Clase 23 Composites

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Materiales Materiales Compuestos o Compuestos o “Composites” “Composites”

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Materiales Compuestos Materiales Compuestos o “Composites” o “Composites”

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Definición y utilidadDefinición y utilidad

Un objetivo siempre deseado ha sido Un objetivo siempre deseado ha sido la obtención de un material que la obtención de un material que tenga a la vez tenga a la vez gran ductilidadgran ductilidad y y dureza extremadureza extrema..

Los materiales simples y Los materiales simples y homogéneos no combinan estas homogéneos no combinan estas cualidadescualidades

Los metales han servido como una Los metales han servido como una solución de compromisosolución de compromiso

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Definición y utilidadDefinición y utilidad

Las necesidades crecientes de Las necesidades crecientes de materiales cada vez más livianos, materiales cada vez más livianos, resistentes y duros, han llevado al resistentes y duros, han llevado al desarrollo de materiales compuestosdesarrollo de materiales compuestos

Se utiliza la combinación de una Se utiliza la combinación de una matriz matriz dúctil y resistente con la dúctil y resistente con la dureza de fibras o partículas.dureza de fibras o partículas.

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Ejemplos de usoEjemplos de uso

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Sistemas compuestosSistemas compuestos

No interactúan químicamenteNo interactúan químicamente

Tienen una mejor relación resistencia Tienen una mejor relación resistencia – peso que los materiales – peso que los materiales homogéneoshomogéneos

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Tabla resistencia - pesoTabla resistencia - peso

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Tipos de materiales compuestosTipos de materiales compuestos

Matriz reforzada con fibrasMatriz reforzada con fibras

LaminadosLaminados

Matriz reforzada con partículasMatriz reforzada con partículas

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Propiedades buscadasPropiedades buscadas La obtención de compuestos se debe La obtención de compuestos se debe

a la búsqueda de una o más de las a la búsqueda de una o más de las siguientes propiedades:siguientes propiedades:

Resistencia

Dureza

Peso

Respuesta a temperaturas extremas

Conducción o aislamiento térmico

Conducción o aislamiento acústico

Respuesta química o comportamiento inerte

Aislamiento o conducción electromagnética

Resistencia a fractura

Costo

Fabricación

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Material estructural o matrizMaterial estructural o matriz

A) Plásticos o polímerosA) Plásticos o polímeros

Termofijos: poliéster, epoxies, Termofijos: poliéster, epoxies,

fenólicosfenólicos

Termoplásticos: nylon, polietileno, Termoplásticos: nylon, polietileno,

poliestireno, polipropileno,poliestireno, polipropileno,

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Material estructural o matrizMaterial estructural o matriz

B) MetalesB) Metales Hierro, aceroHierro, acero AluminioAluminio ZincZinc CobreCobre NíquelNíquel PlataPlata TitanioTitanio MagnesioMagnesio

C) CerámicosC) Cerámicos

Whipox®

Rotor Al - SiC

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Materiales de refuerzoMateriales de refuerzo

a) Vidrio (fibra de vidrio)a) Vidrio (fibra de vidrio) b) Nylon, Kevlar, Spectra b) Nylon, Kevlar, Spectra

(polietileno)(polietileno) c) Metales (continuos, c) Metales (continuos,

trozados o fibras): grafito, trozados o fibras): grafito, titanio, hierro, acero.titanio, hierro, acero.

d) Cerámicas d) Cerámicas e) Partículase) Partículas

Spectra®

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Matrices reforzadas con fibrasMatrices reforzadas con fibras

La resistencia la proporcionan las La resistencia la proporcionan las fibras, mientras que la ductilidad y fibras, mientras que la ductilidad y tenacidad la matriz.tenacidad la matriz.

Las fibras son muy pequeñas y Las fibras son muy pequeñas y tienen pocos defectos, lo que les da tienen pocos defectos, lo que les da su fortaleza.su fortaleza.

Generalmente tienen mayor Generalmente tienen mayor resistencia en la dirección de las resistencia en la dirección de las fibrasfibras

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Tipos de fibras de refuerzoTipos de fibras de refuerzo

a) Fibra de vidrio: los a) Fibra de vidrio: los filamentos de vidrio son los filamentos de vidrio son los materiales más populares materiales más populares como refuerzo. Se utilizan como refuerzo. Se utilizan varios tipos de vidrio con varios tipos de vidrio con aditivos para mejorar las aditivos para mejorar las propiedades. Tienen alta propiedades. Tienen alta resistencia pero poca rigidez.resistencia pero poca rigidez.Son de bajo costoSon de bajo costoSe utilizan con resinas epoxy, Se utilizan con resinas epoxy, poliésteres y poliamidas.poliésteres y poliamidas.

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Proceso de la fibra de vidrioProceso de la fibra de vidrio

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Tipos de fibras de refuerzoTipos de fibras de refuerzo

b) Fibras de borob) Fibras de boro• Utilizadas en la industria Utilizadas en la industria

aeroespacialaeroespacial• Tiene la misma resistencia que el Tiene la misma resistencia que el

vidrio pero mayor rigidez (4 a 5 vidrio pero mayor rigidez (4 a 5 veces más)veces más)

• Son bastante más carasSon bastante más caras• Se las utiliza con resina epoxySe las utiliza con resina epoxy

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Tipos de fibras de refuerzoTipos de fibras de refuerzo

c) Fibras de carbono y/o grafito: se obtienen c) Fibras de carbono y/o grafito: se obtienen a partir de dos materias primas: brea o a partir de dos materias primas: brea o poliacrilonitrilo (PAN)poliacrilonitrilo (PAN)A partir del PAN se realizan varios A partir del PAN se realizan varios procesos:procesos:

I) OxidaciónI) Oxidación II) Carbonización (grafitización)II) Carbonización (grafitización) III) Tratamiento de superficieIII) Tratamiento de superficie+ información: + información:

http://www.geocities.com/CapeCanaveral/http://www.geocities.com/CapeCanaveral/1320/1320/ (en inglés) (en inglés)

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Propiedades de la fibra de carbonoPropiedades de la fibra de carbono

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Aplicaciones aeronáuticasAplicaciones aeronáuticas

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Aplicaciones aeronáuticasAplicaciones aeronáuticas

Desde interiores……

Hasta partes críticas

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Tipos de fibras de refuerzoTipos de fibras de refuerzo

c) Aramidas (Kevlar): es una poliamida c) Aramidas (Kevlar): es una poliamida fabricada por DuPont, que se fabricada por DuPont, que se comenzó a comercializar en 1972comenzó a comercializar en 1972

Dos variedades: Kevlar 29 (tal como Dos variedades: Kevlar 29 (tal como se obtiene) y Kevlar 49 (para se obtiene) y Kevlar 49 (para composites)composites)

+ info: + info: http://www2.dupont.com/Kevlar/en_Uhttp://www2.dupont.com/Kevlar/en_US/S/

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Usos del KevlarUsos del Kevlar

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Refuerzos particuladosRefuerzos particulados

Los refuerzos más importantes son:Los refuerzos más importantes son:

1)1) Carburos cementados (“cermets”): Carburos cementados (“cermets”): consisten de un material cerámico consisten de un material cerámico duro disperso en una matriz duro disperso en una matriz metálica. metálica.

Un ejemplo típico es el carburo de Un ejemplo típico es el carburo de tungsteno, disperso en carbono tungsteno, disperso en carbono metálico (herramientas de corte)metálico (herramientas de corte)

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Uso de los “cermets”Uso de los “cermets”

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Refuerzos particuladosRefuerzos particulados

2) Polímeros reforzados con partículas: 2) Polímeros reforzados con partículas: los elastómeros y los plásticos se los elastómeros y los plásticos se refuerzan frecuentemente con refuerzan frecuentemente con partículas.partículas.

Un caso típico son los cauchos que se Un caso típico son los cauchos que se refuerzan con negro de humo.refuerzan con negro de humo.

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LaminadosLaminados

Un caso típico es el laminado de tres o Un caso típico es el laminado de tres o más capas de madera con resinas más capas de madera con resinas fenólicas, bajo determinadas fenólicas, bajo determinadas condiciones de calor y presión.condiciones de calor y presión.

Un clásico es la “Fórmica”, que es un Un clásico es la “Fórmica”, que es un laminado de melamina y resinas laminado de melamina y resinas fenólicasfenólicas

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LaminadosLaminados

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Matrices poliméricasMatrices poliméricas

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Matrices poliméricasMatrices poliméricas

b) Resinas de poliéster: otra opción muy común a b) Resinas de poliéster: otra opción muy común a las resinas epoxy. Su ventaja es su bajo costolas resinas epoxy. Su ventaja es su bajo costo

c) Resinas fenólicas: son termoplásticas a baja c) Resinas fenólicas: son termoplásticas a baja temperatura. Son más baratas y livianas que las temperatura. Son más baratas y livianas que las epoxy y muchas de las de poliester.epoxy y muchas de las de poliester.No son tan utilizadas, una de sus desventajas es No son tan utilizadas, una de sus desventajas es el encogimiento durante el curadoel encogimiento durante el curado

a)a) Resinas epoxy: son plásticos termoestables. Resinas epoxy: son plásticos termoestables. Tienen gran resistencia, y se adhieren a la mayor Tienen gran resistencia, y se adhieren a la mayor parte de metales y fibras.parte de metales y fibras.Se refuerza con fibra de vidrio, boro, kevlar, Se refuerza con fibra de vidrio, boro, kevlar, grafito o fibras metálicasgrafito o fibras metálicas