cerámicos denominados whiskers desarrollados para este objetivo. [7]
Tecnológicamente, los materiales compuestos con fases dispersas en forma de fibras son los más importantes. A menudo se diseñan materiales compuestos reforzados con fibrascon la finalidad de conseguir elevada resistencia y rigidez a baja densidad. Estas características se expresan mediante los parámetros resistencia específica y módulo específico, que corresponden, respectivamente, a las relaciones entre la resistencia a la tracción y el peso específico y entre el módulo de elasticidad y el peso específico. Utilizando materiales de baja densidad, tanto para lamatriz como para las fibras, se fabrican compuestos reforzados con fibras que tienen resistencias y módulos específicos excepcionalmente elevados. [9] Los materiales de refuerzo presentan morfologías muy variadas con orientaciones características como las señaladas en la figura 3. Las fibras cortas suelen tener una orientación aleatoria, para fibras continuas se produce la orientación anisotrópicasdeliberada. Las fibras pueden disponerse como telas o tejidos o ser producidas en forma de fibras largas. También se puede cambiar la orientación en las capas alternadas de fibras largas.

Figura 3. Morfologías de compuestos reforzados con fibras. a) Fibras continuas unidireccionales. b) Fibras discontinuas orientadas al azar. c) Fibras ortogonales o tejidos. d) Fibras en capas múltiples.[4]3.1 La regla de las mezclas en los compuestos reforzados por fibra
Esta regla se encarga de redecir las propiedades de los compuestos reforzados con fibras.
La regla de las mezclas predice siempre la densidad, conductividad eléctrica y térmica de los materiales reforzados con fibras a lo largo de la dirección de las fibras si estas son continuas y unidireccionales. [6]
Sin embargo cuando seaplica una carga paralelamente a las fibras continuas unidireccionales, esta regla predice con precisión el valor del módulo de elasticidad, para bajos valores de esfuerzos, puesto que cuando es elevado, la matriz empieza a deformarse y la curva tensión-deformación no es lineal. La manera aproximada de calcularlo es como se refleja en la figura 4.

Figura 4. Curva tensión-deformación para un...