Material compuesto

Tejido de fibra de carbono.En ciencia de materiales reciben el nombre de materiales compuestos aquellos materiales que se forman por la unin de dos materiales para conseguir la combinacin de propiedades que no es posible obtener en los materiales originales. Estos compuestos pueden seleccionarse para lograr combinaciones poco usuales de rigidez, resistencia, peso, rendimiento a alta temperatura, resistencia a la corrosin, dureza o conductividad.1 Los materiales son compuestos cuando cumplen las siguientes caractersticas: Estn formados de dos o ms componentes distinguibles fsicamente y separables mecnicamente. Presentan varias fases qumicamente distintas, completamente insolubles entre s y separadas por una interfase. Sus propiedades mecnicas son superiores a la simple suma de las propiedades de sus componentes (sinergia). No pertenecen a los materiales compuestos, aquellos materiales polifsicos; como las aleaciones metlicas, en las que mediante un tratamiento trmico se cambian la composicin de las fases presentes.2Estos materiales nacen de la necesidad de obtener materiales que combinen las propiedades de los cermicos, los plsticos y los metales. Por ejemplo en la industria del transporte son necesarios materiales ligeros, rgidos, resistentes al impacto y que resistan bien la corrosin y el desgaste, propiedades stas que rara vez se dan juntas.A pesar de haberse obtenido materiales con unas propiedades excepcionales, las aplicaciones prcticas se ven reducidas por algunos factores que aumentan mucho su costo, como la dificultad de fabricacin o la incompatibilidad entre materiales.La gran mayora de los materiales compuestos son creados artificialmente pero algunos, como la madera y el hueso, aparecen en la naturaleza.EstructuraAunque existe una gran variedad de materiales compuestos, en todos se pueden distinguir las siguientes partes: Agente reforzante: es una fase de carcter discreto y su geometra es fundamental a la hora de definir las propiedades mecnicas del material. Fase matriz o simplemente matriz: tiene carcter continuo y es la responsable de las propiedades fsicas y qumicas. Transmite los esfuerzos al agente reforzante. Tambin lo protege y da cohesin al material.Los materiales compuestos suelen clasificarse en tres categoras: con partculas, con fibras y laminares, dependiendo de la forma del material, tal como se aprecia en la figura 15.24 y que recuerda a la disposicin del cemento con la grava, las fibras de vidrio como refuerzo de polmeros y la madera.

Comparacin de los tres tipos de materiales compuestos. a) Con partculas. b) Con fibras. c) Laminares.

Materiales compuestos reforzados con partculasEstn compuestos por partculas de un material duro y frgil dispersas discreta y uniformemente, rodeadas por una matriz ms blanda y dctil.Tipos: Compuestos endurecidos por dispersin. Compuestos con partculas propiamente dichas.Materiales compuestos reforzados con fibrasUn componente suele ser un agente reforzante como una fibra fuerte: fibra de vidrio, cuarzo, kevlar, Dyneema o fibra de carbono que proporciona al material su resistencia a la traccin, mientras que otro componente llamado matriz, que suele ser una resina como epoxy o polister, envuelve y liga las fibras, transfiriendo la carga de las fibras rotas a las intactas y entre las que no estn alineadas con las lneas de tensin. Tambin, a menos que la matriz elegida sea especialmente flexible, evita el pandeo de las fibras por compresin. Algunos compuestos utilizan un agregado en lugar de una matriz.En trminos de fuerza, las fibras (responsables de las propiedades mecnicas) sirven para resistir la traccin, la matriz (responsable de las propiedades fsicas y qumicas) para resistir las deformaciones, y todos los materiales presentes sirven para resistir la compresin, incluyendo cualquier agregado.Los golpes o los esfuerzos cclicos pueden causar que las fibras se separen de la matriz, lo que se llama delaminacin.Materiales compuestos estructuralesEstn formados tanto por compuestos como por materiales sencillos y sus propiedades dependen fundamentalmente de la geometra y de su diseo. Los ms abundantes son los laminares y los llamados paneles sndwich.Los laminares estn formadas por paneles unidos entre si por algn tipo de adhesivo u otra unin. Lo ms usual es que cada lmina est reforzada con fibras y tenga una direccin preferente, ms resistente a los esfuerzos. De esta manera obtenemos un material istropo, uniendo varias capas marcadamente anistropas. Es el caso, por ejemplo, de la madera contrachapada, en la que las direcciones de mxima resistencia forman entre s ngulos rectos.Los paneles sndwich consisten en dos lminas exteriores de elevada dureza y resistencia, (normalmente plsticos reforzados, aluminio o incluso titanio), separadas por un material menos denso y menos resistente, (polmeros espumosos, cauchos sintticos, madera balsa o cementos inorgnicos). Estos materiales se utilizan con frecuencia en construccin, en la industria aeronutica y en la fabricacin de condensadores elctricos multicapas.Materiales compuestos endurecidos por dispersinEl tamao de la partcula es muy pequeo (dimetro entre 100i 2500). A temperaturas normales, estos compuestos no resultan ms resistentes que las aleaciones, pero su resistencia disminuye con el aumento de la temperatura. Su resistencia a la termofluencia es superior a la de los metales y aleaciones.Sus principales propiedades son: La fase es generalmente un xido duro y estable. El agente debe tener propiedades fsicas ptimas. No deben reaccionar qumicamente el agente y la fase. Deben unirse correctamente los materiales.