Materiales Compuestos

1. MATERIALES COMPUESTOS

Se forman por la unión de dos materiales para conseguir la combinación de propiedades que no es posible obtener en los materiales originales. Estos compuestos pueden seleccionarse para lograr combinaciones poco usuales de rigidez, resistencia, peso, rendimiento a alta temperatura, resistencia a la corrosión, dureza o conductividad.

Están formados de 2 o máscomponentes distinguibles físicamente y separables mecánicamente. Presentan varias fases químicamente distintas, completamente insolubles entre sí y separadas por una interface Sus propiedades mecánicas son superiores a la simple suma de las propiedades de sus componentes No pertenecen a los materiales compuestos aquellos materiales polifásicos, como las aleaciones metálicas, en las que mediante untratamiento térmico se cambian la composición de las fases presentes. Aunque existe una gran variedad de materiales compuestos, en todos se pueden distinguir las siguientes partes:

Agente reforzarte: Es una fase de carácter discreto y su geometría es fundamental a la hora de definir las propiedades mecánicas del material.

Fase matriz: Tiene carácter continuo y es la responsable de las propiedadesfísicas y químicas. Transmite los esfuerzos al agente reforzante, también lo protege y da cohesión al material.

Materias primas que componen un material compuesto:

Tabla Materias primas que componen un material compuesto
MATERIAS PRIMAS QUE COMPONEN UN MATERIAL COMPUESTO
Fibras Fibras cerámicas (Carburo de silicio, Alúmina)
Fibras metálicas
Fibras inorgánicas (Aramida, Polietileno)Matrices inorgánicas (Cemento, Geopolimeros, Yeso)
Matrices Matrices Termoestables (Epoxi, Vinilester, Poliéster, Fenolica, Esteres cianato, bismaleimidas, Poliimidas, Polieteramida)
Núcleos Nidos de abeja (Aluminio, Nomex, Polipropileno)
espumas(Poliuretano, Poliestireno, PVC)
Sándwich tejido 3D, Madera de balsa
Adhesivos Epoxi, Poliuretano, Acreilicos
Recubrimientos Cerámicos,Fenolicos, Epoxi + Arena, Intumescentes, Mats
Fuente: Miravete, A. “Materias Primas”. Materiales Compuestos, Volumen 1. Editorial REVERTÉ, S.A. 1ª Edición, 2000
1.1 FIBRAS

Las fibras al igual que las partículas son materiales de refuerzo utilizadas en los materiales compuestos, cuando el material compuestos es avanzado o de altas prestaciones, el agente o material que refuerza siempre es de este tipo(Fibras), en este capítulo se describirán las propiedades de las fibras más utilizadas en la fabricación de los materiales compuestos avanzados de interés en aplicaciones automotrices, mostrando ejemplos de dichas aplicaciones

1.1.1 Fibra de Carbono: Fueron utilizadas por Edison en el siglo XIX como filamentos para bombillas la investigación que dio como resultado la fibra de carbono moderna seatribuye a los trabajos de Shindo en Japón, Watt en Inglaterra y Bacon y Singer en Estados Unidos, hay una gran cantidad de materiales como precursores de la fibra de carbono, el poliacrilonotrilo (PAN), una metofase del alquitrán y la celulosa.

1.1.1.1 Tipos de fibra de carbono

• De alto modulo (HM) es la más rígida y requiere la mayor temperatura en el tratamiento

• De altaresistencia (HR) es la más fuerte y se carboniza a la temperatura que proporciona la mayor resistencia tensil

• Fibra de carbono (III) es la más barata la rigidez es menor que en las anteriores pero la asistencia es buena. Este tipo tiene la temperatura más baja del tratamiento.

1.1.1.2 Propiedades de la fibra de carbono

Propiedades de la fibra de carbono
DESIGNACIÓN ALTA RESISTENCIA (HR) ALTOMODULO (HM) III
Diámetro de hilo [µm] 8 7 7-8
Densidad [Kg/m3] 1740-1760 1810-1870 1820
Modulo de elasticidad [Gpa] 230 390 290
Resistencia a tracción [Gpa] 2,6-5 2,1-2,7 3,1
Elongación a la roturo [%] 2 0,7 1,1
Modulo especifico 130 210 160
Coeficiente expansión térmica [10-6 /°C] 2,56 2,56 2,56
Fuente: Miravete, A. “Materias Primas”. Materiales Compuestos, Volumen 1. Editorial REVERTÉ,...