Materiales Compuestos

Contenido

OBJETIVOS 4

1. CONCEPTOS GENERALES. 4

1.1 DEFINICION DE MATERIAL COMPUESTO. 4

1.1.2 ¿Qué ventajas tienen los materiales compuestos? 5

1.2 CONFORMACION DE LOS MATERIALES COMPUESTOS. 6

2. ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES COMPUESTOS 7

2.1 MATRIZ. 7

2.2 FIBRAS O REFUERZOS. 8

2.2.1 Fibras Continuas: 8

2.2.2 Partículas: 8

2.2.3 Fibras discontinuas o whiskers: 8

2.3 CARACTERÍSTICAS FIBRA Y MATRIZ: 9

2.4 INTERFASE MATRIZ- FIBRA 9

2.4.1 Fibra de carbono: 9

2.4.2 Fibras de vidrio: 10

2.4.3 Fibras sintéticas 10

3. PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTO 11

3.1 PROPIEDADES MECÁNICAS 11

3.2 PROPIEDADES TÉRMICAS 12

4. MÉTODOS DE OBTENCIÓN 12

5. USOS O APLICACIONES DE LOS MC 12

5.1 Electrónica: 12

5.2 Construcción: 12

5.3 Medicina: 12

5.4 Transporte: 13

5.5 Aeronáutica: 13

5.6 Ocio: 13

5.7 Embalajes: 13

6. HORMIGON. 13

6.1 CARACTERÍSTICAS Y COMPORTAMIENTO: 14

6.1.2 FRAGUADO Y ENDURECIMIENTO 15

6.1.3 RESISTENCIA: 15

6.1.4 DURABILIDAD: 15

7. ASFALTO 16

7.1 USO DEL ASFALTO: 16

7.2 VENTAJAS: 16

7.3 PROPIEDADES MECÁNICAS BÁSICAS: 17

7.3.1 Viscosidad: 17

7.3.2 El Ensayo Fraass: 17

7.3.3 Resistividad / Conductividad Eléctrica: 17

7.3.4 Resistencia Dieléctrica: 17

7.3.5 Constante Dieléctrica: 17

7.4 PROPIEDADES TÉRMICAS: 17

7.5

MEZCLAS DE LOS ASFALTOS: 17

7.5.1 Asfaltos Diluidos: 17

7.5.2 Mezclas de Asfalto y Parafinas: 18

7.5.3 Mezclas de Asfaltos y Fillers: 18

7.5.4 Polvo de Asfalto: 18

7.5.5 Pavimento Asfaltico 18

7.5.6 Mantos Asfalticos 18

8. MADERA 19

8.1 ESTRUCTURA DE LA MADERA: 19

8.1.1 Duramen 19

8.1.2 Albura 19

8.2 PROCESO DE LA MADERA: 20

8.3 COMPOSICIÓN DE LA MADERA: 20

8.3.1 Celulosa 20

CONCLUSIONES: 21

CIBERGRAFIA: 21

OBJETIVOS

La materia se ha centrado en el objetivo fundamental de comprender que las propiedades de los materiales compuestos están controladas por su estructura, tanto a nivel micro- como macroscópico. Esto implica perseguir los siguientes objetivos particulares:

* Establecer las bases del comportamiento micro- y macroscópico de los materiales compuestos, incidiéndose de nuevo en como la estructura (macro y micro) controla, tanto las propiedades mecánicas del material, como otras de carácter físico (térmicas, etc.).

* Conocer y diferenciar los diferentes tipos de materiales compuestos clasificados, en función de la naturaleza de su matriz, en poliméricos, metálicos, cerámicos, intermetálicos, carbono, cementíticos, etc; dedicando especial atención a sus técnicas de procesado y diseño que, en definitiva, determinarán la estructura final del material.

* Identificar y clasificar los materiales compuestos.

* Observar y analizar las propiedades de los MC frente a otros materiales como el acero y aluminio.

* Obtener conocimiento sobre las aplicaciones o usos de los MC en la sociedad.

MATERIALES

COMPUESTOS:

1. CONCEPTOS GENERALES.

1.1 DEFINICION DE MATERIAL COMPUESTO.

Se define como material compuesto todo sistema o combinación de materiales constituido a partir de una unión (no química, insolubles entre sí) de dos o más componentes, que da lugar a uno nuevo con propiedades características específicas, no siendo estas nuevas propiedades ninguna de las anteriores.

Podemos identificar dos fases: una continua, constituida por la matriz, y otra fase discontinua, denominada refuerzo. Los componentes de un material compuesto no deben disolverse ni fusionarse completamente unos con otros. La identificación de los materiales y la de su interface debe ser posible de distinguir por medios físicos.

Las propiedades del nuevo material dependen, entonces, del tipo de interface y de las características de los componentes.

En un principio, y si partimos de una concepción demasiado amplia, como la que podría ser la que considera material compuesto a una mezcla de dos o más constituyentes o fases distintas, prácticamente cualquier material utilizado por el hombre podría considerarse como un material compuesto, desde el momento que estuviera constituido por una asociación de diferentes “constituyentes”. Así, cualquier pieza de metal, aunque sea puro es un compuesto (policristal) de muchos granos (monocristales). De la misma forma, un acero al carbono sería un material compuesto formado por un constituyente metálico (ferrita) y otro cerámico (carburo de hierro). Por este motivo, es necesario limitar el concepto de material compuesto

atendiendo a diferentes aspectos relacionados con su estructura, fabricación y comportamiento, que los diferencia de otros materiales monolíticos o convencionales.

Basándose en estos conceptos, se han propuesto diferentes definiciones entre las que se pueden destacar la desarrollada por K.K. Chawla (Composite Materials: Science and Engineering. Springer-Verlag. New York. 1987) que considera que un material compuesto es aquel que cumple las siguientes condiciones: |

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• | Está fabricado de forma artificial (lo que excluye de la definición a materiales naturales como la madera). |

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• | Está formado por dos o más fases o constituyentes física o/y químicamente diferentes, dispuestos de forma adecuada y separados por una entercará definida. |

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• | Sus propiedades no pueden ser alcanzadas por ninguno de sus constituyentes de forma aislada. |

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1.1.2 ¿Qué ventajas tienen los materiales compuestos?

Los motivos que originan el desarrollo inicial de este nuevo tipo de materiales hay que encontrarlos en la creciente demanda que existía en la década de los 60, por parte de industrial como la aeronáutica y aeroespacial, la energía, la construcción civil, etc; en contar con materiales cada vez más rígidos, resistentes y ligeros. Estas demandas, que se exigían al comportamiento de los materiales, eran cada vez más extremas y variadas, por lo que ningún material convencional era capaz de satisfacerlas a la vez. Este hecho fue el que motivó el resurgimiento del concepto antiguo de combinar diferentes materiales en un material compuesto integral para satisfacer los requerimientos de los diferentes usuarios. Dos logros muy importantes en este sentido y que marcaron la rápida expansión de los materiales compuestos, fueron el desarrollo durante los primeros años de la década de los 60 de las fibras de carbono en el Reino Unido y de boro en los EE.UU.

Estos sistemas de materiales compuestos dan lugar a un comportamiento que no es alcanzable por sus constituyentes individuales, ofreciendo por tanto, como gran ventaja, una importante flexibilidad en el diseño. Esto significa la posibilidad, en un principio, de diseñar y fabricar (taylor-make) el material según las especificaciones concretas exigidas. Esta posibilidad es mucho más importante de lo que en un principio podría parecer, ya que implica que, partiendo del diseño más eficiente (por ejemplo, una estructura aeroespacial, un automóvil, el casco de un barco o un motor eléctrico), podemos fabricar el material que permita construir dicho dispositivo.

El ejemplo más representativo del desarrollo de los materiales compuestos está asociado a su aplicación en la industria aeronáutica. Schier y Juergens (Astronautics and Aeronautics, 44. 1983) revisaron al principio de la década de los 80 el impacto que los materiales compuestos habían tendido en el diseño de los aviones de combate, llegando a la conclusión de que los materiales compuestos habían introducido una extraordinaria fluidez a la ingeniería de diseño, forzando al diseñador a crear un material diferente para cada aplicación con el propósito de ahorrar peso y costes.

En la actualidad, no hay que olvidar que el desarrollo de nuestra sociedad sigue marcado por la necesidad de reducir el consumo de energía, lo que aumenta cada vez más la demanda de estructuras más resistentes y rígidas, independientemente de su campo de aplicación. Son fundamentalmente los materiales compuestos los que están dando respuesta a estas necesidades. La (figura 1) compara de forma ilustrativa las propiedades de los materiales compuestos con la de otros dos monolíticos de amplia utilización como son el acero y el aluminio. De estos datos, se deduce las importantes posibilidades de mejora que pueden obtenerse, sobre los materiales convencionales, lo que justifica el importante esfuerzo de investigación y desarrollo que aun hoy en día se está realizando en el campo de los materiales compuestos.

| Fig.1 | Comparación relativa de algunas propiedades básicas de los materiales compuestos, el aluminio y el acero. | |

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1.2 CONFORMACION DE LOS MATERIALES COMPUESTOS.

Los materiales compuestos están formados por dos partes claramente diferenciadas: la matriz, que sirve fundamentalmente de base de los otros materiales y los materiales reforzadores que serán, de otra clase de material, distinto de la matriz. Las matrices pueden ser de tres tipos diferentes: materiales compuestos de matriz plástica o MCMP o de matriz polimérica, materiales compuestos de matriz metálica y materiales compuestos de matriz cerámica. De este modo el aumento de características termo elásticas

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