Normas Y Criterios Para La Seleccion De Polimeros

8. Diseño y selección de materiales
8.1. Introducción
8.2. Metodología del diseño
8.3. Propiedades de los distintos tipos de
materiales
8.4. Índice de material y mapas de selección
8.5. Ejemplos de diseño

El problema del diseño y selección de materiales

Aplicación: se
debe cumplir
unas funciones
específicas

Qué material cumple dichas
funciones y de todos
aquellos que lascumplen
cual es el óptimo

A este proceso se le llama diseño y selección de materiales y existen
metodologías específicas para poder realizar la selección de forma
sistemática
Principal dificultad: El número de materiales disponibles es enorme; metales, cerámicas, plásticos y
compuestos (temas 5,6,7) conforman un vasto menú (entre 50.000 y 100.000 materiales) que están a
disposición de laspersonas que diseñan objetos e instrumentos.

Necesidad del mercado

Diseño inicial
Definición general

Análisis inicial de cada
componente

Diseño Detallado. Análisis
detallado de componentes

Especificaciones de
producto. Prototipo

● Definir especificaciones
● Determinar las funciones del sistema
● Definir el principio de funcionamiento
● Definir componentes y requerimientoscientífico-tecnológicos, económicos y
sociales de cada uno de ellos
● Modelar y analizar cada componente
● Seleccionar los materiales de cada
componente que cumplen los
requerimientos definidos previamente
● Modelar y analizar las ligaduras
● Analizar los componentes en detalle
● Seleccionar proceso de fabricación
● Optimizar prestaciones y costo
● Especificar planos de diseño
●Fabricación de un prototipo
● Verificación de si el prototipo cumple las
especificaciones definidas inicialmente
●En caso afirmativo, definir proceso
de producción
●En caso negativo volver a las
etapas anteriores y modificar el diseño o
la selección de materiales

Diagrama de bloques del proceso de diseño

Parte fundamental del
proceso y es la que vamos a
analizar en este tema

Propiedadesgenerales de los diferentes tipos de materiales
Materiales

Puntos Fuertes

Debilidades

● Rigidez (E≈100 GPa)
● Ductilidad ⇒ Moldeabilidad
● Tenacidad (KIC>50 MPa m1/2)
● Elevado punto de fusión (Tm≈1000ºC)
● Elevada resistencia al choque térmico
(ΔT≈500ºC)
● Elevadas conductividades eléctricas y térmicas.

● Se deforman plásticamente(σf≈ 1MPa) ⇒
Aleaciones
● Baja dureza (H≈3σf) ⇒ Aleaciones
●Baja resistencia a la fatiga (σe≈ 1/2σf)
●Elevada resistencia a la corrosión⇒ recubrimientos

Cerámicas

● Rigidez (E≈200 GPa)
● Elevada resistencia a la fluencia y duras(σf≈ 3
GPa)
●Elevado punto de fusión (Tm≈2000ºC)
● Densidad moderada
● Resistencia a la corrosión

● Muy baja tenacidad (KIC≈2 MPa m1/2)
● Baja resistencia al choque térmico (ΔT≈200ºC)
● Dificultad demoldeo⇒ métodos de polvo

Polímeros

● Ductilidad y moldeabilidad
● Resistencia a la corrosión
● Baja densidad
● Bajas conductividades eléctricas y térmicas

● Baja rigidez (E≈2 GPa)
● Elevada Fluencia (σf≈ 2-100 MPa)
● Baja temperatura de transición vítrea (Tg≈100ºC) ⇒
fluyen a baja temperatura
● Tenacidad media (KIC≈1 MPa m1/2)

● Rigidez (E>50 GPa)
● Resistencia mecánica (σf≈200 MPa)
● Tenacidad (KIC>50 MPa m1/2)
● Resistencia a la fatiga
● Resistencia a la corrosión
● Baja densidad

● Dificultad de moldeo
● Elevado costo
● Elevada fluencia (matrices poliméricas)

Metales

Materiales
compuestos

Esta es la variada carta de la que deberemos seleccionar el material idóneo.

El proceso consta de tres etapas:

1. Definición de requerimientos para laaplicación considerada.

2. Cálculo del índice o índices de material para la aplicación

3. Selección del material usando el índice de material y los mapas de
selección de materiales

1. Requerimientos:
Requerimientos científico-tecnológicos.
Requerimientos específicos debe cumplir el material:
Cargas, temperaturas, condiciones atmosféricas, conductividades térmica y
eléctricas...