Materiales Compuestos

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• Los tres factores que determinan las propiedades y el rendimiento de los materiales compuestos mayoritariamente son: 1. Las propiedades de los materiales constituyentes. 2. El tamaño, la cantidad y la distribución del refuerzo. 3. La efectividad del enlace entre la matriz y el refuerzo

1. Definición y propiedades

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   • Son producto de dos o más materiales, produciendo un efecto sinérgico, se componen de dos o más fases distintas normalmente por una combinación de metales, cerámicos y/o polímeros, que se unen para dar una combinación con propiedades que no pueden ser obtenidas en los materiales originales  Se combinan formando una estructura i propiedades agregadas y mejoradas en comparación con las de cualquiera de sus componentes aislados,  Los componentes del compuesto no reaccionan entre sí, así que las propiedades del mismo son una combinación no forman nuevas propiedades a partir de la reacción de sus componentes, aunque se tiene que tener en consideración que el compuesto adopta características únicas debido a esta unión.  Las propiedades que se obtienen son un producto de la combinación de los refuerzos que se utilicen y de la matriz que soporta al refuerzo en los materiales compuestos. Ejemplos sencillos y conocidos por todos de materiales compuestos son el hormigón y los neumáticos.
2. Características generales de los materiales compuestos

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   • Elevada resistencia mecánica frente a esfuerzos de tracción y de flexión.  Elevada ligereza.  Alta estabilidad dimensional.  Elevada resistencia a los agentes químicos y atmosféricos (alta durabilidad).  Posibilidad de aislamiento térmico, eléctrico y acústico.  Baja transmisión de vibraciones.  Buen comportamiento ante la fatiga.  Elevada resistencia térmica y buen comportamiento a la llama.
3. La microestructura de los materiales compuestos

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   • Los materiales compuestos, en cambio, presentan una estructura en cohesión formada por la matriz y los refuerzos además de proteger estos de factores dañinos. La matriz separa las fibras de forma que si ocurre una grieta esta no se pueda extender a otras fibras además de unirse a la superficie de la fibra para compartir la carga y consecuentemente disminuir la probabilidad de rotura.presentan una microestructura única al estar diseñada específicamente para la aplicación que debe desarrollar.
   1. Cristalinos
      1. La estructura de los silicatos cristalinos.

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         • Algunos materiales cerámicos contienen enlaces covalentes. La disposición de los átomos en la celda unitaria, se repite a través de una red cristalina que conforma el material ceàmico de forma homogénia.
         1. Imperfecciones en las estructuras cerámicas cristalinas

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            • En lo que se refiere a propiedades físicas, como la conductividad eléctrica, los defectos puntuales son de especial importancia. Las propiedades mecánicas están determinadas por superficies, incluyendo bordes de grano, superficies de partícula y poros.
   2. Cerámicos No Cristalinos
      1. La estructura de los cerámicos no cristalinos

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         • Los materiales cerámicos no cristalinos más importantes son los vidrios. Un vidrio es un material sólido que se ha endurecido y vuelto rígido sin cristalizar. Las estructuras vítreas se producen al unirse los tetraedros de sílice u otros grupos iónicos, para producir una estructura reticular no cristalina, pero sólida
   3. Polimeros
      1. Microestructura de los polímeros

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         • las cadenas son muy largas y fácilmente se enmarañan y además, en el estado fundido se mueven en un medio muy viscoso, así que no puede esperarse en ellos un orden tan perfecto, pero de todas maneras, algunos polímeros exhiben ordenamiento parcial en regiones llamadas cristalitos.
4. Ventajas

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   • Alta resistencia especifica.  Alta rigidez especifica.  La resistencia a la fuerza de tracción es mayor que en materiales simples o aleaciones.  Baja densidad.  Baja expansión térmica.  La conductividad térmica específica puede ser 40 veces mayor a la del cobre.  Mayor resistencia a la fatiga.  Mayor número de opciones de diseño que los materiales homogéneos.  Resistencia a la corrosión.  Métodos de producción rápidos.
5. Desventajas

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   • La mayoría son antrópicos, sus propiedades no son equivalentes en todas direcciones, provocando debilidades, aunque con beneficios aumentados.  Los de matriz polimérico son susceptibles a substancias químicas, provocando su deterioro o corrosión.  Los materiales primos para la creación de los materiales compuestos tienen un precio alto.  Falta de métodos de Manu factorización de alta productividad.
6. Materiales compuestos híbridos

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   • compuesto reforzado con fibras relativamente nuevo es el denominado híbrido, que se obtiene utilizando dos o más clases diferentes de fibras en una única matriz y, usualmente, se obtienen en estructuras multicapa.combinación más extendidas son las fibras de carbono y de vidrio embebidas en una matriz polimérica.
7. Clasificación de los materiales compuestos
   1. Matrices

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      • Es el componente que se presenta en fase continua, actuando como ligando, es decir, actuando como un soporte estructural externo y principal de un material compuesto.  Se puede definir como el volumen donde se encuentra el refuerzo su función es sujetar y proteger las fibras, partículas o whiskers de posibles daños medioambientales y físicos. Los refuerzos deben estar fuertemente unidos a la matriz, de forma que su resistencia y rigidez sea transmitida al material compuesto.  Su función se extiende también en separar estas fibras y homogeneizar la estructura de la pieza, reduciendo así la posibilidad de rotura y, consecuentemente, aumentando la resistencia de esta.
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   2. Refuerzos

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      • Son los componentes que le otorgan resistencia, dureza y tenacidad al compuesto, están unidos en la matriz y constituyen la estructura interna del compuesto. Los tipos de refuerzo se pueden clasificar en tres categorías: fibras, whiskers y partículas. Desde el punto de vista de propiedades mecánicas, se puede obtener una gran mejora mediante el uso de fibras continuas, reforzando en la dirección del esfuerzo aplicado; mientras que con whiskers y partículas se experimenta una disminución de resistencia pero se obtiene una gran isotropía en el material.
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8. Fabricación de materiales compuestos
   1. Procesos en molde abierto

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      • Se aplican de forma más general sobre preformas elaboradas a partir de fibra pre-impregnada de resina. Hacen uso de una sola superficie de molde, consiguiéndose la compactación de la estructura mediante bolsas de vacío.
   2. Procesos en molde cerrado:

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      • Se llevan a cabo sobre preformas de fibra seca y exigen la utilización de conjuntos calefactados de molde y contra molde con cierre estanco. De las distintas variantes de proceso que se engloban en esta categoría, destaca nuestra experiencia en: Este proceso de fabricación de piezas compuestas se realiza a molde cerrado constituido por dos partes, que unidas dejan una cavidad en la que se colocan los refuerzos (fibras, núcleos, insertos, etc.) antes de realizar la inyección de la resina. En los procesos de RTM la resina es inyectada por una máquina a una determinada presión. Las aplicaciones más comunes son en pequeñas piezas complejas de componentes de aviones y automoción, asientos de tren, etc.
   3. Resistencia a la corrosión

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      • Las diferentes formas de evitar parcialmente la corrosión del material es con el diseño estructural de este a fin de aislar la superficie de los factores corrosivos o recubriéndolo con un material el cual posea unas propiedades específicas que permitan evitar la corrosión del material compuesto por parte de agentes químicos o físicos, un ejemplo son las resinas que se utilizan durante el proceso de fabricación, al recubrir las fibras que los forman, podemos ver que se puede obtener esta cualidad con la aplicación de sustancias químicas en la superficie de las piezas.