Ingeniero Industrial

Facultad de Ingeniería- UNCuyo Ciencia de los Materiales

Unidad Nº 10: Materiales Compuestos
1. Introducción
La mayoría de las tecnologías modernas requiere materiales con una combinación inusual de propiedades, imposible de conseguir con los metales, las cerámicas o los polímeros convencionales. Las combinaciones de propiedades de los materiales y la gama de sus valores se han ampliado yse siguen ampliando mediante el desarrollo de materiales compuestos (composites). La producción de materiales compuestos se desarrolla rápidamente, con un crecimiento aproximado del 6% anual, en cantidad, especialmente en los países pertenecientes a la Unión Europea, quienes superan el 90% de la producción mundial de materiales compuestos. Estos materiales combinan la materia plástica y elrefuerzo con fibras, por lo general de vidrio o de carbono. Aunque su costo es más elevado que el de los materiales tradicionales, aportan a sus usuarios importantes ventajas gracias a sus propiedades, en particular la ligereza y la resistencia. Tales ventajas han abierto a los materiales compuestos importantes mercados en la fabricación de automóviles, la aeronáutica o incluso también en laconstrucción. Los primeros materiales compuestos aparecieron durante la Segunda Guerra Mundial. Se trata de materiales heterogéneos, constituidos por una matriz plástica orgánica (polímero) asociada con un refuerzo fibroso, por lo general de vidrio o de carbono. En el Gráfico se pueden observar los sectores usuarios de estos materiales.
Gráfico 1: Sectores en los que se emplean Materiales CompuestosFuente: Estudio materiales compuestos - estimaciones Nodal Consultants - año 2000

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1.1. ¿Qué es un Material Compuesto? Es un sistema material formado por un mezcla o combinación de dos o más micro o macroconstituyentes que difieren en forma y composición química y que son insolubles entre sí. 1.2. Importancia de los MaterialesCompuestos Su importancia radica en que dos o más materiales distintos se combinan para formar un material compuesto cuyas propiedades son superiores a las de sus componentes. Las fases constituyentes están separadas por una intercara (interfase). Los científicos e ingenieros han combinado ciertos metales, cerámicos y polímeros para producir una nueva generación de materiales extraordinarios. Losmateriales compuestos disponen de ventajas con relación a productos competidores, aportando numerosas cualidades funcionales: ligereza, resistencia mecánica y química, mantenimiento reducido, libertad de formas, rigidez, tenacidad a temperatura ambiente y a altas temperaturas.
Figura 1: Propiedades de los Materiales Compuestos según sector

Fuente: Estudio materiales compuestos - estimaciones NodalConsultants - año 2000

Su uso permite aumentar la vida útil de ciertos equipos gracias a sus propiedades mecánicas (rigidez, resistencia a la fatiga) y también gracias a sus propiedades químicas

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(resistencia a la corrosión). También refuerzan la seguridad gracias a una mejor resistencia a los impactos y al fuego, ofreciendoun mejor aislamiento térmico o fónico y, para algunos de ellos, eléctrico. También enriquecen las posibilidades de diseño, permitiendo aligerar estructuras y realizar formas complejas, aptas para cumplir varias funciones. En realidad, la «solución del composite» representa siempre para el diseñador un «salto tecnológico». Los materiales compuestos ofrecen, efectivamente, la posibilidad derealizar un producto específicamente adaptado a las prestaciones solicitadas y optimizar la pareja precio/prestación. Pero, con relación a las soluciones alternativas, el beneficio aportado debe evaluarse desde el diseño, al mismo tiempo que las pruebas que cabe realizar. Por contra, los materiales tradicionales (madera, acero, aluminio) aparecen como una solución de más tranquilidad, puesto que sus...