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MATERIALES COMPUESTOS REFORZADOS CON FIBRAS:



1. DEFINICIÓN:
Son materiales que contienen fibras en su interior; así, se forman por la introducción de fibras fuertes, rígidas y frágiles dentro de una matriz más blanda y dúctil. Se consigue mejor resistencia (incluso a altas temperaturas), rigidez y alta relación resistencia/peso.
El material de la matriz transmite la fuerza a lasfibras y proporciona ductilidad y tenacidad, mientras que las fibras soportan la mayor parte de la fuerza aplicada.



2. REGLA DE LAS MEZCLAS
Con la regla de las mezclas se predicen propiedades como densidad, conductividad térmica y eléctrica (sólo para la dirección de las fibras, si son unidireccionales y continuas, ya que sino no sabemos la dirección de las fibras y no se predicen suspropiedades)
Ejemplo:
ρ=fm ρm + ff ρf
ρ = densidad del material fibroso
fm = fracción volumétrica de la matriz
ρm = densidad de la matriz
ff = fracción volumétrica de las fibras
ρf = densidad de las fibras

El módulo de la elasticidad se predice también con esta regla (sólo para fibras continuas y unidireccionales), pero sólo a baja tensión; a altas tensiones se deforma la matriz y contribuyepoco a la rigidez del compuesto, no cumpliéndose la regla de las mezclas:
E=ff Ef
E = modulo de la elasticidad
ff = fracción volumétrica de las fibras
Ef = módulo de la elasticidad de las fibras
Si la carga se aplica en dirección perpendicular a las fibras: 1/E = (fm /Em)+(ff /Ef)

La resistencia de un material compuesto reforzado por fibras depende de la unión entre las fibras y lamatriz.
Se puede predecir la resistencia con la regla de las mezclas para un material con fibras continuas y paralelas: σ = fm σm + ff σf
σ = resistencia del material
σm = tensión que actúa sobre la matriz cuando el compuesto está deformado hasta el punto donde se fractura la fibra
σf = resistencia de las fibras



3. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES COMPUESTOS REFORZADOS CON FIBRAS.Al diseñar este tipo de materiales se tienen en cuenta las siguientes características:
- Relación de forma (l / d)
- Cantidad de fibras
- Orientación de las fibras
- Propiedades de las fibras
- Propiedades de las matrices
- Unión y rotura


3.1. RELACIÓN DE FORMA.
l / d (longitud / diámetro de la fibra)
La resistencia aumenta cuando la relación es grande.
Esto se consigue confibras de diámetro lo más pequeño posible; es debido a que las fibras se fracturan por defectos en la superficie, y cuanto menor sea el diámetro menos área superficial, y por tanto más resistencia.
También se prefiere fibras largas, ya que los extremos soportan menos carga que el centro de las fibras, y cuanto más largas sean menos extremos habrá; pero son difíciles de introducir a veces.
Portanto, se usan fibras cortas con una relación de forma por encima de algún valor crítico, para conseguir buena resistencia y fácil procesado


3.2. CANTIDAD DE FIBRAS.
Una fracción mayor en volumen de fibras incrementa la resistencia y la rigidez del compuesto. Sin embargo, la fracción máxima en volumen de fibras es aproximadamente el 80%, más allá de esta cantidad las fibras ya no quedantotalmente rodeadas por la matriz, obteniéndose un material menos resistente.


3.3. ORIENTACIÓN DE LAS FIBRAS.
Las fibras de refuerzo pueden introducirse en la matriz con orientaciones diversas:
Las fibras cortas con orientación aleatoria se pueden introducir con facilidad en la matriz, dando un comportamiento isotrópico (propiedades homogéneas en el material)
Los ordenamientosunidireccionales con fibras largas producen propiedades anisotrópicas, con resistencia y rigidez paralelas a las fibras (Cuando la orientaciones erpendicular a las fibras la resistencia es menor que en paralelo, y se ve que disminuye con el aumento del ángulo entre las fibras y la tensión aplicada).
Las propiedades de estos materiales se pueden diseñar para soportar condiciones de carga diferentes; es decir,...