Materiales Compuestos l6t3z
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- Words: 1,102
- Pages: 28
MATERIALES COMPUESTOS
Integrantes: Paloma Carrasco Camilo Gallano Francisca Uribe
Definición:
Los materiales compuestos son aquellos que están formados por dos o más materiales distintos.
Son esencialmente insolubles entre sí.
Se caracterizan porque las propiedades del material final son superiores a las que tienen los materiales constituyentes por separado.
o Los materiales compuestos están formados por dos fases; una continua denominada matriz y otra dispersa denominada refuerzo. o La matriz es la responsable de las propiedades físicas y químicas, mientras que la fase dispersa le otorga las propiedades mecánicas de interés.
Clasificación de los materiales compuestos Según: La
forma de los constituyentes
La
naturaleza de los constituyentes
• La forma de los constituyentes
• La naturaleza de los constituyentes o
Materiales compuestos de matriz metálica (MMC)
o
Materiales compuestos de matriz cerámica (CMC)
o
Materiales compuestos de matriz polimérica (PMC)
MATRIZ METÁLICA o Elevada resistencia a la tracción, alto módulo elástico y buena ductilidad o Alta temperatura de fusión. o Buena
conductividad
eléctrica. o Resistencia a la corrosión.
térmica
y
Las matrices más utilizadas son metales con baja densidad ya que los materiales compuestos deben presentar propiedades específicas elevadas.
Los
metales
más
utilizados
son:
aluminio,
magnesio, titanio y cobalto.
Los refuerzos más comunes son: fibras continuas, partículas y fibras discontinuas.
APLICACION ES o Industria Aeroespacial o Industria automotriz o Industria Eléctrica y Electrónica o Industria Aeronáutica o Industria de Armamento
MATRIZ CERÁMICA o
Baja conductividad eléctrica y térmica (buenos aislantes)
o
Alta estabilidad química.
o
A elevadas temperaturas y en ambientes corrosivos, son más resistentes que los metales y los polímeros.
o
Pueden ser refractarios.
o
En cuanto a las propiedades mecánicas, son duros, pero frágiles. Poseen baja tenacidad
utilizados
como
materiales
CLASIFICACIÓN DE LA MATRIZ CERÁMICA Vidrios: Silicatos amorfos. Pueden contener otros óxidos.
Materiales cerámicos tradicionales: Basados en silicatos. Se utilizan principalmente como productos estructurales y en alfarería.
Nuevos materiales cerámicos:
Basados en compuestos de óxido y carburos. Son los más utilizados. -
Alúmina (Al2O3): se obtiene de la bauxita, y se caracteriza por sus buenas propiedades mecánicas Aplicación: aislante eléctrico a altas temperaturas.
-
Carburo de silicio (SiC): se obtiene a partir de arena y coque (tiene menor densidad que la alúmina). Es un semiconductor y posee alta dureza.
REFUERZOS MATRIZ CERÁMICA Las fibras inhiben la propagación de la grieta, causada por la absorción de energía. Mejoran la resistencia y la tenacidad.
Fibras metálicas
Se debe considerar la compatibilidad química con la matriz cerámica y los coeficientes de expansión. Desventajas: •
Facilidad de oxidación
•
Elevada densidad, lo que da lugar a valores bajos de la resistencia específica y el módulo específico.
Ventaja: •
Aumenta la resistencia al choque térmico (quebraduras debido al cambio brusco de temperatura).
•
Le otorga un aumento en la tenacidad.
o
Fibras de carbono
•
Mejora la rigidez, resistencia y tenacidad.
•
Tienen baja densidad.
•
Resisten altas temperaturas en atmósfera inerte.
•
Se oxidan fácilmente en presencia de oxígeno.
•
Elevado precio.
o
Fibras de vidrio
•
Poseen mejor resistencia a la corrosión que los metales y la fibra de carbono.
•
Bajo precio.
MATRIZ POLIMÉRICA o
Matriz polimérica termoestable.
o
Matriz polimérica termoplástica.
MATRIZ POLIMÉRICA TERMOESTABLE
Son aquellas que presentan una serie de reacciones químicas, llamadas de curado o reticulación, el cual son uniones químicas cruzadas que llevan a la formación de una red tridimensional fuertemente unida.
Presentan las siguientes características: Son
fáciles de procesar antes del curado debido al bajo
peso molecular de las resinas precursoras o prepolímeros. Debido Son Es
en
a la formación de reticulación son más tenaces.
más frágiles que las termoplásticas.
por ello que los materiales termoestables se aplican múltiples
campos:
aéreo
espacial,
aplicaciones domesticas, construcción.
eléctrico,
Algunos ejemplos son:
•
Poliester insaturado: asientos de silla, barcos, piezas exteriores de autos
•
Fenólico: aplicaciones eléctricas (bases de enchufes, interruptores)
•
Epoxis: adhesivos, aislantes, barnices.
•
Melaninas: Cierres, botones.
MATRIZ POLIMÉRICA TERMOPLÁSTICA
Están constituidas por una asociación lineal de moléculas, las que se mantienen unidas por fuerzas de Van der Walls relativamente débiles, lo que les permite ablandarse al calentarse y endurecerse al enfriarse reversiblemente.
El uso de matrices de polímeros termoplásticos ha aumentado considerablemente, debido a su periodo de vida útil más elevado, también se caracteriza por tener una buena resistencia química y buenas propiedades mecánicas lo que les permite tener diferentes usos.
A modo de ejemplo:
•
Polietileno: Laminas, tubos, bolsas.
•
Polipropileno: Juguetes, cerraduras.
•
Policloruro de Vinilo (PVC): tubos y conducciones, recubrimiento cuero artificial.
•
Nylon: Piezas mecánicas que deban resistir hidrocarburos.
NOTA:
Las matrices poliméricas para los materiales compuestos reforzados con fibras suelen ser tipo resinas de poliéster insaturadas o resinas epoxi.
Las resinas epoxi son ahora más comunes por las ventajas que presentan:
•
Mayor resistencia.
•
Menores modificaciones en la etapa de curado.
•
Mejor adherencia a las fibras.
•
Se pueden utilizar a temperaturas más altas que las resinas de poliéster.
Las resinas epoxi son la base de los materiales compuestos basados en fibra de carbono o de poliaramida.
REFUERZOS MATRIZ POLIMÉRICA
Fibra de vidrio
Es un material compuesto consistente en fibras continuas o discontinuas de vidrio embebidas en una matriz plástica. Es la más utilizada debido las siguientes características: •
Es fácilmente hilable en fibras de alta resistencia.
•
Resistencia al frío, calor, humedad y corrosión.
•
Facilidad de fabricación (bajos costos).
•
Buena resistencia térmica.
Fibra de Carbono:
Los materiales compuestos fabricados a base de fibras de carbón se caracterizan por ser una combinación de escaso peso, alta resistencia y tenacidad. Por eso dichos materiales son aptos para aplicaciones aeroespaciales, pero el elevado precio de la fibra de carbono limita su uso en algunas industrias como la del automóvil.
Plancha de fibra de carbono
Fibra de Aramida
Entre sus tipos comerciales se encuentran: • kevlar 29, de baja densidad y alta resistencia, y ha sido creado especialmente para balística, cuerdas y cables. • kevlar 49, de baja densidad, alta resistencia y alto modulo, se utiliza principalmente para refuerzo de plásticos en compuestos de interés aeroespacial, marina, etc.
Hilos de fibra de Aramida
Negro de Humo
Compuesto polímero-cerámico. El negro de humo esta conformado por partículas pequeñas y esféricas de carbono producidas por combustión incompleta (poco aire) de gas natural u otros derivados del petróleo. La adición de estas partículas (que es barato) al caucho vulcanizado aumenta la resistencia a la torsión y al desgaste.
Caucho vulcanizado
Grafico 1: Mayores usos de los Materiales Compuestos
Fuente: Estudio materiales compuestos - estimaciones Nodal Consultants - año 2000
Integrantes: Paloma Carrasco Camilo Gallano Francisca Uribe
Definición:
Los materiales compuestos son aquellos que están formados por dos o más materiales distintos.
Son esencialmente insolubles entre sí.
Se caracterizan porque las propiedades del material final son superiores a las que tienen los materiales constituyentes por separado.
o Los materiales compuestos están formados por dos fases; una continua denominada matriz y otra dispersa denominada refuerzo. o La matriz es la responsable de las propiedades físicas y químicas, mientras que la fase dispersa le otorga las propiedades mecánicas de interés.
Clasificación de los materiales compuestos Según: La
forma de los constituyentes
La
naturaleza de los constituyentes
• La forma de los constituyentes
• La naturaleza de los constituyentes o
Materiales compuestos de matriz metálica (MMC)
o
Materiales compuestos de matriz cerámica (CMC)
o
Materiales compuestos de matriz polimérica (PMC)
MATRIZ METÁLICA o Elevada resistencia a la tracción, alto módulo elástico y buena ductilidad o Alta temperatura de fusión. o Buena
conductividad
eléctrica. o Resistencia a la corrosión.
térmica
y
Las matrices más utilizadas son metales con baja densidad ya que los materiales compuestos deben presentar propiedades específicas elevadas.
Los
metales
más
utilizados
son:
aluminio,
magnesio, titanio y cobalto.
Los refuerzos más comunes son: fibras continuas, partículas y fibras discontinuas.
APLICACION ES o Industria Aeroespacial o Industria automotriz o Industria Eléctrica y Electrónica o Industria Aeronáutica o Industria de Armamento
MATRIZ CERÁMICA o
Baja conductividad eléctrica y térmica (buenos aislantes)
o
Alta estabilidad química.
o
A elevadas temperaturas y en ambientes corrosivos, son más resistentes que los metales y los polímeros.
o
Pueden ser refractarios.
o
En cuanto a las propiedades mecánicas, son duros, pero frágiles. Poseen baja tenacidad
utilizados
como
materiales
CLASIFICACIÓN DE LA MATRIZ CERÁMICA Vidrios: Silicatos amorfos. Pueden contener otros óxidos.
Materiales cerámicos tradicionales: Basados en silicatos. Se utilizan principalmente como productos estructurales y en alfarería.
Nuevos materiales cerámicos:
Basados en compuestos de óxido y carburos. Son los más utilizados. -
Alúmina (Al2O3): se obtiene de la bauxita, y se caracteriza por sus buenas propiedades mecánicas Aplicación: aislante eléctrico a altas temperaturas.
-
Carburo de silicio (SiC): se obtiene a partir de arena y coque (tiene menor densidad que la alúmina). Es un semiconductor y posee alta dureza.
REFUERZOS MATRIZ CERÁMICA Las fibras inhiben la propagación de la grieta, causada por la absorción de energía. Mejoran la resistencia y la tenacidad.
Fibras metálicas
Se debe considerar la compatibilidad química con la matriz cerámica y los coeficientes de expansión. Desventajas: •
Facilidad de oxidación
•
Elevada densidad, lo que da lugar a valores bajos de la resistencia específica y el módulo específico.
Ventaja: •
Aumenta la resistencia al choque térmico (quebraduras debido al cambio brusco de temperatura).
•
Le otorga un aumento en la tenacidad.
o
Fibras de carbono
•
Mejora la rigidez, resistencia y tenacidad.
•
Tienen baja densidad.
•
Resisten altas temperaturas en atmósfera inerte.
•
Se oxidan fácilmente en presencia de oxígeno.
•
Elevado precio.
o
Fibras de vidrio
•
Poseen mejor resistencia a la corrosión que los metales y la fibra de carbono.
•
Bajo precio.
MATRIZ POLIMÉRICA o
Matriz polimérica termoestable.
o
Matriz polimérica termoplástica.
MATRIZ POLIMÉRICA TERMOESTABLE
Son aquellas que presentan una serie de reacciones químicas, llamadas de curado o reticulación, el cual son uniones químicas cruzadas que llevan a la formación de una red tridimensional fuertemente unida.
Presentan las siguientes características: Son
fáciles de procesar antes del curado debido al bajo
peso molecular de las resinas precursoras o prepolímeros. Debido Son Es
en
a la formación de reticulación son más tenaces.
más frágiles que las termoplásticas.
por ello que los materiales termoestables se aplican múltiples
campos:
aéreo
espacial,
aplicaciones domesticas, construcción.
eléctrico,
Algunos ejemplos son:
•
Poliester insaturado: asientos de silla, barcos, piezas exteriores de autos
•
Fenólico: aplicaciones eléctricas (bases de enchufes, interruptores)
•
Epoxis: adhesivos, aislantes, barnices.
•
Melaninas: Cierres, botones.
MATRIZ POLIMÉRICA TERMOPLÁSTICA
Están constituidas por una asociación lineal de moléculas, las que se mantienen unidas por fuerzas de Van der Walls relativamente débiles, lo que les permite ablandarse al calentarse y endurecerse al enfriarse reversiblemente.
El uso de matrices de polímeros termoplásticos ha aumentado considerablemente, debido a su periodo de vida útil más elevado, también se caracteriza por tener una buena resistencia química y buenas propiedades mecánicas lo que les permite tener diferentes usos.
A modo de ejemplo:
•
Polietileno: Laminas, tubos, bolsas.
•
Polipropileno: Juguetes, cerraduras.
•
Policloruro de Vinilo (PVC): tubos y conducciones, recubrimiento cuero artificial.
•
Nylon: Piezas mecánicas que deban resistir hidrocarburos.
NOTA:
Las matrices poliméricas para los materiales compuestos reforzados con fibras suelen ser tipo resinas de poliéster insaturadas o resinas epoxi.
Las resinas epoxi son ahora más comunes por las ventajas que presentan:
•
Mayor resistencia.
•
Menores modificaciones en la etapa de curado.
•
Mejor adherencia a las fibras.
•
Se pueden utilizar a temperaturas más altas que las resinas de poliéster.
Las resinas epoxi son la base de los materiales compuestos basados en fibra de carbono o de poliaramida.
REFUERZOS MATRIZ POLIMÉRICA
Fibra de vidrio
Es un material compuesto consistente en fibras continuas o discontinuas de vidrio embebidas en una matriz plástica. Es la más utilizada debido las siguientes características: •
Es fácilmente hilable en fibras de alta resistencia.
•
Resistencia al frío, calor, humedad y corrosión.
•
Facilidad de fabricación (bajos costos).
•
Buena resistencia térmica.
Fibra de Carbono:
Los materiales compuestos fabricados a base de fibras de carbón se caracterizan por ser una combinación de escaso peso, alta resistencia y tenacidad. Por eso dichos materiales son aptos para aplicaciones aeroespaciales, pero el elevado precio de la fibra de carbono limita su uso en algunas industrias como la del automóvil.
Plancha de fibra de carbono
Fibra de Aramida
Entre sus tipos comerciales se encuentran: • kevlar 29, de baja densidad y alta resistencia, y ha sido creado especialmente para balística, cuerdas y cables. • kevlar 49, de baja densidad, alta resistencia y alto modulo, se utiliza principalmente para refuerzo de plásticos en compuestos de interés aeroespacial, marina, etc.
Hilos de fibra de Aramida
Negro de Humo
Compuesto polímero-cerámico. El negro de humo esta conformado por partículas pequeñas y esféricas de carbono producidas por combustión incompleta (poco aire) de gas natural u otros derivados del petróleo. La adición de estas partículas (que es barato) al caucho vulcanizado aumenta la resistencia a la torsión y al desgaste.
Caucho vulcanizado
Grafico 1: Mayores usos de los Materiales Compuestos
Fuente: Estudio materiales compuestos - estimaciones Nodal Consultants - año 2000
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