Material compuesto
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El Material compuesto o Composite se obtienen al unir dos o mas materiales distintos sin que se produzca reacción química entre ellos, pero que combinan sus propiedades, imposibles de obtener en un material original.
Estos materiales compuestos tienen un requisito principal, garantizar las mismas cualidades de resistencis mecanica y/o quimica, de los materiales originales, pero cumpliendo unos objetivos fundamentales, segun la prestación que deben realizar, como son disiminuir peso, mejorar propiedades anticorrosivas, dielectricas, rigidez, rendimiento a altas temperaturas,dureza, etc.
Sumario
Importancia del material Compuesto
La mayoría de las tecnologías modernas requiere de materiales con una combinación inusual de propiedades, imposible de conseguir con los metales, las cerámicas y los polímetros convencionales. Esta necesidad es muy evidente en aplicaciones espaciales, subacuaticas y en los transportes. En la aeronáutica se solicitan materiales de baja densidad y que sean resistentes y rígidos, y también resistentes al impacto, corrosión y a la abrasión. Esta combinación de propiedades es algo muy extraordinario, porque frecuentemente los materiales más densos son los más resistentes, además que un incremento de la resistencia y de la rigidez, se traduce generalmente en una disminución de la resistencia al impacto. Estas características físico-químicas deseadas se han logrado con el surgimiento y desarrollo de los materiales compuestos o composites.
Las combinaciones de propiedades de materiales y la gama de sus valores han ido en aumento mediante el desarrollo de los materiales compuestos o composites, los cuales se obtienen al unir dos o mas materiales de propiedades diferentes, que se combinan al nivel macroscopico, no siendo solubles entre si, para conseguir una combinación de propiedades que no es posible obtener en los materiales originales.
Clasificacion de los materiales compuestos
Esta determinado por como se clasifican las fases de refuerzo y matriz, que lo componen.
Fases
Independientemente de la cantidad de los materiales que lo componen, la mayor parte de los composites están formados por dos fases, una la matriz, la cual es continua y rodea a la otra fase, denominada fase dispersa o refuerzo. Estas fases no son solubles entre si, y se combinan a nivel macroscopico.Las propiedades del composite están en función de las propiedades de las fases que lo componen, de sus proporciones relativas y de la geometría de la fase dispersa o refuerzo, lo cual se expresa en la forma, tamaño, distribución y la orientación de las partículas dispersas.
-Fase MATRIZ, componente que se presenta en fase continua, actuando como ligante.
-Fase REFUERZO, en fase discontinua, que es el elemento resistente.
Sobre la fase matriz
Funcion
La matriz de un composite ejerce varias funciones:
- En primer lugar une o soporta la fase refuerzo, manteniéndola en su posición correcta.
- Actúa como un medio que distribuye y transmite a la fase refuerzo, los esfuerzos externos aplicados (según estudios la matriz resiste una pequeña fracción del esfuerzo aplicado).
- Protege a la fase refuerzo de sufrir daños durante su manufactura y su uso.
- Evita la propagación de grietas hacia la fase refuerzo
- Es la responsable del control principal de las propiedades eléctricas, el comportamiento quicio y el uso a temperaturas elevada del compuesto.
- Debe ser dúctil.
Clasificacion
La matriz se clasifican segun el material que lo componen:
-Metalicos. -Cerámicos. -Carbón. -Polimeros.Estos se subdividen en: termoplasticos, Duroplasticos o Termofijos, y los Elastómeros
Duroplásticos o Termoestables: Estas resinas líquidas consisten en una serie de precursores líquidos o semilíquidos, que deben curarse para alcanzar el estado sólido, por medios químicos, térmicos (altas temperaturas), o por medio de radiaciones (UV, gamma, electrones o microondas). Una vez curadas, tienen gran cantidad de enlaces cruzados, y no pueden volver a fundir sin sufrir una grave degradación. Se componen de largas cadenas de moléculas con fuertes enlaces cruzados entre las cadenas para formar estructuras de redes tridimensionales. Estos polímetros generalmente son mas resistentes, aunque mas frágiles, que los termoplásticos. No tienen una temperatura de fusion fija y es difícil reprocesarlas una vez ocurrida la formación de enlaces cruzados. Es las más empleadas en materiales compuestos de altas prestaciones.
Termoplásticos: Se componen de largas cadenas producidas al unir las moléculas pequeñas o monometros y típicamente se comportan de una manera dúctil y plástica. Al ser calentados a temperaturas elevadas, estos polímetros se ablandan y se conforman por flujo viscoso. Se pueden reciclar con facilidad.
Elastómeros: Tienen una estructura intermedia, en la cual se permite que ocurra una ligera formación de enlaces cruzados entre las cadenas. Tiene la capacidad de deformarse elásticamente en grandes cantidades sin cambiar la forma permanentemente.
Sobre la fase refuerzo
Funcion
la fase refuerzo aporta la resistencia mecanica deseada segun la prestacion del material compuesto.
Clasificación
Se clasifican en cuanto a la naturaleza y la estructura de su (sus) componente(s):
Compuestos fibrosos: consisten en fibras adheridas a una matriz, pueden ser:
-Largas continuas(mayores que 15 cm): Que pueden esta orientadas unidimensionalmente, bidimensionalmente y tridimensionalmente.
-Cortas o discontinuas(menores que 15 cm): Que pueden estar orientadas ordenadas o alineadas, y de forma aleatoria
-Compuestos laminados: consisten en la combinación de materiales en varias camadas pudiendo ser de tres tipos: camadas en varias direcciones, sándwich y esqueletos (los del tipo colmena son los más comunes).
-Compuestos particulados : consisten en partículas dispersas o Wishker en una matriz, estas pueden tener formas: esféricas, planas, elipsoidales, macizas o huecas, etc.., con orientación aleatoria y predominante.
-Compuestos híbridos: forman una clase que combinan los compuestos anteriores.
Referencias
- Callister, William D Jr: Introducción a la Ciencia e Ingenieria de los materiales. Editorial Reverté S.A, año 1995.
- Askeland, Donald R.: Ciencia de los Materiales. Tercera Edicion, International Thompson Editores, año 1998. ISBN:968.-7529-36-9.
