Polímeros


EJEMPLO 16-13 Material compuesto plata – tungsteno
Para producir contactos eléctricos se elabora un material compuesto plata – tungsteno fabricando, primeramente, tungsteno poroso mediante metalurgia de los polvos e infiltrando después plata pura en los poros la densidad del compacto de tungsteno antes de la infiltración es de 14,5 g/cm₃ Calcule la fracción volumétrica de la porosidad y elporcentaje de peso final de plata en el compacto después de la infiltración.
SOLUCION
Las densidades del tungsteno puro y la plata pura son 19,3 y 10,49mg/Cm3 , respectivamente. Podemos suponer que la densidad de un poro es igual a cero, por lo que. De acuerdo con la regla de las mezclas:
Pc= fw pw + Fporo Pporo
14,5=Fw(19,3) + Fporo(0)
Fw=0,75
Fporo= 1 – 0,75 = 0,25
Después de la infiltración, lafracción volumétrica de la plata es igual a la fracción volumétrica de los poros:
FAG = Fporo = 0,25
Peso%Ag = (0,25)(10,49)/ (0,25)(10,49)+ (0,75)(19,3) x 100 = 15,3 %
Esta solución supone que todos los poros están abiertos o interconectados.

Polímeros: Muchos polímeros para ingeniería, que contienen rellenos y dilatantes, son materiales compuestos, particulados. Un ejemplo clásico es el negro dehumo en el hule vulcanizado. El negro de humo lo constituyen minúsculos esferoides de carbono. El negro de humo mejora la resistencia, rigidez, dureza, resistencia al desgaste, resistencia a la degradación debida a los rayos ultravioleta resistencia del hule a la temperatura.



EJEMPLO 16 – 4 diseño de un material compuesto polimerico Particulado
Diseñe un material compuesto de polietilenorelleno de arcilla adecuada para el moldeo por inyección de componentes de bajo costo de bajo costo. la pieza final debe tener una resistencia A LA TENSION DE por lo menos 3000 psi y un módulo de elasticidad de no menos de 80.000 P S I el polietileno cuesta Aproximadamente 50 centavos (dólar) por libra y la arcilla aproximadamente 5 centavos( dólar) por libra. La densidad del polietileno es de0.95g/cm3 y la de la arcilla 2,4 g/cm3
Solución
En la figura 16 - 6 encontramos que se requiere una fracción volumétrica de arcilla por debajo de 0.35 para mantener una resistencia a la tensión superior a los 3000 P S i en tanto que se necesita una fracción volumétrica de por lo menos 0.2 para obtener el módulo de elasticidad mínimo. Para reducir el costo al mínimo usamos toda la arcilla permisiblees decir una fracción volumétrica de 0.35 En 1000 cm3 de parte del material compuesto existen 350 cm3 de arcilla y 650 cm3 de polietileno es decir
(350cm3)(2,4g/cm3) / 454 g/lb = 1,85 lb de arcilla
(650 cm3) (0,95 g/cm3)/ 454 g/lb = 1,36 lb de polietileno
El costo de los materiales es:
(1,85 lb de arcilla)($0,05 /lb) = $ 0,0925
(1,36 lb PE)/($0,50 /LB)= $0,68
Total= $0,7725 por cada 1000 cm3Suponga que el peso es un factor determinante. La densidad del material compuesto es:
Pc= (0,35)(2,4)+(0,64)(0,95)= 1.4575 g/cm3
Quizás sea conveniente sacrificar parte del ahorro a fin de obtener un menor peso. Si usamos solo una fracción volumétrica de 0,2 de arcilla entonces (utilizando el mismo método que se señaló anteriormente) encontramos que necesitamos 1,06 lb de arcilla y 1,67 lb depolietileno. Ahora el costo de los materiales es:
(1.06 lb de arcilla)($0,05/lb)= $0,053
(1,67 lb PE)($0,05/lb)= $0,835
Total= $0,85 por cada 1000 cm3
La densidad del compuesto es:
Pc= (0,2)(2,4) + (0,8)(0,95) = 1,24 g/cm3
Materiales compuestos particulados de metales vaciados: Una aplicación comercial importante de materiales compuestos articulados son las fundiciones de aluminio que contienen partículasdispersas de SiC para aplicaciones automotrices, incluyendo pistones y bielas.
16 - 3Materiales compuestos reforzados con fibras:
La mayoría de los materiales compuestos reforzados con fibras obtienen una mayor resistencia, una mejor resistencia a la fatiga, mejor módulo de Young y una mejor relación resistencia a peso al incorporar fibras resistentes, rígidas aunque frágiles, en una matriz...