Clase 23 Composites

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Clase 23 Composites

  1. 1. Materiales Compuestos o “Composites”
  2. 2. Definición y utilidad <ul><li>Un objetivo siempre deseado ha sido la obtención de un material que tenga a la vez gran ductilidad y dureza extrema . </li></ul><ul><li>Los materiales simples y homogéneos no combinan estas cualidades </li></ul><ul><li>Los metales han servido como una solución de compromiso </li></ul>
  3. 3. Definición y utilidad <ul><li>Las necesidades crecientes de materiales cada vez más livianos, resistentes y duros, han llevado al desarrollo de materiales compuestos </li></ul><ul><li>Se utiliza la combinación de una matriz dúctil y resistente con la dureza de fibras o partículas. </li></ul>
  4. 4. Ejemplos de uso
  5. 5. Sistemas compuestos <ul><li>No interactúan químicamente </li></ul><ul><li>Tienen una mejor relación resistencia – peso que los materiales homogéneos </li></ul>
  6. 6. Tabla resistencia - peso
  7. 7. Tipos de materiales compuestos <ul><li>Matriz reforzada con fibras </li></ul><ul><li>Laminados </li></ul><ul><li>Matriz reforzada con partículas </li></ul>
  8. 8. Propiedades buscadas <ul><li>La obtención de compuestos se debe a la búsqueda de una o más de las siguientes propiedades: </li></ul>Resistencia Dureza Peso Respuesta a temperaturas extremas Conducción o aislamiento térmico Conducción o aislamiento acústico Respuesta química o comportamiento inerte Aislamiento o conducción electromagnética Resistencia a fractura Costo Fabricación
  9. 9. Material estructural o matriz <ul><li>A) Plásticos o polímeros </li></ul><ul><li>Termofijos: poliéster, epoxies, fenólicos </li></ul><ul><li>Termoplásticos: nylon, polietileno, poliestireno, polipropileno, </li></ul>
  10. 10. Material estructural o matriz <ul><li>B) Metales </li></ul><ul><li>Hierro, acero </li></ul><ul><li>Aluminio </li></ul><ul><li>Zinc </li></ul><ul><li>Cobre </li></ul><ul><li>Níquel </li></ul><ul><li>Plata </li></ul><ul><li>Titanio </li></ul><ul><li>Magnesio </li></ul><ul><li>C) Cerámicos </li></ul>Whipox ® Rotor Al - SiC
  11. 11. Materiales de refuerzo <ul><li>a) Vidrio (fibra de vidrio) </li></ul><ul><li>b) Nylon, Kevlar, Spectra (polietileno) </li></ul><ul><li>c) Metales (continuos, trozados o fibras): grafito, titanio, hierro, acero. </li></ul><ul><li>d) Cerámicas </li></ul><ul><li>e) Partículas </li></ul>Spectra ®
  12. 12. Matrices reforzadas con fibras <ul><li>La resistencia la proporcionan las fibras, mientras que la ductilidad y tenacidad la matriz. </li></ul><ul><li>Las fibras son muy pequeñas y tienen pocos defectos, lo que les da su fortaleza. </li></ul><ul><li>Generalmente tienen mayor resistencia en la dirección de las fibras </li></ul>
  13. 13. Tipos de fibras de refuerzo <ul><li>a) Fibra de vidrio: los filamentos de vidrio son los materiales más populares como refuerzo. Se utilizan varios tipos de vidrio con aditivos para mejorar las propiedades. Tienen alta resistencia pero poca rigidez. </li></ul><ul><li>Son de bajo costo </li></ul><ul><li>Se utilizan con resinas epoxy, poliésteres y poliamidas. </li></ul>
  14. 14. Proceso de la fibra de vidrio
  15. 15. Tipos de fibras de refuerzo <ul><li>b) Fibras de boro </li></ul><ul><li>Utilizadas en la industria aeroespacial </li></ul><ul><li>Tiene la misma resistencia que el vidrio pero mayor rigidez (4 a 5 veces más) </li></ul><ul><li>Son bastante más caras </li></ul><ul><li>Se las utiliza con resina epoxy </li></ul>
  16. 16. Tipos de fibras de refuerzo <ul><li>c) Fibras de carbono y/o grafito: se obtienen a partir de dos materias primas: brea o poliacrilonitrilo (PAN) </li></ul><ul><li>A partir del PAN se realizan varios procesos: </li></ul><ul><li>I) Oxidación </li></ul><ul><li>II) Carbonización (grafitización) </li></ul><ul><li>III) Tratamiento de superficie </li></ul><ul><li>+ información: http://www.geocities.com/CapeCanaveral/1320/ (en inglés) </li></ul>
  17. 18. Propiedades de la fibra de carbono
  18. 19. Aplicaciones aeronáuticas
  19. 20. Aplicaciones aeronáuticas Desde interiores…… Hasta partes críticas
  20. 21. Tipos de fibras de refuerzo <ul><li>c) Aramidas (Kevlar): es una poliamida fabricada por DuPont, que se comenzó a comercializar en 1972 </li></ul><ul><li>Dos variedades: Kevlar 29 (tal como se obtiene) y Kevlar 49 (para composites) </li></ul><ul><li>+ info: http://www2.dupont.com/Kevlar/en_US/ </li></ul>
  21. 22. Usos del Kevlar
  22. 23. Refuerzos particulados <ul><li>Los refuerzos más importantes son: </li></ul><ul><li>Carburos cementados (“cermets”): consisten de un material cerámico duro disperso en una matriz metálica. </li></ul><ul><li>Un ejemplo típico es el carburo de tungsteno, disperso en carbono metálico (herramientas de corte) </li></ul>
  23. 24. Uso de los “cermets”
  24. 25. Refuerzos particulados <ul><li>2) Polímeros reforzados con partículas: los elastómeros y los plásticos se refuerzan frecuentemente con partículas. </li></ul><ul><li>Un caso típico son los cauchos que se refuerzan con negro de humo. </li></ul>
  25. 26. Laminados <ul><li>Un caso típico es el laminado de tres o más capas de madera con resinas fenólicas, bajo determinadas condiciones de calor y presión. </li></ul><ul><li>Un clásico es la “Fórmica”, que es un laminado de melamina y resinas fenólicas </li></ul>
  26. 27. Laminados
  27. 28. Matrices poliméricas
  28. 29. Matrices poliméricas <ul><li>b) Resinas de poliéster: otra opción muy común a las resinas epoxy. Su ventaja es su bajo costo </li></ul><ul><li>c) Resinas fenólicas: son termoplásticas a baja temperatura. Son más baratas y livianas que las epoxy y muchas de las de poliester. </li></ul><ul><li>No son tan utilizadas, una de sus desventajas es el encogimiento durante el curado </li></ul><ul><li>Resinas epoxy: son plásticos termoestables. Tienen gran resistencia, y se adhieren a la mayor parte de metales y fibras. </li></ul><ul><li>Se refuerza con fibra de vidrio, boro, kevlar, grafito o fibras metálicas </li></ul>
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