MATERIALES COMPUESTOS

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TEMA PARA LA CLASE DE INGENIERÍA DE MATERIALES...t/t

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MATERIALES COMPUESTOS

  1. 1. MaterialesCompuestosProfesor: QBA Miguel A. Castro Ramírez
  2. 2. Características esenciales• ¿Qué son?También conocidos como composites, son combinaciones de materiales diversos (resinas epoxi, poliéster, etc.) con materiales de refuerzo (fibras de carbono, fibras de vidrio, etc.); cuyas propiedades mecánicas son superiores a la simple suma de las propiedades de sus componentes, dando así por resultado un material de características excepcionales.• ¿Cómo están formados?Están formados por una matriz (o base metálica, polimérica o cerámica) a la que se le añade otro material de refuerzo (en forma de fibras o partículas) con el propósito de mejorar ciertas propiedades de la matriz.• ¿Cuándo comenzaron a producirse?Se reconoce que tuvieron su origen a principios de los años 60 en los grandes proyectos aeroespaciales y de defensa en Estados Unidos y Europa.• Estructura. – Agente reforzante: su geometría es fundamental la hora de definir las propiedades mecánicas del material. – Matriz: es la responsable de las propiedades físicas y químicas. Transmite los esfuerzos al agente reforzante, lo protege y da cohesión al material.
  3. 3. • Clasificación. – Materiales compuestos reforzados con partículas. Están compuestos por partículas de un material duro y frágil dispersas discreta y uniformemente, rodeadas por una matriz más blanda y dúctil. – Materiales compuestos estructurales. Estan formados tanto por materiales compuestos como por materiales sencillos y sus propiedades dependen fundamentalmente de la geometría y de su diseño. Los más abundantes son: • Los laminares. Están formados por paneles unidos entre si por algún tipo de adhesivo u otra unión. Lo más usual es que cada lámina esté reforzada con fibras y tenga una dirección preferente, más resistente a los esfuerzos. • Los paneles sandwich consisten en dos láminas exteriores de elevada dureza y resistencia (normalmente plásticos reforzados, aluminio o incluso titanio), separadas por un material menos denso y menos resistente, (polímeros espumosos, cauchos sintéticos, etc.).• Proceso de fabricación. Modos de producción.Hay varios procesos de fabricación: moldeo por proyección, por vía húmeda o contacto; apilado por bolsa de vacío, RTM (moldeo por transferencia de resina), VARTM (moldeo por transferencia de resina en vacío), RIM (moldeo por infusión de resina), Filament Winding (bobinado), Fiber Placement, Pultrusión, ATL, Eb couring…• Futuro y previsiones para este tipo de materiales.• Rentabilidad.
  4. 4. Fibras• Aramida El carbono tiene elevada resistencia mecánica y módulo de elasticidad; baja densidad,Es un filamento orgánico que proviene de una resistencia a agentes externos, gran clase de derivados del petróleo conocidos capacidad de aislamiento térmico; como polímeros intratables. resistencia a las variaciones deEs sensible al ultravioleta, tiene buena temperatura, conservando su forma, sólo si resistencia a choques, a la abrasión, a los se utiliza matriz termoestable; buenas disolventes orgánicos y al calor; y es propiedades ignífugas. sensible a la humedad. Se usa en construcción naval.• CarbonoSon sólidos que presentan una morfología fibrosa en forma de filamentos, o una trenza de éstos, y con un contenido mínimo en carbono del 92 % en peso.
  5. 5. • Poliéster • AlúminaEs una categoría de polímeros que contiene el La alúmina es el óxido de aluminio que se halla grupo funcional éster en su cadena en la naturaleza en estado puro o principal. El término poliéster generalmente cristalizado formando, en combinación con se refiere a los poliésteres sintéticos la sílice y otros cuerpos, los feldespatos y (plásticos), provenientes de fracciones las arcillas. pesadas del petróleo. Se usa como aislante térmico para cubasSe endurece a la temperatura ordinaria y es electrolíticas, como revestimiento de muy resistente a la humedad, a los protección, para la absorción de las productos químicos y a las fuerzas emisiones provenientes de las cubas, para mecánicas. Se usa en la fabricación de el secado del aire comprimido (tiene la fibras, recubrimientos de láminas, etc. propiedad de adsorber y desorber el agua), como base de la estructura de coronas y puentes de prótesis dentales, en molinos de esmaltes cerámicos como piedras de molienda (a modo de las piedras que engullen las aves para triturar los granos en la molleja).
  6. 6. • Basalto • VidrioEl basalto es una roca ígnea de grano fino y Es un material fibroso obtenido al hacer fluir composición máfica, es decir, con un alto vidrio fundido a través de una pieza de contenido de hierro. Se compone agujeros muy finos (espinerette) y al mayormente de piroxeno y olivino, solidificarse tiene suficiente flexibilidad para conteniendo cantidades menores de ser usado como fibra. feldespato y cuarzo. Es la roca más Posee de un buen aislamiento térmico, es inerte abundante en la corteza terrestre. ante ácidos y soporta altas temperaturas.Suele ser de color gris oscuro, y tiene muchas Se usa en piezas de bricolaje, cascos de veces una textura de burbujas, generadas veleros, terminaciones de tablas de surf o durante el enfriamiento y la solidificación de esculturas, para realizar los cables de fibra la lava. óptica utilizados en el mundo de lasTambién son características las masas con telecomunicaciones, y como aislante forma almohadillada, causadas por el térmico en la construcción. enfriamiento rápido de lava emitida tras una erupción en el fondo marino.
  7. 7. • Carbono-Vidrio. – RayónUsado para móviles, elementos ortopédicos y Es una fibra que se produce a partir de la de baños. celulosa, por lo que es una fibra celulósica manufacturada y• Otras regenerada. – Celulosa. La celulosa está compuesta de moléculas de glucosa; siendo así un homopolisacárido (compuesto por un solo tipo de monosacárido) Es rígida, insoluble en agua, y contiene desde varios cientos hasta varios miles de unidades de β-glucosa. La celulosa es la biomolécula orgánica más abundante ya que forma la mayor parte de la biomasa terrestre.
  8. 8. Plásticos reforzados con fibra• Clasificados por el tipo de fibra – Madera – CFRP Para muchas aplicaciones en las que la fibra de vidrio presenta una rigidez insuficiente, es necesario sustituirla por fibras de carbono. Tiene un elevado módulo de elasticidad y resistencia a tracción, no presenta plasticidad y el límite de rotura coincide con el límite elástico; tiene baja densidad, elevada resistencia a altas temperaturas y a las bases, buena conductividad eléctrica y térmica, alto coste… – GFRP Es la fibra más empleada en aplicaciones industriales, debido a su gran disponibilidad, sus buenas características mecánicas y a su bajo coste. Sus principales características son: alta adherencia fibra-matriz, resistencia mecánica, con una resistencia específica superior a la del acero; es aislante eléctrico, de buena permeabilidad, no propaga la llama ni origina humos o toxicidad, estabilidad dimensional (bajo coeficiente de dilatación), compatibilidad con las materias orgánicas, insensible a roedores e insectos, débil conductividad térmica, excesiva flexibilidad y bajo coste.
  9. 9. • Clasificados por la matriz • Termoplásticos reforzados por fibra larga Este material ofrece, además de un ahorro de peso, toda una serie de importantes ventajas, como una mayor resistencia, mayor seguridad, mayor funcionalidad y mayor durabilidad para la pieza en cuestión. • Termoplásticos tejidos de vidrio El plástico reforzado con fibra de vidrio proporciona de forma simultánea la rigidez y la funcionalidad necesarias. – Compuestos termoformados o termoestable Los plásticos termoestables son polímeros infusibles e insolubles. La razón de tal comportamiento está en que las cadenas de estos materiales forman una red tridimensional espacial, entrelazándose con fuertes enlaces covalentes. La estructura así formada toma el aspecto macroscópico de una única molécula gigantesca, cuya forma se fija permanentemente, debido a que la movilidad de las cadenas y los grados de libertad para rotación en los enlaces es prácticamente cero.
  10. 10. Compuestos de matriz metálica• CermetUn cermet es un material compuesto formado por materiales metálicos y cerámicos. Los cermets están diseñados para combinar la resistencia a altas temperaturas y a la abrasión de los cerámicos con la maleabilidad de los metales. Como matriz se utiliza el metal, usualmente níquel, molibdeno, o cobalto, y la fase dispersa está constituida por carburos refractarios, óxidos, boruros o alúmina.• Fundición blancaSon aquellas en las que todo el carbono se encuentra combinado bajo la forma de cementita. Todas ellas son aleaciones hipoeutécticas y las transformaciones que tienen lugar durante su enfriamiento son análogas a las de la aleación de 2,5 % de carbono. – Metal duro También conocido por carburo de tungsteno es un compuesto cerámico formado por tungsteno y carbono. Son de uso recomendado en aplicaciones en las que se requiera resistencia a desgaste severo, impacto y corrosión.• Laminado metal-intermetal
  11. 11. Compuestos de matriz cerámica• Hormigón/ConcretoEl hormigón, también conocido como concreto, es un material que se utiliza mucho en los procesos de construcción.El concreto resulta de la mezcla de conglomerantes, conocidos como cemento, con áridos (arena, grava o gravilla) agua y finalmente adiciones y aditivos.• Carbono-carbono reforzadoLa fibra de carbono es el desarrollo más reciente en el campo de los materiales compuestos siguiendo la idea de que uniendo fibras sintéticas con varias resinas, se pueden lograr materiales de baja densidad, muy resistentes y duraderos.• HuesoEsta matriz ósea está reforzada con fibras de colágeno, que es el componente más abundante de la piel y de los huesos.• AdobeEl adobe es una pieza para construcción hecha con una masa de barro (arcilla y arena) mezclada a veces con paja, moldeada en forma de ladrillo y secada al sol.Con ellos se construyen paredes y muros de variadas edificaciones. La técnica de elaborarlos y su uso están extendidos por todo el mundo, encontrándose en muchas culturas que nunca tuvieron relación.
  12. 12. Compuestos de matriz orgánica• Madreperla o nácarLa madreperla, conocida también como nácar, es una sustancia que ya consolidada es dura, blanca, brillante y con reflejos irisados o iridiscentes. Es también la sustancia que forma la capa interna del caparazón de muchos moluscos; por lo que, diversos de estos moluscos lo segregan de manera considerable para reparar sus caparazones dañados o para cubrir determinados objetos dentro de ellos. Este mecanismo es utilizado por los recolectores de perlas, para administrar a unos determinados moluscos piezas en el interior que cubrirán con el nácar, convirtiéndolos en perlas u otros objetos valiosos nacarados.• Concreto asfálticoLos concretos asfálticos constituyen la clase superior de los pavimentos bituminosos.El concreto asfáltico mezclado en vía, consiste en una o varias capas compactadas de una mezcla de agregados minerales, asfalto líquido, producido en la vía por medio de plantas viajeras, motoniveladoras, arados agrícolas o cualquier otro tipo capaz de mezclar agregados y asfalto sobre la superficie de la vía. Este tipo de concreto asfáltico se puede emplear como capa de rodamiento para tráfico liviano y mediano, como base de pavimentos flexibles para tráficos mediano y pesado o como capa intermedia.
  13. 13. Madera mejorada• PlywoodEl Plywood, en español, contrachapado, es un material que está compuesto de chapa de madera sobrepuesta en capas impares con la veta perpendicular entre ellas, pegadas con resinas de formaldehidos, logrando un material con una mayor resistencia mecánica que la madera sólida de igual superficie y grosor.• Tableros de fibra orientadaEstá formado con virutas de madera que se unen entre sí con un aglomerante mediante la aplicación de calor y presión. Las virutas de las capas exteriores están alineadas y dispuestas paralelamente a la longitud del tablero, mientras que la de la/s capa/s interior/es pueden estar orientadas aleatoriamente o alineadas perpendicularmente a la dirección de las virutas de las capas exteriores.• TrexPertenece a la gama de compuestos de madera y plástico, que son mezclas físicas hechas a temperaturas en las cuales el polímero está reblandecido, arriba de Tg y Tm. Conocidos más comúnmente como WPC, que proviene de su traducción al inglés Wood-Plastic-Composites.• WeatherbestPerteneciente también a la gama de compuestos de madera y plásticos.• Pycrete
  14. 14. BibliografíaTodos estos datos han sido obtenidos de:• http//es.wikipedia.org• http://infomadera.net• http://www.interempresas.com• http://www.astromia.com• http://www.educared.net• http://www.plasticportal.net• http://www.tecnun.es• http://www.quiminet.com

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