COMPOSITES

COMPOSITES

1. Fase 1: continua "Matriz"

   • Proporciona resistencia térmica y ambiental
   • Clasificación de los composites

2. Fase 2: "Refuerzo"

   • Da propiedades mecánicas
   • Clasificación de los composites
     • Según forma
       • Fibrosos
         • Relación longitud-diámetro muy alto
           • Fibras contínuas o discontínuas pueden ser aleatorias o unidireccionales. Ejemplo: Epoxi con fibra de vidrio
       • Particulados
         • Dimensiones de partículas iguales iguales en todas direcciones
           • Ejemplo: Caucho reforzado
       • Estructurales
         • Se constituyen por apilamiento de láminas paralelas
           • Sandwich núcleo y tapas
     • Según la naturaleza
       • Matriz organica (Polímeros)
         • Poco resistente al fuego, presenta baja densidad y para piezas complejas
       • Matriz metálica
         • Aleaciones de Al, Ti, Mg
           • Duran más, conductividad térmica alta, no absorbe humedad, resistencia al desgaste
             • Alto precio
       • Matriz mineral (Cerámica)
         • Resisten temperaturas altas
         • Desventajas
           • Fragilidad, baja resistencia a choques térmicos
     • Según el tamaño
       • Microcomposites o convencionales
         • Tamaño del grano del orden de la micra
           • No se puede procesar para obtener láminas o fibras
       • Nanocomposites
         • Tamaño del refuerzo es del orden del nanometro
           • Las interacciones se dan a nivel molecular
     • Aplicaciones y limitaciones de los materiales compuestos
       • Ventajas que presentan
         • - Resistencia específica alta - Posibilidad de adaptar el material al esfuerzo requerido (anisotropía) -Formas complicadas posibles
         • Licitaciones
           • - Necesidad de control riguroso de fabricación - Elevados precios - Reducción de ductilidad

3. Matriz Orgánica

   • Automoción naval aeronáutica
   • Matriz (Generalidades)
     • Función principal
       • - Soportan carga aplicada - Matriz deformable
     • Termoestables o termoplásticos
       • Termoestable
         • - facil de procesar - Mas tenaces -Más frágiles que termoplásticos
         • Uniones covalentes
       • Termoplásticos
         • - Dificil de procesar .Reciclables: reblandecer y enfriar para solidificar
   • Matrices termoestables
     • Resina poliester insaturado
       • Ventajas
         • Fácil de procesar, buena resistencia química, bajo precio
       • Desventajas
         • Reticulación elevada en curado, Reacción puede generar daños al material, altas emisiones estremo, propiedades mecánicas medias.
       • Formación
         • Policondensación
         • Reticulación con Estireno
     • 2 Etapas
       • Planta quimica
       • Planta producción
     • Reacciones químicas (Reticulación)
     • Productos rígidos insolubles
     • Resinas vinilester
       • Formación
         • 2 Pasos
           • 1. Policondensación: Insaturación
             • 2. Reticulación con Estireno
       • Ventajas
         • Buena resistencia química, Buena capacidad de adeshión
       • Desventajas
         • Precio más elevado
           • Resinas de poliester
     • Resinas Fenólicas
       • Grupos
         • Resoles
           • Se trabaja en modo básico
         • Novolacas
           • Se trabaja en modo ácido
       • Ventajas
         • Retardo de llama, baja emisión de humo y gases tóxicos
       • Desventajas
         • Formación de agua genera defectos, propiedades mecánicas bajas
     • Resinas Epoxi
       • Ventajas
         • Propiedades mecánicas excelentes, contracción baja, elevada resistencia térmica
       • Desventajas
         • Elevado precio, curado neto de la resina
       • Fenoles, aminas y poliacidos

4. Comportamiento metálico de los materiales compuestos

   • Micromecanica de materiales de fibra corta
     • El esfuerzo y la resistencia a la fractura depende de:
       • -Longitud de la fibra. -Diametro. -Resistencia a la cortadura de la matriz
   • Micromecánica de materiales de fibra larga
     • Si se aplica una carga en la dirección de la carga:
       • La carga que soporta es igual a la suma de las cargas de la matriz y por la fase de la fibra
     • Si se aplica la carga transveralmente igual perpendicular
       • El compuesto y la fase estaran sometidos al mismo esfuerzo
   • Efecto de longitúd de fibra
     • Es un material compuesto
       • Las propiedades mecánicas dependen de la transmisión del esfuerzo de la matriz de fibra
         • Si longitud de fibra es superior a longitudgrítica
           • -aumenta la transferencia de la carga, - el refuerzo de la fibra es mas grande
         • Longitud crítica depende de:
           • - Diametro de fibra, - resistencia a la tracción, - resistencia a la cortadura
         • Si longitud de fibra inferior a longitud crítica
           • No se transmite esfuerzo, el efecto de refuerzo es significante

5. Composites de matriz metálica

   • Tipos de matrices
     • Metales mas utilizados
       • -Aluminio. -Magnesio. -Titanio
         • Mejor que el del magnesio
           • Aluminio es tan compacto que impide que progrese la oxidación (Pasivado)
         • Su elevada temperatura de fusión permite utilizarlo a temperaturas mas elevadas
           • Principal desventaja: Precio
         • Magnesio
           • Buenas propiedades mecanicas pero necesario protegerlo frente a la oxidación
   • Tipos de fibra de refuerzo
     • Continuas de boro
       • Material muy duro y con una temperatura de fusión elevadísima
         • Destacan por su alto modulo y resistencia
     • Continuas de carburo de silicio
       • Se obriene por disipación química de vapor sobre sustrato de carbono
         • Principal ventaja: Se adieren mas rapidamente al metal y el precio es menor
     • Matriz metálica con fibras continuas de grafito
       • -Se fabrican por infiltración de material liquido
         • -Los filamentos de grafito se activan por deposición quimica de vapor de compuestos mojado con aleaciones de aluminio y magnesio
       • Métodos de fabricación de este compuesto
         • -Adhesión-Difusión (Calentar y someter al vacio). -Piltrusión (Adhesión de las láminas). -Proceso rapi-press (Las láminas se adhieren por enrrollamiento en caliente). -Proceso de fundición (No es bueno para láminas delgadas)

6. Composites de matriz cerámica

   • Sólidos inorgánicos no metalicos
   • Coeficientes de expansión térmica
     • Matriz > fibras
       • Rotura de matriz en enfriamiento
     • Matriz < fibras
       • Disminuye adhesión fibra matriz
   • Tipos de fibras
     • Fibras de carbono
       • -Mejor rigidez. -Baja densidad. -Raesistente a altas temperaturas. -Fácil oxidación
     • Fibras cerámicas
       • Mejor resistencia a oxidación
       • SiC (Carburo de silicio)
     • Fibras metálicas
       • Compatibilidad con cerámicas
       • Desventajas
         • -Fácil oxidación. - Baja resistencia. -Elevada densidad
       • Ventajas
         • -Aumento de resistencia al choque térmico