Materiales Compositos I

INTRODUCCIÓN
Históricamente los compositos han sido usados por siglos, por ejemplo ladrillos de lodo reforzados con paja, el papel y el concreto al cual se le añaden rocas trituradas para reducir su costo y mejorar su resistencia. Además la mayoría de los materiales de origen biológico son compositos. Por ejemplo el hueso, que alcanza una combinación de rigidez y ligereza por la combinación decristales de apatita con fibras de colágeno o la madera que contiene fibras de celulosa rodeadas por lignina y hemicelulosa.
Pero, fue hasta el inicio de la década de los 60’s que comenzó ha crecer la demanda de materiales más rígidos y resistentes, pero más ligeros en aeronáutica, ingeniería civil y otras aplicaciones estructurales. Pero, ningún material monolítico puede satisfacer dichascaracterísticas. Esto condujo a la idea de combinar varios materiales en una sola estructura, un composito.
La definición científica de un composito dice que es un material que contiene una fase química y/o físicamente distinta dispersa en una fase continua con propiedades distintas a la fase dispersa.
La combinación adecuada de materiales en compositos optimiza sus propiedades.
Usualmente loscompositos están formados por un material de refuerzo unido en una matriz (fase dispersante). Normalmente la matriz comprende alrededor del 30 o 40% de la estructura y tiene diversas funciones: (a) une los componentes y determina la estabilidad térmica y mecánica del material, (b) protege la fase dispersa de desgaste/abrasión y del medio ambiente, (c) distribuye la carga aplicada actuando como un mediode transferencia de tensión, (d) Provee al sistema durabilidad, rigidez interlaminar y resistencia transversal y resistencia al corte y a la compresión, y (e) mantiene las orientaciones y separaciones deseadas de las fibras en estructuras específicas. Dicha matriz pude ser polimérica, cerámica, metálica o de carbono.
La fase dispersa normalmente está en fracciones de volumen substanciales (10%o más). Básicamente existen dos tipos de reforzamientos de compositos: reforzamiento por fibras y reforzamiento por partículas. Existen diferentes acomodos para las fibras en los compositos (fig. 1).

Partículas y Composito laminado
fibras cortas (fibras unidireccionales)
dispersas


Composito Composito Composito
TejidoTrenzado Tricotado
Fig. 1 (Acomodo de fibras en compositos)
En los compositos reforzados por fibras tiene diferencias dependiendo de la matriz. En las matrices poliméricas se espera que la fase orgánica recubra la superficie de las fibras y las interacciones son de carácter físico. En las matrices cerámicas se espera una interacción más débil para lograr la resistencia a lafractura. Y en las matrices metálicas es esencial una muy fuerte interacción y enlace a nivel atómico en la interfase y por eso se necesita un alto grado de compatibilidad en la interfase.
Los compositos reforzados por partículas son los más comunes y baratos y pueden producir la propiedad más isotrópica de compositos.
Para la elección del tipo de matriz primero se consideran las propiedadesmecánicas de la misma. Para la fabricación de compositos de alto rendimiento se busca que las matrices tengan las siguientes características:
(1) Módulos de alta tensión, que influyen en la compresión del composito, (2) alta resistencia a la tracción, que influye en formación de grietas en un composito laminar y (3) alta resistencia a la fractura, que influye en las capas de laminación y la propagaciónde las fracturas.
TIPOS DE COMPOSITOS Compositos con matriz polimérica (PMC)
Éstos son los compositos más ampliamente usados en la industria, constituyen el 75%, por valor o por tonelaje, de los compositos en el mercado mundial. Tal popularidad y desarrollo de los compositos poliméricos puede deberse a que los métodos de fabricación artesanal de éstos, como las canoas hechas a mano, ya...