Materiales compuestos.

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ligadas a la matriz, estas pueden salir de la matriz durante la carga generando menor resistencia y disminución en la resistencia a la fractura

Aplicaciones:

A lo largo de muchos años, los materiales compuestos reforzados por fibras, han sido indispensables en la vida del hombre. Un ejemplo claro de hace varios siglos, es el reforzamiento de los ladrillos (ya sea de adobe o de barro) a partir de la utilización de la paja. Sin embargo, actualmente se sigue haciendo reforzamientos, especialmente en el campo de la construcción. La introducción de las varillas de acero en las estructuras de concreto es un importante ejemplo, ya que esto se realiza con el fin de conseguir mayor rigidez y resistencia en las estructuras urbanas.

Figura 1.1.2: Imagen correspondiente a la introducción de varillas de acero en una estructura de concreto (cimentación)

1.2. Compuestos reforzados con partículas.

Compuestos por partículas dispersas de un material duro y frágil uniformemente, rodeadas por una matriz más blanda y dúctil. Dependiendo del tamaño y la naturaleza de las partículas que influyen en las propiedades del compuesto, estos se clasifica en:

a) Compuestos endurecidos por dispersión.

b) Compuestos con partículas propiamente dichas.

Endurecidos por Dispersión:

El tamaño de las partículas es muy pequeño, con diámetro de 100-2500 μm. Debido a que estas partículas dificultan el movimiento de las dislocaciones, producen un efecto de endurecimiento notable en el material con pequeñas cantidades. A esto se añade que no presentan problemas de ablandamiento debido al sobre envejecimiento, crecimientos de grano con mejor resistencia a fluencia que los metales y aleaciones a los que refuerzan.

Las propiedades de estos compuestos pueden optimizarse cuando se considera que:

1) La fase dispersa, generalmente un oxido duro y estable, debe ser un obstáculo efectivo para el deslizamiento.

Materiales Industriales – Materiales Compuestos

Universidad Distrital Francisco José de caldas

2) El material disperso debe tener un tamaño, forma, distribución y cantidad óptimos.

3) El material disperso debe tener baja solubilidad en el material que refuerza, no deben existir reacciones químicas, como sucede en la alúmina respecto al aluminio que refuerza.

4) Se debe lograr una buena unión material dispersante-matriz, es decir una correcta interface entre el refuerzo y el material, lo que se logra con una pequeña solubilidad.

En los compuestos endurecidos por dispersión, la resistencia mecánica disminuye gradualmente al aumentar la temperatura (el aumento de temperatura hace que los átomos vibre rompiendo o deformando el enlace).

Compuestos con partículas propiamente dichas (Partículas grandes):

Contienen grandes cantidades de partículas gruesas que no dificultan de manera efectiva el movimiento de dislocaciones. En estos se incluyen numerosas combinaciones de metales, cerámicas y polímeros. El objetivo de estos radica en producir combinaciones de propiedades poco frecuentes y no en mejorar la resistencia.

Algunos ejemplos característicos de este tipo de compuestos son: los carburos sintéticos para herramientas de corte, que contienen las partículas cerámicas duras en una matriz metálica de cobalto; los contactos eléctricos de interruptores de buena resistencia al desgaste y excelente conductividad como polímeros con agentes de relleno como el caucho con negro de humo para neumáticos.

1.3. Estructurales

Los materiales compuestos estructurales se caracterizan por estar formados a partir de materiales “puros” (metales, polímero, cerámicos) o bien por la combinación de los anteriores con materiales compuestos, sus propiedades dependen fundamentalmente de la geometría y de su diseño. Los materiales compuestos estructurales se clasifican en dos grupos: los laminares y los paneles sándwich (Ver figura 1.3.1).

Ver figura 1.3.1: Comparación tipos de compuestos estructurales.

3.1 Compuestos laminares

Este tipo de compuestos están formados por laminas o capas de distintos materiales unidas sólidamente entre si generalmente por adhesivos o presión y en los que suelen alternarse capas en direcciones opuestas de polímeros reforzados con fibras continuas para lograr materiales de muy elevada rigidez a flexión y bajo peso (Ver figura 1.3.2)

Figura 1.3.2: Diagrama esquematico de una aramida (polimero sintetico)–aluminio laminado la cual tiene potencial para aplicaciones aeroespaciales

Las láminas o capas pueden pueden ubicarse de distintas formas (Ver figura 1.3.3):

a. En una misma direccion (propiedades equivalentes a las de láminas unidireccionales),

b. De forma cruzada que ocurre cuando se alternan láminas paralelas al esfuerzo con láminas a 90° perpendiculares al esfuerzo

c. Angulada es cuando se se colocan láminas con determinados ángulos con la dirección del esfuerzo.

Figura 1.3.3: Disposición de las láminas en un laminado. (a) Unidireccionales, (b) cruzados, (c) angulados.

Las propiedades resultantes en un laminado dependen de las propiedades de cada lámina, el número y tipo de cada lamina, la secuencia de apilado y el ángulo que forma la dirección principal de la lámina con la del laminado, en general lo que se busca este tipo de compuestos es aumentar la resitencia a flexion y compresion disminuyendo el peso del material.

3.1 Compuestos “Paneles Sándwich”

Este tipo de compuestos se elaboran cambiando paralelamente láminas de gran resistencia y dureza (normalmente plásticos reforzados, aluminio o incluso titanio), con capas de relleno (núcleo<<<) de baja densidad, dureza y peso y con espesor mucho mayor que el de las láminas externas (polímeros espumosos, cauchos sintéticos, madera balsa o cementos inorgánicos) (Ver figura 3.1.4).

Estructuralmente, el núcleo tiene dos funciones. Por un lado separa las caras y resiste la deformación perpendicular al plano de la cara. Por otro lado, aporta cierto grado de resistencia a la cizalladura a lo largo de planos perpendiculares a las caras.