sinergia en materiales

Fifura 17-t Algunos eiemplos de compuestos al el tnplay o modera contrachapada es un compuesto laminado de capas de chapa de madera, b) la concha de aOutón es un compuesto de plaquetas aragomticas íCaCO. ortorrómbicos) rodeadas poc capes de 10 nm de grueso de una matriz orgánica protemácea [Cortesía del profesor khtonet Sankaya, Universidad de Washington. SeaWe). c) la libra de vidrio es un compuesto reforzado con fibras de vidrio rigidas y fuertes en una matriz más blanda de polímero (175x) y d) el concreto, que es un material compuesto de partículas de arena gruesa o de grava en una malr.z de cemento (reducida en 50%) (Las imágenes a). c) y d) son reimpresas por cortesía de Don Askelano )

pueden par comb.nac.ones .nusualas de prop,edades eloctron^as m aqnébos u 0 e,en-,p:0. un marañal d.elOctnco poroso preparado usando por lases nene una constante diolftctr« „ ,nfeílft( „ 'norgancosLas losetas del transbordador ospac Z ü Z , < T ™0 * * * *están hechas de fibras de sílice J ,Jo ^ S"'ce son « C€SOLas dos fases en estos ejemplo' •, f.ftn ir c°nductividacl térmica muy peque**-micos vitreos son compuestos a /.¡no,', Ce(dmicos Y el aire Muchos c*f+otros pueden considerarse también!' i * ' ^ íí,,0'entes de matinales c o m eos, materia! compuesto de anhídrido n,,iV., n° *<>fn,)uost05 Aw ejemplo, el Dytar*1* es & de carbono para aumentar m¿ íi(1kj(’ ° 4 ,if| 1 ^polímero del estireno Contiene ntMÉ contiene fibra de vidrio a fin ,:o,r ,osLo ratónales epóxtcos pueden lleru«v, . ' *,U° li,’Yüun0 V caucho pera su te n ao d ii mica Aioimn-i Mt-i/v,. .i.. . ■' '' de Dieta mar.* »._____ * jdR H I H

materiales epóxicos pueden li..h , ,nCK u*° de Young y caucho pera su tunead i Algunos materiales dieléctrico* •, j p ,,ta í>aía ®umanti»r su conduct<v*dad t «edades dielna,,,.,. (J, « " d e . múltiples fases d e m n * » < u r i

carnbran de modo a p r e c ie Z ' Z Z T J ™ " e o n s u n » ¿ Mestructuras comp., , , , ............. h , „ p , <;w,10 , „ , „ 3

mente graduadas Por ..

áiabe de la twína El'mulZm C°"abrimiento ri». y*/ ... 1 ® portan la unión con »*: mi141 c,,nl'°"* nivrtrs do porosidad Ovi**00

'7 -2 Compuestos particulados 657

i • ' i v n

> N 'Hl S 'O *'

—V (0 '4r.HH.77) i (0.349X4 94) -» (0(M0X14.5)

1 (O IK'MtK S I)

l i s « om1

A b rasivos l'ui.i rectificado y corte se elaboran partiendo de la alúminai ANO.), del carburo vio mU io (Su i \ del nitruro de boro cubico (CBN) Para obtener tenaci­dad. las partículas ahtasnas so unen mediante una matriz vitrea o polimcnca. Los abrasivos de diamante normalmente unen ni una matriz metálica. Conforme se desgastan las partículas duras, éstas se fractut til o se desprenden dr la matriz poniendo al descubierto nuevas superfi­cies de corte

C o n ta c to s e léc tr ico s l os nía léñales que se utilizan en contactos eléctricos deinterruptores \ relés adores deben tener una buena combinjcion de resistencia al desgaste y conducto tdad elevtitea. de on a manera, los contactos se erosionan causando mal contacto > arco eléctrico 1 j plata telot .-.ida con tungsteno propisrctona esta combinación de caracte­rísticas Se piepara un comp.i.to de polvo de tungsteno, utilizando pixxesos convencionales

Fuerza

W v\

hid)

») c, ,ie >m . empuesto eléctrico (te plata tungsteno- a' se te • .ata un producto de baia densidad, c) el sintencado* '**',n<* es i.* 111 a«;

6

[ _ . . . . C a P i t u l o

M a t e r i a l e s c o m í , , . -

¿Se ha preguntado elguna WBI?

I * ' - J conchs del abulón herh*" — ™ • — ~ a «

r ‘ "5“"os* * ”>— * ...............• ........ .

l-S 7 * * **♦ *1 KNHM v

L r .e s to s se forman cuando dos o m to n W1w, .,3 obtener una combinactón d» B»op..v,,lV . . . ■ . . .

5 ’ 3n*ra Los compuestos se pueden «*» . - ,■ -s e sO e n g id e z .p e so .d e se m p e fto a a lia s tr .n w a to .... , -

eza o conductividad Los compuesto* cio-i... m •,* v ...» «no o a e s pueden trabajar en sinetgia l a concha doi aboK'i m k>.> .

••: s son ejem plos de matenalesccvtH' ,.' tos u - o oan m o j , t r a n ta s microestructurasctecompuesto- -o , ■ moo .m p ■■

a que a macroescala seria un compuesto os el homvgo |q [ : s s a rr .r.roescala incluyen materiales como h-s pi {«os ie*r-':.>■*» con

- . o con fibra de vidrio (PRFC o PRFVi (M es ol <vr «mt.n.K • o - • •en o as especificas y su uso es ere. ente en av ■ ■ i rompo- .»n

| 3 .'omotores y artículos paia deporto-:- o je mencionó en los capítulos 12 y 13. lo 1 >- mas endmecid •

jom o ios aceros) y endino, nías po- pro. o 11 •' • • on > -opios >v - 'jo s n a n o c o m p u e s to » t.ii: ' i ' 1 ‘Vl,’i'u .le .. tase dispeis»

partículas a nanoescal.-i il'sti i u 'i'1 - "oifasemetH/ i •' •. m.,smo concep to al desarroHaHo a n o '»• ilf " t»»ivnm nanocom -

puestos h ib n d o s o rg á n ic o s o In o rg á n ico » f u ' '. j ar o m icroestructura de los comí.....

C -. co , un bloque orgánico. I a idea no es muy d.M nte tKe tomvh.< nO' - o s en bloque (capitulo 161 ( -tos y oKoi eompuo- ios fu* «na.* s

651

654 CAPITULO 17 Materiales compuestos; trabajo en equipo y sinergia en m atariate

Temperatura t Ct

Fijiua 17-2Comparación de resistencia a lafluencia del compuesto de potro de aluminio sintetizado (PAS) y endurecido por dispersión, contra la resistencia a la fluencia de dos aleaciones de aluminio de alta resistencia convencionales de dos fases. El compuesto tiene oenet^.oj arriba de unos 300 “C Para efecto» de comparación, se ilustra un compuesto de aluminio reforzado con fibras.

I lu stra c io n es de m a ter ia le s c o m p u e s to s endurecidosp o r d i s p e r s i ó n Lambía l7-l prcscnu algunos materiales <lc ínteres í/u izad «tem­plo clásico es el compuesto de polvo de aluminio Sintcnzado (PAS). fc-le tiene una ituirv S: aluminio endurecida con hasta 14 de ALOs El compuesto se conforma utilizando metalur­gia de polvos En un primer método se mezclan polvos de aluminio y de alumina, se compor­tan a alta presión v se smlertzan En una segunda técnica, el polvo de aluminio *e t'a ti par* agregar una película continua de óxido en cada partícula l na vez compactado <t po*"* durante el smtcri/ado. la película de oxido se rompe en minúsculas escamas rodead» V * ti metal de aluminio.

Otro grupo importante de compuestos endurecidos por dispersión incluir lo* mecak» de tona dispersa (TI)), como el níquel TI) (figura 17-3). El níquel TD pues!- produe»» mediante oxidación interna El tono esta presente en el níquel como etcmcnlc de ale»** l na ve/ fabricado un polvo compacto, se permite la difusión del oxigeno dentro de-1 para que reaccione con el torio \ produzca torta <ThO>). El siguiente ejemplo ilústrelo* cálculos relacionados con un compuesto endurecido por dispersión.

TABU 17-1 m Aplicnio»» dt • . a u p , , .» , aHere »an adea. «aóuraem% fm

ama

u¡oJ..0|3«0rno... y/>.in . CrThOj

»0, 7'<>

Aplic bcioms

M ' ' t i t s pala cunuclov doctoras PoüDtB uv; en rear leves riuf loores H. , • . a-us panales y riurleerv»P it>e ■/. i en rtialeriairs magnéticos roí \ ‘ i ■* ’ Componentes a« motares de turborreactores freí' as i« m balena F Jamerdas, componentes eléctrico*Fllamamos celefectotee

„ „ enuiuo y sinergia en materialescapítulo 17 Material«' compu.««: « * ■ en equ.p ~

, .Mu H luirle del ahorro. .1 Lin de obtener un menor petaff 11 ill' enlonco (utilizando el rrw«^

nicli'w encuentra i,ue - neccM.an I 06 Ib de ara.», , *

de policlilcnoAhora el costo de lo* mal en« le* e*

11 1 >e> 05/lbl ’ $0.053 '

il h? Ib de poIiotilenoMSO 50/lb) 40.835total $0.89 por lOOOcm

1.« denudad del compútalo c* _

(0 21(2 4) • fO.8KO.95) I 24 g/cm*

¡c una reducoóaen peso de 15

-

Compuestos particulados de m eta les fundidos u. ¡ué.cioncs de aluminio ion panícula* do SiC para aplicaciones automotrices. hkíuv tone» > biela*, representan una aplicación comercial im portante para co.._r —.— particulados (figura 17-71 Medíanle un proceso especial, las partículas de SiC pueda«r humedecidas por el liquido, lo cual .nuda a ecilar que las partículas ocraatK.it •* ! durante la solldlfieaeion

ratarfld^Hf huí» 117 Mit roMtiw luía di» una «teauón da una piara ti '« «W*1* *partícula» iw. r.atlmru con silicio tn esta caso, laa partícula» da «»h»»n> ^ * ¡a la* («gionn* iniardandiltiun de la tundir iAn (126 <) tCurtasU de Oavrtí Ue',' W /8. Krnjthf. Cari MetaK Inc )

653

........ ' " " • ' v ....... ......H<0 ................ D ea«*"to<to.o' •' dU * 1‘ * qmilllliai y pi i*.r]i» rtr, r j» Ti^^O rrurro y•mmo

• “ ' •‘" i ,'H *xU ii!v Um ).m ..*W V /•» « * . , * ,. ^■ ' • • i.< l «il ,i ^ •*

4 ' V >► die* qu* la «»„ t».* *. à c ^ w -a D« sv e’• " «•- ............ .. . . «.... ..... . n Z T *: l'.«>

1 ’ ’ ' 1 ' ' .....'r io ir 41«inni..»onquadosoma»Im i • • - .■ raAroonocta-■ ■ • ' • *•'•• 1 • ••»>»- - I"-. ■■■inlMii eli. t i u r u « ‘ d e t o r m a o la

,v ' ’ ’* " I *''1 *,|»"d|iUMjortipun*«f.» r « v /«tos e « 'D * '* ;-■»#. b ro te sblyo te» som ii-rim |a .. |i |da’». fiuri'4'K- • , '•-• ■■'/, ,2V5 m»*«tof La

"'•* l • > ;• ,» ilM 0 ton«.. y la mairi/ u n a a- *• • f-o a m rñ í Encorrv■ i> .» «' . •..>>> mo'rvjqlnn poltmArn i ' '/» " / -, r . oy--**s Oe aco­

to I «te «oo» >■■ Km viri umori** u n la !«•>• d*{. ■ 4 v¡ '-w r* xtrnbecieoI . ,• >«m ,' oontwm*

■ > ' *> «■ > «pitido m in piinr i|i«ia « owMjn co"-p >*stos . ’ «zattos ec apfc- 1" tu. !. .>1 o m is (Un » Los computino« ** pu«4*r. 3,$«'»¿ar *n tres C ases1

v laminar*«, ron tras*. • . as .i^ura»■«»., i..,-oi i- 1 u 1 ñu».-. kidi> reiMinlr, y da'y-.v/o « un 'rere-- a' perocc-ado.

M .0 nv \ ir- aM .te vtdrto incftilMd.»' on -,. rol - 0 ••, jn ccr'tmevto reto- i.t y o‘ l'aday o maòuui contra. hiparla w r w » - e " « de ebaoa de

o iim » v ih d .'ia h.'vv Si Us partículas d* re* .•r/ow tsr *str*>ua*s oe msane-a r .-• . 'mN'h ". rompiip'.ros particulados P- 'e n prop^rtocc-s .s:wto>cas. los

...IOS . »1 M'I a i puedan -.or isotrtìpvo* o ansotrooeo'. O l com otostas amasares o- i-ntan un . v -poMammoio «'."lottoci-co

17-1 Materiales compuestos endurecidospor dispersión

¡<enió* 1 que conuco».• 11 1 'iiiuu tU di.m . ito »■ il.iMlu.in i>>mi'i<>mp'u»i... p ti. r . • á á ftn m d p .

., I, 1 lili I.il lili PVkl.MH.isliip. w iniiiHluieitcn la matri/por medí di - un. » de U» iraos- iini.111.11». ni* 1 iuf ina ia k*»l*«(iapllulp» 12) Mi Aun .u . - ,1.. UipeqocrLi. particuUs no

....... lu u i iu » . 1 rvi kidncxMi la m airi/.bloquean«Im<rumien- idee . k i a c k w n pnsluo?n

.'i • lu to ondunvcdiu pionuiKrido\ tem iviultil.1 .inibì, ule. lo* eooipilciloi rialurci -I. ' pordiiperv, ... pueden x - mas

I hiles que U ' al. .»ioik' i IHKlaumales de cnduieiimieni.» p.' ■ . que .omicncii,,, pie. ,(>||.|do »oh. „-me Sin »mhjiy».. liado que los . ..mpus-o • no v ahU»»lan en torma ji.u lro lu , poi ei.» •»> lie emei.smiM ilo. eueM .de rcicrmJo erevim.» it > de p a n o , o enfio-

..mu» .,10 de la |.,s» d e v is a . U n-Mslemia de lm nm.no» v mdia* solo de maner . em iual *1 la i»„ .|v i.uu ia |íi|¡u ia T - 1 A d u n áv io res i.n m u ,i . . ■ u e :v u u W a a

■ nial» Miivniu a la d i ■» m»i.iK» > .deano"» .I | .................i» debe .»-lie. u n . M a solubilidad en U m ain/ > no detv tvac» mnar qi»,

.....un, m e ...... la ,vi». una en tid ad de -du b n aW p a l t a O Oda. a mejoraros e u l,. e. »„ne el U.SIV. same > la m a.ru I 10 ^ 0 Je «-bre U u; t) , < d.s*Hse en el sobre a •lias i ,.(*> ; >0 iHtald W (O M C u A C u n o nH Ú urhdkm i «" aluminio s„» am K ii. el VI O , d k« ra un efica/ ma.enal im lu a . do h " d.speruon

las mearlas r rrvslcs.ir estas regla» « ,nec.ictnud I a demuiad dr un compuesto paniculada.

por ejemplo, c '

r. £(/,/<, i hf>\ >'J" (11-1)

que. par-i muenas piuj’iu u u ^ ...... ,1« decir la forma en que la fase dispersa esta dispuesta con respecto a U fase continua).

C a rb u ro s c e m e n ta d o s Los carburos cementados, o ccrmetv eom¡e»eipanículas cerámicas duras dispersas en una matriz metaliza icapitulo 15|. Los insertos a. carburo de tungsteno que se usan para herramientas de corte en operaciones de maquinado « r comunes de este grupo F.l carburo de tungsteno t WC i es un material cerámico duro, npdo c t on una clcsada temperatura de l usion Para mejorar I.. len.tciJad. las partK'uias de car­buro de tungsteno se combinan con polvo de cobalto c se comprimen en preformas de pobo compactado i slas últimas se calientan por encima de la temperatura de fusión ddootakfrEl cobalto liquido envuelve cada una de las partículas solidas del tungsteno (figura 174). Después de la solidificación, el cobalto sirve como aglutinante pata el carburo de tungltsM y se obtiene una buena resistencia al impacto Otros carburos, como el I..L vetTiC.uraNc« pueden incluirá; en los ccrmets I 1 siguiente ejemplo ilustra el cálculo de la densidad para el carburo cementado

Carburo« cer>tents<k>*

SOLUCIÓN

w~ .... ............ compuesto son

Pvsi I ' 77 g em '

Pi i U .Sg .niPía 4 ‘*4 g e n i '

P» X 83 g em '

SOLUCIÓN

t'lci'rX Vli'o " l!i4cm * n’°'P °* ito'<!*■ outírMlc.«ur.K-.in FI *Wnmcn decadi

1 iho. itrr’ VfO.J * 10 an)' 0 524 « 10 ' ’on’

1 •'^■'lunmiaondcpíma.Ude TíiO » ÜÜ,W M. i k lo'-'dcnMtx-uh.vcm’0 «4 10 '

°«npuestos particulados'i ' 1 compuesto), p.iriaul.nl«.. o l.m divn.iil..-. p^r.t pri-luui i.Miihiiu.HMu• ¡ ’><-•,'P'".i nic|°rur larctMMKM I ,n«'mi.uf»n»»|vlMKiiU«lo»rt>nii.>H-iif:,.inJcsv4nut.Jo4k:

h "l l' •t’ru‘-'a'i i|uc no blinpjrjn ác marni J elu «fltr l.i »w.-fU i«4'

J?.??ía .d e *a s m e z c l a « ( !• fl*t ■ iU*l jViitUi :• I•t<fO‘ vlc \‘ 1 " ’lo de cantidades rcUihav y r „ <!»«).•> te U» om»iit«Kiiu-'iodi*«duale* l,rvsU *c

658

, nmmioíios- Irabaio en equipo y -------

CAPITULO 17 Materiales compues

...... -..... r ' "£ £ !£ £ * * .....«— ■* o««“ - 7 » ', '’," -r;L e n c a . a! tiempo que el tungsteno duio uro,,., la rcststencm al desgaste

jK J J y fflJ T S J I Mate to d e p l* .Para producir coni.ic(os c/éclricos se elabora un compuesto de plata-tungsteno ranicnlc liadciido un compado de tungsteno poroso por metalurgia de nol ' ****** *d liando después plata pura en los poros I a densidad d d compacto de tun C ,n^ de la iiifilinición es de l-l 5 p cm' ( a/culc la fracción volumétrica de la no*™ 0 *met porcentaje en peso fin.il de piala en el coinpaclo después de la infiltración * el

SOLUCIÓNl as densidades del tungsteno puro /„ v de la pial, nur. / . ,P cm , respeenvámente Se puede suponer une I , I Y c 19 2 5 ? cm3 y jo 4V

b * * * « " * con í regla * » **> '" « lgUM¡ \ ¡ £

"■ = / wpw ♦= /w< 19.25) + fpo,J0)

At = 0 75Wo = I - 0 75 * o 25

- » « ■ ......... - * . * „ * . . .Ptota 65 «»««I a i« fracoóae los poros:

/A, = /pom = 025(0.25X10.49)

peAs (0.25X10 491 - (0.751_____ < ™ í ^ ______ X 100 - 13%(0.25K10 49) • (0 75x19 25)

Esta solución supone que todos los poros c4.in abierto» o interconcctados.

P o l í m e r o s Numerosos polímeros ingeníenles. que contienen rellenos > c* son compuestos particulados Un ejemplo clasico e> el negro de carbón en ct ^ <, gmudo, t i negro de carbón esta lunnado poi minúsculos esleroulcs de catbon ce »500 nm de diámetro F.l negro de carbono mejora la u asi encía la rigidez. 14 dute/a. tencia al desgaste, la resistencia ala depiadacion debida , losia\ s ultras tolda lesistencla del caucho a la temperatura A los neumáticos de caucho «e k ««TCg.»’1 n',n0r^ líenlas de sílice para aumentar su rigidez

A fin de lograr que se requiera una cantidad mas .educida de» polímero, m asco'"’l X T r k ,rC' T ,U,,h,,,' i‘U,dei4lu" ' t '< <>.».esleías so),das de sulno> f ' « á%

re iC r i dc r , CKlCn" ’rCS hA»“" m4' rigido al polmscro. ,nc,ementen U ^a” e k X n S ? u n " ' " T ' '* " u , L a . o bien, mco.cn 1»

pi«l.ili • > .1 mi.n.o licmp» iLslii.it PU.t ...obtener oirás propiedades espe» ule 1 '»pr'fical.va el so del compuesto ^ *P«r» mejorar la tenacidad de esi„x . J' r’' " ' *», i mitoduccn ct»

" " II Puliente no pued-------,do con polvos metal*'

' 7-2 Compueitos particulados

il I II 7 II \ 1)4 OS 0,

, i1 ri I II Volunten ile arcilla

240 ° ° 0 ^ '•*«». 17-8

* » 0 0 0 1 ^ ! ^ ' ,,C"l#*ob'« |w3 t>,op,M« « 0.1 poi,1<S0 0001?

120000 J ■u

hoooo |

■•0 (XX) 2

.fi

659

!"* 1,1 i'l'» ’Oion de productos de U fisión en aplicación«nucleares.•I' ’" I '1' > ' '>“»«« ‘‘I diseño de un compunto polimèrico.

l i m p i o 1 7 - 4 d u m o do un motorio! com puesto pofímonco perticulodo

‘*i poltrtileno relleno de arcilla, adecuad., para e¡ molde., por inscc- '«> ' de bajo COilo l a pio/d linal debe tener una rcM.tenua a la ten ven

»"> "KXI po y un modulo de elasticidad de no menos de X0 000 psi. El ■ .la aproximadamente 50 centavo de dolar por libra v la arctlla. aproxi-

■ . ti ’ i . iit.ivni de dólar por libra. La denudad del poliet.leño cede0 95 t a n ' v!a < n lila c « de 2.4 g/cmV

SOLUCIÓNi / 'ii • I 7 0 ■*' encuentra que se requiere una fracción volumétrica de arcilla por

'• '/ pa la mantener una renitencia a la tensión superior a loe .'<OU psi. en im t • <iila una fracción volumétrica Je por lo m.-n >» M.2 p ira obtener el

| | | • U nicidad mínimo Para reducir el ciato al mínimo, -c uvi toda la arcilla ■ . <1, < ir. una fracción vnlumctnca det» 55

I I W h t u ' de parle de compuesto, existen VVl en.' de arc.lU y 650 a n ' de pobe-

( f50cin'x? 5 f un 1 ( ¡¡s ¡j, de arcilla4S4f Ib

(í.Mic ni ‘ K‘) *»s ■‘-tn * | \k |b Je poltctikno454 él Ib

I >nhuI, lo* materiales o»

II »S Jlu l. .iic.jlld)($0.U5 Ibi Miii-O.'

l l iM bile PI.)|S(1.50 Ib) MK 'total SO 7’25 por litUOmi1

! 'ni, . i /uccl i ■ i es un factor determinante 1 a densidad ilei lom puotocs

IH ts i(7 4) • pi o' hii US) | 4bjt cin

17'3 Compuestos t,forzadosi'- Hcncr. unu acvctón rrufl,. ,

i.u.....,voUi,n«rbj/ * 1 »«"'VcrMl uniforme.

con fibras C63

U rr“tci6n dr arca o „ |„

P l.i ley de llookc.tr , / por (ant0,rm f,i, » i l lf l

MP iiIm.im un unidua radamente ulamat' '•'«irtiiliilude,iKUii|n<«>iidúnt,,,^Vc?wXormM!A¡I).rom0bn,a,rW'fcber4n

•« */

7 y-A» ♦ /'/■*/

M o d ii/o d i elasticidad par, fot conipuestot esfuerzoperpendicular a lat fibras

P • Im.a .. l.i ecuación del modulo de dasneidad de un compútalo reforzado con libra, .1. .ii'ole un esfuerzo en dirección perpendicular al eje de las fibras (ecuación P-7,

SOLUCIÓN

Ejemplo 17-6

I n e le ejemplo, las deformaciones ).i no son iguales, en cambio, la suma ponderada de M or niauones de tuda uno de los componemos es igual a la deformación total . ompuesto. en lanío que en cada componente los esfuerzos son iguales (condición de

.■esfuerzo)

fatm * fi‘ r

(orno ir <r„, «y.I

‘

/ /

R esis ten c ia de los com puestos I a resistan* a la (cnsron de un com- HCSISten, ° , , , . ,lclK„ jc ¿e u unión coire las libras > la mam/ \ seees ,cpumo relorzadocon libras M|lliU ,o„ de la resiMcnc.» a la tensión de unuiiliza la regla de las mezclas para lener un . |« ompuesio que contenga libras continuas . I1" 11 c

, s (IM )/ y (,/'■ ' V,. I , fibra y.>M el esfuerzo que Mua sobre 1« matriz

domi. / S, es la ir sistemai a la ien*|>,n d ■ . 7 o ín q u c |Ms librasse li acturan l*ur unto.1 liando 1 1 compuesto C'ia dcloriiu1 " ( 4 propiedades, .orno la ductilidad, propio-S , «« e s la r. sisU mia a la lesión de I . nuli./ . ^ ,ccir inc|ata, f„ el caso de...... .. al impacio, a la langa V ® terittonuiosialibias alineada > unidin. uonaltm ni‘

662 CAPITULO »7 Materiales compuestos: trabajo en en v

íijura 17 8 V H _Curva esfuerzo-deformación de un , (.impuesto reforzado con fibras. En esfuerzos reducidos (región I). el módul,

plástic Jad se obtiene mediante 'a regla de las mezclas. En esfuerzos m*j elevados 'región II). la matriz se defom* y-1.1 curva va no sigue la regla de las mezclas

Cuando el esfuerzo aplicado es mu) cíes.ido, la nutriz empieza a deformarse ) la curva- zo-dcfornucion dc|a de set lineal (figura I X) Dado que ahora la matriz solo to n in h n c w poco a la rigidez del compuesto, el modulo se puede estimar de manera aproximada por

y, i h f-t U 7 ^

Cuando la carga se aplica perpcndieularmcnle a las libras, «.ada uno de los o rnpisoejn compuesto actuará en forma independiente del otro Vhora el modulo de elasticidad Jc¡ puesto es:

A - m + f±a; . . t m a, i íM

De nuevo, si las fibras no son continuas ni unidireccionales, la regla de las m e z c la s * « aplicable.

Los siguientes ejemplos ilustran mas estos conceptos.

(I'-*

Ejemplo 17-5 Regla da las miuclas p a n com puestos esfvarro a las fibra*

Deduzca la régla, de las tnczdus (ceuaeion I ’ S) para cl m odule de e la s tv d aJ -le «compuesto teforzado ton lilu.is iuando se le npliea un csfucr/o (o ) a k» largo ee -x «3e las fibras

SOLUCION

l a luer/a total quç aetuu sobre cl compuesto es la tum.1 de las fuer/as que soponao c*d» uno de los constituyente*:

liado q u e /' ,r.(A. A„ 4- h,

" ' • «» t,

■ " - ( " ) • <

va» |

:ir "* »"««*•**-uf-scos refotrados con

Mi»«»1

Cartono:KS (VU i«SiM8nc») HM u4o mOduW

Mitiriiles ceràmico.:Ufi)

se2lO;

tifoKitifi}

GrjXoseS*jH.

Denudad (,.) (f em1)

Renitencia a la temían

(hit)Módulo da

•(»«iCIdid «)( 10* p«¡)

Tftntpcrrfura d* ftutta

Móduloeipccttico

CC) <* 10' putti1 441.14

650120 18 0 500 34.7

0 97 480 250249147

10714

1.85 236

185f,00

416 1290 65919 25 580

550596

20763410

64685

2.55250

500650

105126

' 1725 < 1725

114140

1 75 820 400 3700 6351 90 270 770 3700 1120

3 95 300 560 2015 388236 330 700 2450 824300 570 700 2700 47 34 84 300 500 2677 286

396 3000 620 1982 434720 1290 350 1890 13 41 66 3000 102.0 3700 17Q03 18 3000 70.0 2700 6083 18 2000 550 478

Renitenti* ■iptfibca

I I0»pul|)

12 5 29

13/

2.84.7 08

5672

13039

2 1 39 531.7

21049

5022&2175

de bajo número atómico y enlace» cocalente», como en el cato del carbono s del boro I do-, dos elemento» también tienen alta resistencia y una clocada temperatura defusión.

I ,s fibras de »raímelas de la» cuales el ejemplo mas conocido es c-l bcU ur'1 conpolímeros .........(lisura 17-15), y.son cumplí» ic l 1 mibien se dispone de fibr» de polictifcnomeros tienen forma de varilla» > »>n J J » l como las de pohetileno tienen escc-especialmente preparada» |.rallnl,- , bajas temperaturas Debido a su menotlente resistencia y rigidez, peto <* ,KU f , |v i ilic.i > un modulo especificodensidad. U fibra, de polietUbno ofrecen una nr»»tetvia ,

superior. ,ocluyendo la alumina, el «dito > el catburo del as fibtas ceiAntlC-i» > K» bija -• M,n Iai> de uso mas común, incluso»

ilicto, son resistentes > rígida' I , ‘l *' > c| m tors SiO;). » el saino 1 Ü*pura.el vidnoS (25 de > 1 ^ son. onsiderablemenle mas densa» c|ue

deCaO. 15%.I- AI.O.V el restoe» v ‘ ... ....... ,.i„ jr j lempeiaturas mucho masa la silice pura, et vtono »sa-' «antxwMMcnuww»................— i -de ( a(). 15%de A U )i > el t< doe» ¡»rt>d ‘ uttli/ar i tempetaturas mucho maslas libras polimerica» las libra» ce,a m ie ' - I

Ejemplo 17-8

SOLUCION

■ Jo ol.ivtKni.ul de cud« uno de in il.

.05 x C ....* * * « - * * „" • " •*'"'' *'«««• »•«««el nvloncomo |» ns, 7'°" M * l°‘p*i

'" lU m " ‘ l*>nw de vidrio atarán sujeto»a un etftieno

1 ni

/'■m‘T< /•:,

' ' i ,

10.5 x- 10a

,r- l':m 0.4 X 10* * 26 25

\ - ■•'.vion de U fuer/a M irla d « por la» Obran m u dada por

Ii.uv.n5n . ' ' "'<0 3)1 ' a t*! * ">■ ",I0.5 | - <T.(0.-'|

o 3

.i it . . soportada por las fibras y /■’„ e» la fuerza soportada por UJotuic t es matrizii/

l .im UkIu la carga o M>portada por iu* fibras de wdno

Características d e c o m p u e s to s r e fo rz a d o sc o n fibrasV dt>s”’:ai un compuesto m orcado con fibra*. deben toma tu- en cono Je ración numeroso- actores OK luyendo longitud. diámetro, orientación, cantidad y pioptcdadcs de las bbras. asi

como las piop.cd.idcs de 1.1 matrt/ v de la unión entre las f.btas v la maüu

onqitud v d iám etro de las fibras i .s fin,pueden ser eocus. u**...9 y " .., ...;rvrim-nsional / ,¿ donde es U longitud de 1« libia y de> u di. >" * cm)

" 'WUo' " ^Üdolaproporoondunaworul« erando C onI a rcMsleiWWilelcompute!.- m> tota. .l|K| ll, V I..HC ¡O- I -neo. •- las libra» se tras unan debido •' , . , , . .v o

in tan ,v«:c. .......... .. - - ...... ... ^ ^ p X T b . , , ^ ......K m .'• lítenos d is\tos que pudieran propagáis. ,iu n menos carca que el testo, encli.-cn las tibias la n o I os evitemos de un- ‘ . i., v j ¡ , . d id de abscHcmn de cargaiiscvucik; a. s .......... .. . c u t e , ..oses,s u n n u y o r s . . .

las libras t f i q i . i I ’ l t ‘ t . „uJi/an libias dos mismas con un::Ir , muchos so n n a ' ppfo./wd........ .. |l4 „ |M,., !U .■.. a m, term.no medio

'porvton dimct'sion.i! superior .o de .m 1

CAPITULO 17, , .lo n'iuipo y «inercia en material»*

Marañal»* compuatio* •" 1

■ii i I' i m i i i » Si< í» llo iw c tc o n 40 •• en volumen de Oh^.

I« uncompurtioinipnrtann ».»•• »** v .............* ‘'™Mdad. el ■ ti ” lamí

modulo de clj\lK(ilii*l ptrptndK ulai ■• I»* rniMtMIA

SOLUCIÓNl J . propiedad«» «) i jila uno «!<■ I" «xmipoiienlr* iipnincn u continuación

r« . . m 1«OtaciAad 1« i

.l«at,r.u)«aHMP»ll

■ i n f f í iiowjo<«ü

Renuencia a I» tentiAn (TS) (pul

400000lOOO

De la regla de la* me/Ja»

/. 106*2 7) (0 4*2 Uo - 2 56g/cm*

/ inr.yio ✓ 10*) • (0 4*55 x ic/'i 2# * |<i*p«

/■V III (,*‘'1**11 • rn 4X400 000) 16) 000 pw

Perpendicular a la* fibra«

0 6 11 0.06727 X I0~*/ 10 x 10* 55 x lOff. 14 V * ll/'p*l

i punida a U> fibras D móddod» ■dulo in d ^ ^ H

■ .iMenientc »upenor • •>•

a la* mnnuc

0 4

120 000r

CAPITULO 17

ipu»*tos iríDBJ"-Fijar» (7-10Si se incrementi la longitud de fibra?, cíe vidno £ cortada** .. . . en una matriz de res o» ^■•e aumenta la rrtstenca* d»t cornrmesto í n este ejemplo, >¡a fracción volumétrica de *0 * ^Ir vidrio es apro*imadame-e q 5

! oofitud de fibra* ile vidrio Ipulgl

accpuWecurre i.uilul.iJ de priKcvoy propiedades Se puede I critica de la fibra parj cualquier diametro de libra r/dada

•»•O J

l Rk.s se puede llegar a determinar una long,-*}

/,TS/ilIr,

(17-9)

donde TS, es la resistenci» de la fibra a la tensión y r, esta relacionada con U rr- ^enc» unión entre la libra y la matriz, o con el esluer/o en el que la matriz en jpu /a * defor­marse. Si la longitud de la libra / es inferior 11 / . se observará poco efecto de tcfwtnacM-

nijuM que aproumadamcnlc I ' / . I.i libra comporlar.i mresistencia de compuesto se puede estimar a partir de

-J,TS,(\ - í , ) +

donde Sm es el esfuerzo que se ejerce sobre la matriz cuando las libras se re

(17-10.

Cantidad de fibras l na fracción volumelnca mayor i resistencia y la ng.dcz del compuesto, como se podría esperar a P *™ * * ^ * “ J g

das La fracción volumétrica maxima es de aproximadamente HO . mas aua o c fibras ya no pueden estar totalmente recubicrUs o rodeadas. jx't 1« maíru.

Orientación de fibras la s libias de refuerzo pueden Introducirse en ia matrUcon diversas orientaciones l as fibras cortas de orientación aleatoria y con una pequeña pt©- porción dimensional, el caso común es el de las fibras de \ idrio. s,sn fiu iles Je mtioducu en la matriz y le dan al compuesto un comportamiento relativamente isotroptco

La* configuraciones de fibras laigav o incluso continuas \ umdnwxK'nales producen propiedades anisotiopuas, uui una resistencia y rigidez particularmente buen*» en Jtreooó« paralela a las libras I .la libias , onoc . n . oino Cape* a 0*. k) cual mtiCSt' a que U>d»» b» libia, d a n alineadas en la dirección d e l. .Iiui ¡piteado sin em baían. h* olí»**«*®® untdtiwcton^. originan malas propiedades s, 1« carga es perpendicular a d id a » f .b m d Ü « .

pueden adaptar su* nnmie t' 1 '." dl ll" ‘■'ompuestos reforzad.-v . ¡n ñs a 4# * Se pueden introducir en s '• 1 dilcicnus tipos , . ■. - •-

' m i i . " 1 i"'"1' n buenas«íaW ***dan refuerzo en mulnplí Uiux u,,’,u's |"a'soun.ici.isu-s*ino«p«»l»' 74

ls 1 "* ' ' ii i ucci n oni t - a*¡wmpkde lo* tejido 1«* fibras de ^11 p VMU ; 1 >»1 • • • - ; - t c * ‘ J "

......... 1 l »'dlVidun, ilc tela -K r.cn algún p e q i l d to 0 * M

Comi>ut'to "< o rM io t con libras 66117-3

17-3 Compuestos reforzados con fibrasI .. mayor parte de 1. . . ---- — ■ wun ñ o r a sI .1 mayor pai te de lo* compuesto*1 mejor módulo de Youug N ton libia* produun mayor resistencia a la

Imjs resistentes, rígidas uunqnclr , , 1, "" *°r " 1" ,f>n lntlc rcsisiMuin y peso, al incorporal J. la matri/ transmite la fucr/tl , ' " Un‘l m,,lri/ ">•" blanda y inas dúctil P.l materialM'litada l a matri/ también proni ' ' mu,rrm' MUl‘ «'portan la mayor parte de la fuerza • ■ Mimo la diliisum de rupevtes coit'o "l"** '•* '»perficiecon fibras . reduce al

me dados mecánica» de las iih |l * "i" * 0 *•* humedad que pueden degradar las pro-

.... ........ ......... .....- ^ i z r s í s s r s ' i r * ** •

. 1 -1 /a i los la d rX r ile In lrroT n 'l' ' Uc rrfupr/" l>,lr" lk' * u'° Pa);l P ’rade refuerzo I f.ki > bu estructura» de «Míetelo s< introducen varilla» de acero

•l l ' ' l* , i"citunania1ii/polim ctttapriidlKcnfibradeyklriop<iraapü-1 11 1 ss y naves aeroeapaaalcs I ibia hecha» de boro, carbono, polimerus (poris. capitulo Iti) y materialescerámico* pto|soioonan un refuerzo excepcional

I oíslos avanzado*. Kuado» cu nutrices de poUmcrii-, metal . materiales cerámicos . incluso compuestos intcrmelAlkoc

La reg la de las m ezclas en com puestos reforzados con¡ i r a Igual que en el caso de los compuesto* particulado ■ U tcgU de la» mezclas dari

siempre la densidad de compuestos reforzados con fibra

donde los subíndices rn y /s c refieren a la matnz y a Lo fibras Noli-a q.. /« lAdemas, la rcpla de las me/tlas proJkt con cx.it titiid la- conducto «dades térmica »

eléctrica de los compuestos reforzados con lihr n a lo laigo de la dwwcKin de las mamas, si éstas son < onnmui\ y imidirei 1 ¡oruilt -

A. W * • f ,k,

", tm°m * ífO,

«17-3)

(I7-»)

donde k es la conductividad Icrmn 1 > «> es la conductividad ckeii>»a La cncrgu térmica o eléctrica se puede transferir por lodo el volumen del compuesto con una rapidez proporcional .1 la fracción volumétrica del material conducto! I n un compuesto con una matriz de metal y fibras cerámicat, el gnu »o de la energía pesaría 1 travo de la mam/: en un compuesto for­mado por una matriz poJimcrica que contenga libia* metálicas, la energía serta transferida a través de las fibras.

( 11.indo las libras no >1 m cottUnu 1 • » unidnos» toiuk s. es posible que no sea aplicahk la simple regla de las mezcla» l’or 11. tupio, en un compuesto de mato/ poltméttca con libias metálicas, la conductividad décim a sena ba,a y drpciulciia de la longitud de las tibias de U tracción volumétiicade las misma» y conque frwuciM.i se tosan cufie st las libias l.oantetiot se expresa usando el con. opto de coneitivnlad .1.- las fio.

M ó d u l o d e e l a s t i c i d a d l'ata determinar el nuululo de elust telas! cutiliza

la regla .le' las mezclas siempre que la» ñbrz» ‘ v PursWp afib ra l el móilulo de clHslKtdad puctealta,«zar ««loresde hasu

Í..J l,->m > f j l < (17-5)

. lrsbaJo an •O“1*’0 ysinergia en materiales

CAPITULO 17 Materiales compuestos:

iin

l N

O II

H

O « cslán unidas mediante enlace* secúndanosfigurai; 15 Estructuia del Kevlai|U I -is fitjr.is erve ios aiomos de oslgeno y de hidrógeno de f •><Figura W 15 Estructura oei neviai . .......... ,Huarenteserete ios itomos de oxigeno y de hidrógeno de f •’ 0

D inrio d* un m a ttr u l co m p iu tilo

Actualmente se esta utilizando una selección de aluminio 7075-T6 (con modulo de ú u llr cidad de 10 x 10* psii para fabricar un panel de 500 libras para una aeronave uutncraaL La experiencia lia demostrado que cada reducción de una libra, en el peso de la aeronave disminuye el consumo de combustible en 500 galones al año Diseñe un m a 'e ra i par» este panel, que reduzca el peso y aun asi mantenga el mismo módulo especifico y sea económico en los 10 años de vida útil de la aeronave

SOLUCIÓNExisten muchos materiales posibles que podrían utilizarse para ahorrar peso Como ejemplo, vea una aleación Al-Li reforzada con libras de boro en condictofl T ' Tanto la libra de boro como la adición de la aleación de luto incrementan el modu.’. Je elas­ticidad. el boro y la aleación AI-I i también tienen dcnMdudcx interiores a las de U> aleaciones comunes de aluminio

El módulo específico de la aleación atlu.il 7075-Tó es:

Módulo especifico v I ' '"

I d i x 10‘ pulg

I a densidad de las fibras de boro es de aproxim.nl:,m.-.aproximadamente Ì 36^ cm' (O 06 s Ib pulg'i' - '^ v m 'd U N l b pulg ‘1 Si se utili«!» fW »

el módulo de elasticidad y el módulo especifico dceMcdentro del compuesto, en tone ,. U deaodad. dico de esto compuesto son

* ,0 4 >UI x lo*) . i? jo^pd

o .o tr ib puig'

Modulo rs|X',tti,.o ' lü''<» (187 1 ' ló 'pulg

Modulo esjH eltao

'•*ncter.stlc¡,id9ComP'*ttoxr»forIail0, con libras 667

f'íiM» 17. , ,

Wb^°|.d* '* <*H,nt*ión <*> I* libra

'• •;,:1rr,co',c,o,?Bdficon

30 fto %\ngulo entre fibra* > esfuerzo

b>11 .liiiird.l r. iijra producá ur>* «truítura

■ • 1 ‘ ™ a) Se puédW un» « W » con « M- -..l-i iiniclirr-i' tonal d» variar í_,apa‘- ■> - ' >' Vj,Kw ¡ t n »te ea*>- !•>' h*

ranas or.r-ntac.on« para producun com puse»» ««r- iJo un compuosto 05/ t 4 ‘> 90

CAPÍTULO T? v venales compuestos: trabajo en equipo y sinergia en materiales

Usura D IIIridimene tonal p,,,.,

i (impuestos refnrMdo* conlibra

■ncr -:v on en un.» icicera dirección. C uitndo las capas rlr tela están tejidas o cocrd i . una» - r .':ras se obtiene un esfuerzo tridimensional mayor lambién se pueden utilizar IcihIoi induncroisMulc* más complejos (figura 17-l.lj

Propiedades de las fibras Knla mayor porte de Immaremlescompueito*reforzado» con fibras, las fibras son resistentes, rígidas y ligeras Si ei compuesto te utiliza* temperatura» elevadas. la fibra también deberá tener una elevada temperatura de fusión Por u n to la resistencia especifica y el módulo específico de la fibra son «aracteristaa. imporuvo

donde TS es la resistencia a la tensión, p es la densidad ) /: es el modulo de elasticidad.Las propiedades de fibras comunes aparecen en la tabla 17-2 > la figura |7-|*.

N tese que en la labia 17-2 las unidades de densidad son g s m \ También observe aut

Resistencia especificaP

117-11»

Módulo específico -P

(IM2)

f 'gata 17-14Restitene ia y mòdulo eapedbeos de las libras, comparadas con

PoIhMiIciio e l las de los metales y polimero*

kcvlar tu

( arbono de alu ‘ irs is li o. i ,

a f>h• Boni

SK’a Vidrio l a ( -abono de alio M AljOj moduloAl.O,

M.alulors|k-cfbco( |tr!' p,,^)

sinergia en materialesCAPÍTULO 17 Materiales compuestos: »abajo en equ p

Alambre tic Nb

ICompuesto de Nb-Cu

al

Recubrimientode Sn

[>ifuMú«dr Sa

Compuesto de Nb-Cu

bl el

fi(ur» 17 77 Manufactura de alambres superconductores compuestos a) du'a-.e <- or-.**: el alambre de Nb se rodea con Cu bl Se deposita estado en el alambre compuesto \:-Cu c) El estado se difunde en el niobio para producir el compuesto NbjSn-Cu.

»7-5* “ “***“'» * fmra l f comvuniós B75

......... ... l»1*4 fibrws. se cortan *•«,’ n • "in*» In Inus. \un fùtilt-N «i<..Ü • <Jfl O lltr.ui,,, I Ou»hhi,i...«»n*»'H . b r . H . w n r ù d i t t d c T ^ r ; u .............. ......... .

r."M «.do l.uni»«» y ,1C nioMco volume» * "‘' , 'J •«•«"• ■" lo» wtn' I - U h M m liii presente» dentm dri m««k metri/. polimèrica

®0/Opu*vO| Ultl llltt 1(| 0

l' ’ '*">1"" do» il) n u u n / polimèrica * , *.<,• ter a s « «le tela». Las c.uerus coni ter» n

• HM r, .111,1 polimèrica. U s fibra» tarnhor**' ^ ^ ' "•l"**» V «UKU» momuIcn o iiH liinensionikv UcM>* », * 1 ' " " " " v , r " ' " '

1 r • "■ ......... .—i i o tela» ne conoccn conio preferme»

"'»roducir alni» mi en uh i (iwiim1.....»‘■'i IM'uducir cinta» I ,s fibra* • ,. . . .!• . „mila, ,1.ii nuli.li il. que determina e l c s p . . u a - . , < . r , » „ d i v i d i m i , , r impu

i.i polimèrica. bua* osta'* ** " f un «ncho tasta de 4K puJg. lai i-jr.-.- i r u-. • <m.> i.imNcnv

. libra» con capi» %< j'inlati f»n medio tic unión por difusio-

P r o d u c c ió n d e l c o m p u e s to Se utik/a una dnrcrsulad de método* poní la■ .• /.i compuestas. dependiendo de U «j . * —m j de U*. n< »„rule I «•* «vn

: / ..i., i oh fibras cortas *c elaboran por • trjxi** mc/r »ralo las fiS t», m una. ■! i <> j,l niica. y utilizando después te«.?,..» - ............................... ...>■ malee ) , w

,jco por inyección para los compuesto* en rrcirv p* ,li mérn a o c ! *«. <ado par» 0 l o i de m atriz metálica. Los compuesto* con m a ro po tm ém a tambten se pueden

• /a,i<lo un método de aspersión, ene!cual fihra» corta» me/-1 . Jas» .« una rc»uta--ntra un molde y después se curan• - a-harao se han diseñado técnicas cspecmJc* para ia producción de c».mr «rsto*

, . fio: , con tinuas, ya sea en una forma almeada en forma « r.u lt,o toñal, en c* tm oio . fm t t a I 7 -22) Hn técnica* de elabora«*» r o A ■» o W « w m .

. p i t o ” ‘i ^ . . . < « « « * » * ~ * r x * " X X " " * “ * >k" “ k', « d o ^ r t u

» cin tas y las i lltlr.xlu^cn uve» * I*™ *" “ * un VIKK>‘r, 'Id , p o i b » l n ^ , | ^.Júram e el curado se obten*»

. . MU, u ■ .pus ,nd.v,du»l«:sscjume .............. :nte»dc matrw pol-• r I n el rr.' iikoen mitfKvs macho > hem

’’ ¡ ¡ ¡ S Í m ...tnanu hecha de do, p ^ a s . a» »errara.hí -an lim as )«>|

I I-.rrna deseada

/x * (*• de taita» de *d>*a con .«a uu -ia l0 de lita a» entre tarumas V -IO medtenle unaSri por dMuMdrt

t , ' *4 1 1 " «»»i* o las esteras son estiradas desde lo, cairele• pasuda» porf mu | •> imenc.i par« su impregnación y unida» para producil una turma ' P»'-*‘

1 ' L‘ cnlraf cn un daJo tállenle para su curado. H curado de la retina <• clcdua i as» le inmediato, por lo que se fabrica un producto cn torma continua M matenal extraído put<k

... mtormarxc de modo subsiguiente en formas un tanto más compleja!, como cañas de pr* ar.palos de golf y bastones para esquié».

Los compuestos de matriz metálica con fibras continuas son más difíciles de producir j,i i compuestos de resina polimértca. También se pueden utili/ar procesos de vaciado <>

i olado que obligan al liquido a pasar alrededor de las fibras por ascensión capilar, colado < prc-ion infiltración por vacio o colada continua, 'también es posible utilizar varios proccv,» .le compactación cn estado sólido

17-6 Sistemas reforzados con libra y sus aplicaciones 677

17-6 Sistemas reforzados con fibra y sus aplicaciones•\ntcs de terminar el análisis de los compuestos reforzados con fibras. hay que set el comporta­miento y las aplicaciones de algunos de los más comunes de estos materiales La figura 17-25 compara el módulo y la resistencia específicos de vano» matcnalcs compuestos con lo» de metales s polímero» Obsérvese que los salorcs cn esta figura son menores que los que aparecen cn la figura I7-I4. >a que ahora es material compuesto y no sólo fibra

C o m p u esto s a v s n z e d o s Es frecuente que «e utilice el termino (om putio t j.anzadiy cuando se pretende que el compuesto dé servicio en aplicaciones de importancia enttea, como seria la industria acrocspacial Habla 17-3) Lo» compuestos ¿»atizados son. por |o general, compuestos de matriz poliméric* reforzados con un polímero metal o fibras cerá­micas de alia resistencia Donde se nequicia de una rigidez particularmente buena se hace un uso extenso de las fibras de carbono, las fibras de aramidas y a un grado todasu mayor, lu­de polietilcno son más adecuadas pata aplicaciones de alta resistencia donde la tenacidad y

Módulo e*pe'-'f,l0° l",*>',,sorclf.cos de va.,os m ín a les compur-.-m.

fl • 17 75 Comparación del módulo y 1« re ' »,em0X1 '«pedo a los <W metal« y polímeros

678 CAPITULO 17 compii***®*

r n n , Rodillo f f%

\

, (n . . ^ e n m » l . r ¡ . l «

Mmru

u)

fi r» 17 r. Producción de formas de y hembrabTmediante moldeo a presión y c) por moldeo en matrices

.Cinta

f i« K i 17 23 , ___ __Producción de formas de materia^-, compuesto* mediante el enrollado de filamento*.

El enrollado de filamentos se utiliza para producir componentes como recipiente» presión y piezas fundidas para motores a reacción (figura I7.2.M. l as fibras se enrollan alre­dedor de una forma o de un mandril para formar gradualmente una figura sólida que incluso puede llegar a medir sanos pie» de espesor 1 1 filamento puede estar sumergido en la resina Je la matriz pulimenta antes de su enrollado, o esta resina se puede impregnar alrededor <kl filamento durante o después elcl enrollado I I curado completa la piisducvion de la pieza

Se ulilt/u extrusión por estirado (pultrusion) para formar un prvsduclo de forma simple «m sección transversal uniforme, por cumplo loima» redondas, rectangulares lubcr.-.s pUc*

Maten»!..srop*»''1'

compuestos mediante Mtruxión l>ot eslnudo

"•«u/Ktwa a, fibras y computaos 673l / 5

I llftim nln <li- Hiin i,.m, Oxidación

Métodos para producir tibia» o« a) Ihwo y b) i /»bono

** ' v "Wlenalcs cerámico* son demasiado frfgtlc» y reactivo* par»: 1K11..1 • mili/.nulo proceso» de espiado convencionales La fibra de boro se produce por ib poMcinn i|iiiiuica d< '«por <l>OV) |liguta 17- I7a)|. lo m o sustrato, *e ulil./a un filamento de

.u no caliente, inus I uní. i pie pasa poi un sello en una cantara c*il lente hn la cámara, »c los compile.lo» »le bofo sapoii/ados como el BC'li. mismo» que se desintegran y

ten que el boro so p m ipile »obre el alambre de tungsteno (figura 17-18) Las fibras de »:t nacen de una malicia »tuulai. utili/ando las fibras de carbono como sustrato pura el •:p oto de capotes de caibuio de silicio

1 i i libia» de carbono se elaboian medíanle lu carbonización o piroli/ación de un . r lo orgánico, que se (Hiede estirar o hilar mas fácilmente en tramo» largos, delgados y

.tinaos [figura I 7-17b)) I I filamento orgánico, conocido como precursor esta hecho fre- • un te con rayón (un polímero celulósico), poliacnlonilrilo (PAN) o resina idner». .

trabajo en eqiCAPITULO 17 Materiales compuesto»;

W* - „atamiento térmico sobre laLrecto de la temperatura de un

a . - - — ,>A ** Inoo - Módulo de {

elasticidad /— —& resistencia y el módulo de

50 ^ elasticidad de las Obras¿ 5iK) - de carbonox

af}3 200 *

Temperatura ("O

compuestos orgánicos aromáticos) Las altas temperatura» dcvinu*! . p e imero rgamen, expulsando todos los elementos, excepto el carbono C onforme se incrementa la temperatura de carbonizado de KXX) a VXX) °C. la resistencia a la tensión se reduce, mientras que d modulo<k elasticidad se incrementa (figura 17-19) El estirado de los fila mentís» de carbono en cicrtot momentos específicos de la carbonización puede producir las orientaciones preferida» desea­bles en el filamento de carbono final

Los bigotes son cristales individuales con proporciones dimensionales de 20 a IttJO Dado que los bigotes no contienen ninguna dislocación moví!, el deslizamiento no puede ocurrir \ exhiben resistencias evccpaonalmente .Utas En vista del procesamiento complejo que se requiere para la producción de bigotes, su costo puede ser bastante alto.

D is tr ib u c ió n de las f ib ra s lo s filamentos cxccpcionalmcnte linos se rcúner.en forma de hilados, hilos o mechas. En los hilos ve retuercen hasta 10 000 filamentos para producir la libra Una mecha contiene desde unos cuantos cientos a mas de 100 000 filamentos sin retorcer (figura 17-20) Los hilados son paquetes >m retorcer de filamentos, hilos omechas.

Sl e, m . , mp‘" i,ot >*<‘■>'•<10, cmt «,)Si el modulo «pcctfin ,,I >U lc»pc-M..Tde ' • n.^. * « Unico factdi

'*>í» llb»-as. El ah. rro en rc Jut-'ir*e en uiWV/'". “j "-" 1

" tu:u * f T ^ t V & ,,-y‘ i'ucM' - ............."" espesor u n pe* ^ .mpedu ................... .....,• .supenor a S ^ .p , r hh rt, * * * * d n COMO <!• I»-, fibra« «1>

11,-1-u . en comparación con e¡ a lum m .*?^ rídCLtritelT*?°****

P ro p ied a d es de las m atrices .icion c nrci-i ¡rar V:r-U . - 1,1 m4,lri/ -».(-.ru, |., (■}* y 1 o... >.i...

ruvl.' el compuesto I « b S . y. r ' U| *" pmpj|Mtl/' f‘ ***’ ' ' ' « u * nb»»!‘

- propiedades electnca*. d c o « p o £ e J E ¡ ^ ’ ” q.“* J,p",U * * * " '" * ' "'4| *4,,',c. i ’npii.Mo. > químico y el uv> a tempo»' .? • -) o de un

m*’• ■»-■s po -va; ?on particularmentecomunr |ai rr.<,<¡i [.-• t • <t< i>«?i rr " PBOpItMiooa como termoesiablc f * f«lf ✓*<

■ - - de wdrto Estos compuestos se aprovechan en forma* ir. > i mediante p .? vesos deserten en el capitulo 16 Los procesos de moldeo de km - • -l? ■ r;

»11 i i> ioscompe^?'. Je moldeo en volumen (CM Vi con tipio n ■!.......... .; «i« <.c;pc»stos Para aplicaciones a temperaturas un poco más elevada«, w .■■ /> p» '.umd. .iromaticas termocsubles.

Los compuesto? de matriz metálica (CMM) incluyen alumm • ■/• •:jucI > aleaciones compoesa. ¡nicrtneulicas reforzadas con fibra? ce/ai ... < al se

Mediante los compuestos de matnz metálica (CMM i. te uitutace una <l.vrr?r!a4 v «{•-•? * ». a croes pacíales > automotncea La matriz de metal permite que et u an p i' - •• *

la emperaturax pero a veces la producción del compuesto es más difícil . n . o. iq.... •. producción de k» materialescon matnz poliménca.

Los compuestos con m atraoetim ica (CMC) tienen buena? pr'.p*era clc-.adax y son de menor peso que k*s compuestos de matriz meulaa (■«'»

ralura Mas adelante se veri como aumentar la tenacidad en los CM<

U n i ó n y f a l l a P irtK nbraM tc en los compuesto, dedebe obtenerse un, buena umóo entre lo* varios constituyente La» ^mente unidas al matenal de U m atnr p»'« que ‘ , . , lv/.i,., ,mmatriz a las fibras. Ademis? * la un ióoo «kb,l. las « J J O T t S S S T S S » l U éla carga, reduaendo b «ob— , «• " * « « " *ilustra una urnóo defectuosa de b» fibra» . ra m u m * * - la» fibra»c .sox se pueden irtitear larobrui' «s»” -de vidrio se recubren con un ■coPiim ' ' compuestos con fibra, d . wdno t>r >$•**

mejorar lamanera, las fibra» de cnrbonoie recubren lP0 d . boro par. »*K»íbi

han rccubieno fibra* de boro con conocen em o fibra» »omc? V—

nu trí/e s la umlitud « ! « » i m u v d i ' l " ,la 1fibra < expande y « to r . ' i u • ^ J ^ ^ ^ n d n una pfe,1Ml',' ,perse o se puede ••

S«Ur?an-

, rs 17 !6 Micrografia electrónica de barrido de la superficie de fractura de ^na aleación de plata-cobre reforzada con fibras de carbono Una mala unión es la causa de que g-an parte de a superficie de fractura siga la interfaz entre la mjtr : metà: ra y las fibras de carbono 3000*1 {Fuente ASM Handbook. voi. 9 Me'? ngrapn* and Microstructu'e ÍI985' ASM

International. Materials Park. OH 44073-0002 )

En numerosos compucstov se unen capas o chapas individuales de leudo La unión entre estas capas también debe ser buena porque de lo contrano se puede presentar estro pro­blema. la dclaminación Se ha sospechado que la dclaminacion es la causa de algunos acciden­tes de aeronaves que utilizan estructuras basadas en compuestos. Las capas se pueden separarbajo carga y causar una falla Para ev itar la dclaminación se uuli/an compuestos que tienen un tejido tridimensional

17-5 Manufactura de fibras y compuestosI... producción de un compuesto reforzado con fibras implica varios patos. i.icluvcndo Uproducción de las fibras, la otgamwc.on de las mismas en paquete* o en leudos, asi como la introducción de las libras en la matriz.

^ b" “ ci° n d e ,la® ,íh ra8otras libras pohmcricas incluyendo el nylon. la ara.n.da v el ivolucnlo.ut.iloi se pueden !.•>■

I m b r t d e m e , T ^ ^ “ T * 0 ° ,Wr,liM,‘* ~ - J«criM 6en el capitulo S (CstmnlO * mclal) y en el capitulo Ib (utUuadon de un hilador de fibras de polmwro)

CAPÍTULO 17. «muido y sinergia en materiale*

Materiales compuestos: trabajo en etju.po y

-------------------------- - . caniibiui/sum pltctiiof*TABU 17-3 ■ i/enitilot dt nulen.il*t ritouM

AnllcieionwMaterial

Aluminio Bocstc

Kevi.li M-epo*i y Kt-vSaf w polifistcc

Polímero gralilo Poiimero-vidno

A,pas ile venti lid « nrotores. otras «plteaaone* en i . * * * * * * jj K

A p i i c ^ n ^ é L v aeroespaciale* (incluyendo el Twnr/xiSuJor), caso»... . „".„ .o ,ii-|x ,r.,v< ,.rr„r,,^O et^ « * * * >

, , , n « s , W ,i ). r nalecos .i prircb» de balasA | I, ,c,ooi>- jen*» y automotrices. articulo» d e ^ rvo * . . M BApi,eoeormi, »u.omomces ligera*, monna» y per. e » jt (Mee.

a la corrosión, artículos deportivo*. componente» | v onroesiwttialns

i par» e ra r» * .

resistencia a daños son más importante* Por desgracia, las libra» polimcnu*» P ^den a w » tcncia a temr>craiuras relativamente bajas, como ocurre en todas las matrree» pohnára*(figura 17-26) , , , jjm

Los compuestos avanzados también se usan con frecucncta para fabricar amado» deportivos. Muchas veces, las raquetas de tenis, los palo» de golf, lo* esquíe*, lo* t M M t l y esquí v las cañas de pescar contienen fibras de carbono o de ar.rnudas debido a q*LOMMÉ mayor rigidez, se logra un mejor desempeño En el caso de lo» palos de golf, t u fibra» de car­bono hacen posible un menor peso en el vastago, y por tanto, má» peso en la u b r » . M feÉ velamen ligero de yates de competencia, se u'.m telas reforzada» con fibras de poüetdcao.

figura 17 MGrafica da r*vuenc* escecJbc* conila temperatila, para vacíos compuesto* y metale*.

1 •'« aplicación que »•., „„„ ,Je Kcvlur^ propon n>u ' ‘ ’ Hnn.ri., *. «i i.vid“ ' tu .

' ' ' materiales esto los , ||(|(.( ¡¡'“'J' ' " i’ f n fti'itru >/.<, nupti n . . tic bala« que

1 os compuso» híbridos clti'.'i ' u u >,u “ M';' vis- Kcslar™ se pu#*len uirni, *" '• '»>•' 'ipvs >1» fibra IV» ejemplo i u

' - 'nspuvsto I If ild o o b li ' i l M" ' 0,1 d* ’ A l » , ' . m i ,11 ( ir i(J r II,’ j i t t . l l I . Irn a c ld ¡<l

• >■ om miando U ié»n«i!l^!il.f,>? C*>f ffl ^ '■ 'Ir/', p<i4 mejo-.nuste (MMK ul.irn.cnie bueno del c o m n lm ^ ' ,h' ' te puede obtener un

v '.W ■ slvMos iii<iUMiu|e.lVu",|1'1' 'f ' " 'U *■'- ,|h «l*'l *■'" • untado en la«.tura en compuesto» m á. hicn'i,' * V * * “ ■ •*** ■»

.-reto. Letona, conocido co m í PPFKv i". 111 ’ es risitliM * ° %,J*íuro m , »/]/> M#rno l'PS) cr» ve/.........„ a ™ .

f*m* ' '* *" f t*<Í9* Con Mu a y -m a/iln .niunat 679

C ° m , I ,, ! e 8 t 0 , d e m , t r i í « • • « M í e » i ...v u .a o s c i .mucas, l.iulitein unj < í i . irr, r, . \ J

" ' ¡,ISl1 **or<tc lia encontrado un c*trn ■. ■■ • q.t p • ¡les, unta es pata el transbordador espacial ( k i ... ipb ■< ■ encobre tJo con libras de Si( para producir ti '.y» o ia reí • ./>

H aluminio se usa comúnmente en Iw n.arcr mí !r ,.c.d , = 1 .,,> de \ .;O i refuerzan los pistones de cierto» m<,t ,re n - ... w.i.r . i » e

i ¡br.is s bigotes de SiC, incluyendo minii'jf ¡ ■ •, . 1 /- 1 mástil de la antena de aluminio del te!. 11 *• *.1 • r«' •/■ ' • t . :r

' j r bs'”o Las fibras poliméricas. debido a sus hiqa*. trnq>-raiuf.> o, . . 4oóo. por lo general >e utilizan en una m jtn / metálica Sin emhorpo, los puli/twit se fabrican

oendo en caliente polvos de aluminio y pr ••r.cf' r , • . i» ten peruter.J c t L ' o n L'na reducción de 1000 u I durante el poce v. .k-r<'r.i ■ ... . .

•neto filamentos alineados y une la» partís ula» de f - l ' l i( ■ r ......... ..Lsv. compuestos de matriz metálica pueden . . i.u.ir n en

e. rr.p.>nentes para motores a rcncción o para acornase. I . ufr-rai ■/. :l ibras metálicas (como el tungsteno) o fibras ccf imie.i» (corrí» rl Sií I B iN t. • . sersan ■ a resistencia a temperaturas más clcsadas. lo que permite que I.» irv.i.n. . a . i •, : .¡ ^ i .r.cn con mayor eficiencia. IXa igual formo, el tiUlwn > lo . n to n a ó o * confibras sleSiC se consideran para la fabricación de ¿labe. .Ik ••,p..i.. iun... ,

L na aplicación única de lo» compuesto, de iriatri/t n. tal a i en U l.cr.s.K m Jealambres supereonductoiwrequeridi's para los reas lo i-i «fctusion | l .pu a ..ir- -rmcin...Nb,Sn uenc buena» pwpietladcssupcaondusmra». petoesniuv frugil l’ara p du ir alan bre de \b ,S n un alambre de niobio puro se re.ubre c u . » „ ik ro a m an .. . mb.. , v..,rm an en un compuesto de alambre (figura I " t I si» -m p». «t«> d. alambre dr m •b.o > cobre »o recubre después con estarto 11 e»u.ñ..t»-drlumlr ,».»tls..b,c-y ....... . , e n : . k .pe»« producir el compuesto inlcrnwUilrco lam ban x* ut.l./an -s.ern. d e m b . . «a......

C o m p u e s to » d e m e tr i i cerá m ica I os compuesto* que contifibras cerámicas en una ñ u tirá también ... .......... , „ualrm-n.c mucha» nplfaadow bS , ;j . ........... u-os impon...... .. » n n d ..... t r a . l w . r d

K ' a i r ......................... ............................... ....... ■* - ^ .... ..................; : ■ 1^ f . .. „ , | . t ru n « ratura I . psierl'-n *•(« i o . irm [vralur.(,

debisls» a >u «iraorsltmtM.1 KM» « aoJlatU iiq .ia tu rasqn , a ,i|J (fi| r a l ' . 1 -.de h. -ta ^X*) *t > de hecho son nía» re».

1 ' * iui*: iifiu pniiiar»iln1i> M I

*• ■„ >.<xa 4c ■ n n u iem .it a I» corro-ion ion ilu ir-, i '<n i4 I I 4 lililí/ r . , ^ At. ■.!*.■ y.-, t), c| í u*l ie une aluminio

tonicn.1 ilmcnlr puro ion 4* h m w 4> V<M *Ju o».»tetaua M aluminio puroprotege Conlia la to m .....i. .. U -.U •- ,/a» d* lamyrx . I j ^ .<* ^ U Mpa Je alumi­nio pufo r i de eiiirr I y I ’. . rU • o,-» t . A / «<! <r ■/* ■ ■ I* comtruu.ión de aero­naves, intercambiado!' t >\* • *\.,r i v w i / m -V w v 1 y /V a de edificios y tanques Je almacenamiento, donde w (V »«<«» -».a '•m * vxt-iM«aóa Je resistencia. reusiencia a la corrosión y baio peso

Bim etálicos lyn ioJi' *A rt'\ yus ■ .*/:•<Bí. ;<'< i«apo>sechanlosdifeicn-te* coeficiente* de ex pan non Hin.r » Ja Jos da ■ — <• n puesto lammar. Si secalientan las do* puras de meta: « en* *■ •, a •*■■■& - / / ■ a~ur Je expansión térmica mas elevado *calargará mis Sb an,n*i pu/» ■ f / . . - * - •« -aruJai entre si. la diferencia de suscoeficientes hará que la tira ñútala * ■* • x '/* y * : * -"/i-, superficie cuna La cantidad de movimiento depende 'Je la lem po«' «r» Ai e/./M a ur * o U deflexión de la tira, ex posible determinar dicha temperan.»« tM *mm fe»km s- r, r r ira w i:bre de ta (ira acusa un relesador. éaU puede «crv.r p a r a c a s >ae o O s c /s a ! . ’ . vadoe o un equipo acondicio­nador deaire, a fin dr regular la lar» ¡a»«tur. I ** "*-**» vat k *ieu.«.f.*n para lo> (ametales deben tener a) coeflaewlm de expanWm sáemssa m m y <W m. H caracicnattcaa de expansión reversibles y repetibics y t i un aKo *vS¡... , de pera *x» aar «a trabajo Ea frecuenteque la tira de ba(a expansión « f-*a d» >r ■./ •'* — -/x. -x tuefro-aiqud. en tamo que la tira de alta expansión puede íafxwarv -> u» U sad '• asq«t. :

Los bim etálica pueden a n u í sa n » **« '«*** '• “ * « * » trrmosutox. si lacorriente que pasa por I - t i r a . s d e m a s ^ . t i r . ^ t ic * • a r r i c io hará que se flex.oneel bimetálico y »cabra el cu *.:■'<

C apacito r«» da muí tic apir» f. -fie'.*--*. *r ¡:oncs de capacito­res de multJcapM, m utiliza una ge'.rrx1/.* «. • •»• 1 • r.t* f. -rauda por hojas muydelgada» de un material caí ármen r.**a<Iy. «*• « H . i * , electrodo, A* PdoN i(capitulo l'y»

también se unen usando adhesivos, se coloca una película delgada de material no polimerm^ entre cada capa de la preforma Cuando estas capas se presionan unas contra otras a tetnpe. raturas elevadas, se completa la polimerización y las fibras de la preforma quedan unid,-... pj~4 producir compuestos que llegan a tener docenas de capas de espesor

La mayor parte de los compuestos laminares metálicos, como revestimientos y binve- tálicos, se producen por unión por deformación, como unión con rodillo caliente o frío La presión que ejercen los rodillos rompe la película de óxido de la superficie, lo que pone a l*i dos superficies en contacto atómico y permite que se unan. También se puede utilizar unión por explosión. Una carga explosiva proporciona la presión necesaria para la unión de los metales. Este proceso es particularmente adecuado para unir placas muy grande' que no k puedan introducir en un tren de laminación Los compuestos laminares muy 'imples, como el cable coaxial, se fabrican cocxtruycndo dos materiales a través de un dado, de tal forma que el material blando rodee al más duro I I alambre conductor metálico puede recubrirse de esu manera con un polímero termoplástico aislante

La soldadura fuerte puede unir placas de compuesto» (capitulo 9). Las hojas metálicas, separadas por un espacio muy pequeño, de prclcrcnci.1 de aproximadamente 0.003 pujg. se calien­tan por encima de la temperatura de fusión de la aleación de aporte La aleación de aporte fundida es atraída hacia la unión mediante acción capilar

i Ejemplos y aplicaciones de compuestos laminaresLa cantidad de compuestos laminares es u n variada y sus aplicaciones y objetivos u n nume­rosos. que no es posible efectuar generalizaciones con respecto a su comportamiento. En cam­bio. se examinarán las características de unos cuantos ejemplos de uso común

Lam inados Los laminado, son capas de materiales unidas por un adhesivo orgánico. En el vidrio de segundad laminado, dos piezas de vidno se unen mediante un adhes:. o plástico como el polivinilo butiral (PVBj; el adhesivo impide que los fragmentos de vidrio salgar dis­parados al romperse la pieza (capitulo 15) Los laminados se utilizan como ai-:.-.cuente re motores, para engranes, tarjetas de circuitos impresos y elementos decorativos, como ven las cubiertas de Fórmica* y otros mueble.

Los microlaminados incluyen malcríalo compuestos formados por capas alterna' de hojas de aluminio y de polímero reforzado con fibra. El .(rail (laminado de aluminio y ara- mida») y el (Haré (laminado de aluminio y vidno) son Jos ejemplos En el Arall se prepara una fibra de aramidas. como el Kevl.irIM, tomo un tejido o como una cinta unidireccional, se impregna con un adhesivo y se lamín,i cnlrc capas de una aleación de aluminio (figura 17-31 '• El laminado compuesto nene una combinas ion poco común de resistencia, rigidez, resistencia a la corrosión y poco pe so. I a r*. »otencía a L fatiga se mejora, ya que la interfaz entre . o cap -' puede detener las «riela. El Citare in-m propiedades semejantes y se emplea en el fuselaje del Airbus 3X0. En comparación con compioto* de matriz poliménca, los raicroUminados tice.-’ una buena resistencia a daños |mi de irga» eléctricas (lo cual es importante en «pls.acionc' aerocspaciulev), son fáciles de conformar, de maquinar y de reparar

M eta les revestidos Son compílanos dcm eul con metal Un ejemplo comúndelrevestimiento son las monedas plateada de Estados Unidos. Una aleación de Cu de Ni se une en ambas car«* de un, aleación ( u-2(r .. N, I « » lacó n de espesores es de ap<"v majamente l/6;2/3 1/h I , , u ¡ , . n d. alio nivel de níquel tiene un color plateado, en tanto que el núcleo, donde predomina el cobre nene un bajo costo.

U «*•***«*♦

O 10 |Ull|>...... UOp.,1, .................." .w *• (MKMHHIMUIMC i( 41 pu

/ 1*1' pum»1 *■ - )( . I ' pul»* <1 d l/4 ^ # 'f

Dftdoque|VtK\«K» ' ’'(/'un1 0 n45| Ih/pol*ivw)....... (m utiH ttin <.'A\\

10410,.............«. \4 lli# tU »0/lh | t ', /

. □ refuerzo, e l p u n l u l i c t u l l n ( t u m i . , . i . . • i , . i . , i . . t t e -tic: d o s la gran cantidad «le iiijiUii.iI . .......... ,» ............

I:n un compuesto, l.l lldolIttMi ulll niAMln.l ..............ilti iW ll<**>' ) puJr/piilg S»- nca el puntal lo mas pequcíio [nmlili «tili.u >■)>«-•«!-. . 1/ <iti i «. ento<y.ne4

¡.jlo de elasticidad mínimo I «!» • i .... |*m -•■« •

i. ‘.ivtemasiiecuniput'tiotpotiliii ■ ..........luí. ,u i... it«.., ,u ... . . . . . .I 5 / ! ( / pu: por tanto, un relucí/o «I* tnliiu >»•... um »•!.. • «,,,Para fibras de carbono de nlln mitdiil" í / / 1«» j—i U ,.l»d et 4c Mt

irn 0.06*6 Ib/pulg*. y el i«HrtO< < a|»f*oiiiM.|,ii.....ir ti> \ Ui |...« I,km I 4 fr «ior*ilumétrica mínima <lc libras «le tatbono n >|u- m i .. 1* 1« .... . 1. »i„Wi para el

ompuestode 14.5 x 10® p tie t

Ef /,(77 ■ I0 '| 1 (I / rf" • I«®» 14 \<t

/« « » «wI.:(facciónvolumétricadeepótimip« >ia. « 0 * 1 /..........i - ->• -’*»“• 7 •o il i* fa i( in«ruir .crsal del puntal debo topoini» Una 1 .0 » • "> • .#1 m - m - ■ >U 17 00(1 p.i,

1 .,iv> de que fallaran toda» lu* l i l " •«/ 1*1 II.

-4<pótivo 0 Nl • •i-mi „ 1 • iioo,, , 11

•Ih-i.ii

Volumen,,Peto (.,i„ui

11 m i pille ./ <1 p u .u M I

(0 051 pul,. III '" | d*l 0 1' i-“pVolmmM,, ... |il| 1« .•« **J 11- 1, </Jl>l IrfOm

II lu.1 |b

684 CáPlTüLQ 17 Materiale* compuestos trabajo *« •o u'P° 1 *»"•**** " >** ***^ *

P a n calcular h. Iruceó.» en pedo del carbón«, eowdere I ............. co m p u « *Entonces la fracción en peso del carbono c*tar4 dada por

Frau.» m en pesoi

(0.183 pulg'j(0 0«K6 Ib pe . Í0.HI7 puJp XO.'HM Ib pulp’j

y el peco total del carbono en el compuesto es

P eso«*«* (0.254JIO.3W2 lb> ■ 0 0771b

Del mismo modo, la fracción en peso del ep««>c« < calcula ..orno

d» S I7 pulg’jlO 0451 Ib pule

ml>rm l,M “ * C0-I83 púlg^HO.OóSÓ lb/pulg3) '/ ')4 í^ b ; 'p u l* ,)

y el peso total del epóxico en el compuesto es

PesOtposKo <n yi2 !b’ " 225 lh

Por tu to .

0.354 U 74«

CostOp^ui = (0.077 IbMS30 Ib» - (0 225 IbrfSO.XO/lbj S2 4V

El puntal reforzado con fibras de carbono nene menos de una cuarta parte del diámetro de una estructura cpóxica. con solo el 5 de; pe' ' ; ~ .tad del u n ió

También se podrían repetir estos cal,ido , ar.d ? fibras de K csUr1'1 que i .• en un módulo de 18 x 10a psi. una densidad de I 44 4.era 0 052 Ib pulg' ) un como de alrededor de S20 por libra. Si se hace asi se je-ntra que se necesita una fracción n d u . i n n i de 0 8 fibras. Tenga en cuenta que 0.8 es la máxima fracción volumétrica que se puede incorporar en una matriz También «e encontrará que el d u n eiro reque­rido de! puntal es de 0.515 pulg > que pesa I 2«? Ib. n un C",:.- de S2»' ó4 El modulo del K o la r1* no es lo suficientemente alto como para compensar su aJlo 00*80

A pesar de que las libias de carbono son las más corto»«, permiten U íabncadóo del puntal mas ligero y el de menor costo de materiales .Sin embargo es!, cálculo no to a n en consideración el costo de fabricación de La pteza i b) dicen... por tanto, es usar un puntal de 0.255 pulg de diámetro con una frase, n volumétrica de 0 1X3 de fibras de carbono de alto módulo

17-7 Materiales compuestos laminaresl • ■ ; ri.pu-. - ■ laminares conipienden tccubrim lentos n>m d .-i» d o s - j ( v ■ 11. ■.. piolo,toras má* fruecas, revestimientos. chapado* bimetálico*, la;., .oiiitilapWcacKMMfc Además, también es posible c u ,¡ a .

■ '"i/adovcoii libia pioducidiis en lonna d. c im a ,u d t tuto» Muchos de clK>se>u0 1,1 F *« me>ori4r *“ resistencia a la corrov.on. „ la ve, que m an.«nen un tugo costo. uMitn id a rarim nn* o un peso i.ger« oh .,- , , , ,, • . o„ ;. icmsicik-w *«T*ñor al d e s l o a I . abra».ón, una mejor apariencia y una « p . n ,, „ term iv. fu«

17-7 Materiales compuestos lamineros 685

Dcnsidud- Pf. - V (y(P() (17-P(17-P)

Conductividad eléctrica ,r '¿ í f/r,)

Conductividad térmica k, V 1//1

Modulo de elasticidad /. V 1 ; / ,i

(17-141

' - ¡.'.minares son alta mente anisotrnpicm 1 ¡ ■ propiedades en dirección perpen

Muchas otras propiedades, como la resistencia a la corrosión > a) desgaste, dependen pnnci r_ : cr.'.c de solo uno de los componentes del compuesto, de modo que la recúdelas me/clas no es aplicable.

Producción de com p u estos laminares Pan» producir compuestos¡a::.r u: se usan sanos métodos, incluyendo una disets alad de técnicas de delcrmacion s de_,n - _ae se utilizan principalmente pata los niélales tucura 17-JOi

( irecuencu. cada una de las capas se une u tas ad>.ícenles mediante una »•: -i ,. mo en la fabncacion del triplas o madera contrachapada. Ls's compuestos de

ma’trv p menea hechos a partir de sanas capas de fibras de prelormas de tepdo o de emta

¿iwüLif .1 u> Lmunilla* son.

(17.15)

Cobre

r't* r i t7. x ~ ■ p*r s preduc •> ■ ompuestasr-¡ cofcnn.v v. y o- 'j-.nstiuM con aport*

ailaminares .0

d).,) umdn por lamín» 1 t>) umon por esploshVi,

R«t) CAPITULO 17 Material#» compuestos trabajo en «O“ 1 1

, r, ,u-s mudos o resistente. pero d compwaiiu « qS.•I imii.-i u l >1. ..-uiln .míenlo mui m.iu-ru ,n ,as de cartón acanalad®. «a 1 » ^ ^

1 núdcfl ■ ■•n«U)j06.1 mnl.'i mI tlc rcaim imurmo >o.......... j tómjna» de canon acanaraa.itulum pmpicdudc* l n eiomplo conocí. •' " . | |M) j grueso Ni el nudmu I. o de pupcl se une por ambos lados a i* ,r0 |„ combinación ti lo ......"Hado m el papel de recubrimiento M’n j c plina| uiili/ada en aplieaci.inesee^jí;

( Mi.» ejemplo importante es a <■ dc aluminio en lugares se k u io :,» ^ ...'•'les Se produce un panal pegando una ■ un panc| celular de muy W . derm iteind del panal se expande despm.' I ^ ^ embargo, si u amb.o Ud.n del p«nri * •_ -pie. por si mismo, os inestable ("guia - .d;ldocxccpcionalmentc ligero, mu, rigHi,, adhieren hojas de aluminio, se obtiene un Plueru con una densidad de hasta 0.04 « , ' c m . ^ fo rnm hcxagona.es. cuadradas, recua.

I w celdas del panal tienen • .............. nL»ra dc vidrio, papel. pm

......... sem,Klalcs > * i;U° lí n Í d l s dc panal so pueden r » espuma o « J.„amulas x olios mate..ales as celda I vibraciones U figura I M l f edc vidrio pata lograr una excelente absorción dc soma > cribe un método con el epie se puede fabricar e pana

Hoja exterior

Panalfabricado en emparedado

al b) c)Figura 17-3? a) Nurieo en forma de panal de celdas hexagonales, b) que se puede .. • a des •’’Oras r* & v * ia t* da edheauvo y que c) puede producir una estructura de emparedado excepcionalmente ligera aunque dglgiyfmfte

Panal acanalad.’i 17 » En el método de acanalado para producir un núcleo en panal, el material (aium.mo por e je m p tf«

iKir do»rodillo», ta i hoja» acanaladas se unen entre »1 con un .deseado

l a n t íb l* r t u t ép tk 'P it tu r i

- ' v V . . N>niW;irNjlU)v#•■■>• 'N 'v-* p*iü nue ¡nú 11 .......... «|U*«m mi i,,jn|,< >1« I t t u i i v d c >> >

com o um, i! nV.i, * ........... .. ' " " l " - .1, ■«’<- - ' • N'OO FI Compuesto UHlavl.W “ 1..... . I""" loiovl'lli 1, 0 . ', , .

V - - - , O-Okto caita Ve/' ' I " V |" " " '" 1' • ........... *' ■' - C.- . . buró de sdtcto a |n i V Hindi »Inai,m ui, U r» > •

. s . . - . . .L, * c piiUojni , | , ,tiup,|, k|, | m il,,111,, , ,,,,U , , la

V ......................... .......................«mu .it - ; ,W M o s carbono u „ | ........... ............................. ........... ........ ,.............

, . . , ‘ V " 1 ' ' l 1,u ' >l'' '‘ll>, ,< mil,II,filio, , oí,,,, el li.oi .In«,1.,. '" ' ' n " ' " ' s ile tumo* 4lc iiuioimSvilm dep ililo ,,, ................... .................

' ' lib ia s ic i Amitas ru m ullí/ , cinml, ,i Ingi.in u si*l«'in n, i o n , . '“ 'Uip.ii.ii lui iui i i lililí lili, , I unii......... . ‘ in um »I

Il I,Mi il II III,111 ,|, I,, II, ,|| » , I I .mil. I ,1X .iqm 'ar«nieva|x>rLim niii/,'inuCTiiii,m i,i(ibiu ........ sNbt.»

■" ‘ «cvc v'bhjíada « ss'xmi n lid ld lo r i lf l,i m „a p,n., ,.m lim i„i , i i»,H,V- una m ala union perniile que la nina empie,. ,< .,ln . d. la ,».«n, |ttgii> » ^ • C ' ■ iV e v u consum en energía, inimenlaml» «u I,, ten,untad ., I., i, >,i„, ■

- >• >■' - "w se "„cm una gneiaen la m ain/, aljiiiiM» l l t n . o noe , i >iv»viV ' ' ' ■ *•’ grieta, aportando un e il \i f i / ,u lr compì, mui ipn .,\ <,,l., , >i • > ‘ ,

V ib r a erara ( '-.N M )

\ ¿ c 'c vc.i J e k>' compuestos de m ain / pnlunctna y inrUlku, l„ip„- •> i„ i iim , » -n a avúa un w a . n o . '.i hucna l n consecuencia, c» d, uimmnnw un Inten .’

. F r un ceramico sitnro (con K,~-en Al,.i), • sa i, l , . o i , -i... ,.io ,. . . > \ V • vsiuoe una capa de interi a / ,|iie , ont ten, • aibm to \ Nhi i •• > "• •>

' u j e .m am . Sin embatg», si el c..... ........... »•, iln-uia .i .u t , i.. V .-\ dj. C1 cSvidO Ocupa Un Volumen toiuidclal,Ir ,'|, n leudo uim loe, ., d. . . .

V . 'ÿ u c -.mptiJe una fácil extracción I inon, o disimi, uve U le ñ o , dad o . .t : .„ -a jen ie ejem plo ilustra alguno* de lo» aspect,,» del costo y p» »piedad c s nuc

s e n t ir al trab a ja r o o a conipucaloa

M I

r a t j t m a*cm + a * * * * tr itt* !to t * StC »«era h t p m r itu ilr i¡> T ' __ _ 1

:,a a la Uaalón tan«, „v»H « la hurten o(p ii! (pu \ p e liI

ArtO» -M S 'S iC S¿5CSCIK ha e / s cStjKss H«sa:Y&X) V dw S C tfdnoi

aoooo1ISOOO

7? OÛ0 IIOOOH JO 00.1 68000 oKOOO

118 000 "3000

133000 .10 000

170 000

•s io»BO41**)JCXX'NM1

l(\X) • I iXXI

lOUO I/IXX1

■000 111 Ont'