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Materiales compuesto
Los materiales compuestos han estado
diseñados y fabricados para aplicaciones que
necesitan un alto rendimiento con una mínima
carga muerta a la estructura.
En ciencia de materiales reciben el
nombre de materiales
compuestos aquellos materiales que
se forman por la unión de dos o más
materiales para conseguir la
combinación 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 corrosión, dureza o
conductividad.
Estructura
Aunque existe una gran variedad de
materiales compuestos, en todos se
pueden distinguir las siguientes
partes:
Agente reforzante: es una fase de
carácter discreto y su geometría es
fundamental a la hora de definir las
propiedades mecánicas del material.
Fase matriz o simplemente matriz:
tiene carácter continuo y es la
responsable de las propiedades
físicas y químicas. Transmite los
esfuerzos al agente reforzante.
También lo protege y da cohesión al
material.
Características
 La principal característica de estos materiales reside en que un componente conforma una matriz
que envuelve el resto de forma que los materiales trabajen como uno solo, pero ambos seguirán
mantenido sus formatos originales por separado.
 Están formados por dos o más componentes distinguibles físicamente y separables
mecánicamente.
 Presentan varias fases químicamente distintas, completamente insolubles entre sí y
separadas por una interface.
 Sus propiedades mecánicas son superiores a la simple suma de las propiedades de sus
componentes (sinergia).
 Los composites tienen un alto módulo elástico. Tienen un módulo más elevado que el acero y sólo
pesan una quinta parte que este.
 El acero entra en fatiga cuando se le somete al 50% de su resistencia a tracción. Los composites no
muestran fatiga hasta, como mínimo, el 90% de su resistencia a tracción.
 Los composites no se oxidan. El acero y aluminio se oxida ante la presencia de agua y aire, y precisan de
un cuidado especial, siendo obligado el uso de pinturas protectoras. La matriz polimérica de un
composite protege las fibras de refuerzo.
 El coeficiente de expansión térmica de los composites es muy próximo a cero. Debido a ello,
ofrecen una gran estabilidad dimensional frente a los refuerzos metálicos.
 Para la aplicación de un composite, se requiere de herramientas ligeras de mano. Los refuerzos
metálicos se deben instalar mediante maquinaria pesada, puntales, soldaduras, etc. Los costes de
instalación de un refuerzo de material compuesto son muy bajos y reducen el coste global de un
refuerzo.
 No pertenecen a los materiales compuestos los materiales polifásicos, como las aleaciones
metálicas, en las que mediante un tratamiento térmico se cambia la composición de las fases
presentes.
Propiedades de los
materiales
compuestos
En la selección de un material compuesto se
busca generalmente una combinación optima
de propiedades mas que una propiedad en
particular.
Las propiedades de los materiales compuestos dependen de una serie de factores:
a) propiedades de la matriz y del refuerzo
b) contenido de refuerzo
c) orientación del refuerzo
d) método de producción del material compuesto
Aplicaciones y limitaciones de los materiales
compuestos
 Las aplicaciones actuales exigen materiales de baja densidad y buenas propiedades mecánicas
(elevada rigidez y resistencia). Esta combinación de propiedades no se puede conseguir con los
materiales convencionales: metales, polímeros y cerámicos. El desarrollo de los compuestos ha
permitido la mejora de las propiedades de los materiales.
Ventajas que presentan los materiales
compuestos:
 Una de las principales ventajas de los compuestos de matriz polimérica (formados por dos o más
componentes que actúan en sinergia) es que son materiales que ofrecen una elevada resistencia mecánica
con respecto a su densidad, en comparación con los materiales convencionales
 Posibilidad de adaptar el material el esfuerzo requerido gracias a la anisotropía(es la propiedad general
de materia según las cualidades como: elasticidad, temperatura, conductividad, velocidad de propagación
de la luz, etc.).
 permiten obtener formas complejas con gran precisión, también tienen una excelente resistencia a la
degradación y son altamente resistentes a la corrosión.
 Elevada temperatura de servicio: Las piezas fabricadas con la matriz polimérica y cargas adecuadas pueden
comportarse muy bien en aplicaciones de alta temperatura
Perfiles  Los materiales compuestos de matriz
polimérica se utilizan en la industria
automovilística, naval, aeronáutica,
aeroespacial, electrónica, de material
deportivo y de la construcción,
reemplazando a los metales y otros
materiales en muchas aplicaciones.
Lámparas Techo de tractor (PP y fibra de
vidrio)
Frente de camión (Resina poliéster
y fibra de vidrio)
Postes de tendido eléctrico (Resina
poliéster y fibra de vidrio)
Bote de fibra poliéster y fibra de
vidrio
Avión espía no tripulado (Resina
epoxi y fibra de carbono)
Estructura de los plásticos
reforzados
Los plásticos reforzados con fibras (PRF) están compuestos por un polímero (también
llamado la matriz) que junto a las cargas y aditivos forman la resina, y unas fibras
determinadas.
Materiales compuesto
Tipos de fibras reforzadas
Vidrio
Es fuerte y de bajo costo, siendo menor
que el de las otras fibras.
Vidrio E
Es la fibra utilizada en los polímeros, se
aplica para denotar el plástico
reforzado con fibra de vidrio. Los dos
tipos mas comunes son fibra de vidrio
vidrio-S y Vidrio E.
Vidrio S
Es mas rígido y su resistencia a la
tensión es uno de los mas altos de los
materiales fibrosos, sin embargo es
mas costoso que el vidrio E.
Carbono
Rigidez, baja densidad y baja
expansión térmica. Es una
combinación de grafito y carbono
amorfo.
Boro
Alto módulo de elasticidad, pero su
alto costo limita sus aplicaciones a
componentes aeroespaciales en los
que esta propiedad junto con otras,
son criticas.
Kevlar 49
Es la fibra de polímero mas importante;
una altamente cristalina, su gravedad
especifica es baja, lo cual genera una de
las mas altas de la relaciones de
resistencia al peso de todas las fibras.
 Cerámicos: El carburo de silicio (SiC) y el oxido de aluminio(AL2O2) son los principales
materiales fibrosos entre los cerámicos. Ambos tienen un alto modulo de elasticidad y
pueden usarse para reforzar metales de baja densidad.
 Metal: Los filamentos de acero, continuos o discontinuos se usan como fibra de refuerzo
en plásticos, no es común que se utilicen otros metales como fibra de refuerzos.
APLICACIONES EN PLÁSTICO REFORZADO
CON FIBRA DE VIDRIO.
Los compuestos laminados ofrecen al fabricante un material que posee unas altas relaciones de
resistencia a peso, y al mismo tiempo, una libertad de diseño sin las limitaciones prácticas que vienen
impuestas por los procesos de fabricación en la tecnología de los metales. La fibra de vidrio tiene
muchas aplicaciones y muchos mercados. Las principales aplicaciones por segmento de mercado son:
APLICACIONES
INDUSTRIALES
Filtros, contenedores
de batería,
revestimiento de
paredes de naves,
discos abrasivos, lijas,
abrasivas.
APLICACIONES
NÁUTICAS
Construcción,
mantenimiento y
reparaciones de casco,
equipos y accesorios de
embarcaciones de recreo
o militar, boyas, etc.
CONSTRUCCIÓN
Paneles decorativos,
coberturas, domos,
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para armas, naves
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ductos, bombas, partes de
ventilador, contenedores,
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agua y residuos industriales,
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revestimientos de tanques.
TRANSPORTE
Equipamiento y
bancos para autos,
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carrocerías, ómnibus,
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tanques,
motocicletas, etc.
Compuestos en matriz metálica (MMC)
Consisten en una matriz metálica reforzada por una segunda fase. Las fases de refuerzo
mas comunes son: partículas de cerámica (cermets) y fibras de varios metales, cerámicos,
carbono y boro.
Es la que más profundamente ha sido investigada en años pasados. La mayoría de estos
materiales han sido desarrollados para su aplicación en la industria aeroespacial,
aeronáutica o
del automóvil.
Las aleaciones más comúnmente empleadas en materiales compuestos de matriz metálica
son la ligeras: del aluminio, titanio, Magnesio.
Sustituyen en algunas aplicaciones a las poliméricas debido a las siguientes propiedades:
- Elevada resistencia y módulo
- Resistencia elevada a la temperatura
- Conductividad térmica y eléctrica
- Se aplican en la industria aeroespacial, aeronáutica o del automóvil o del tipo de refuerzo
(compuestos reforzados con partículas, compuestos reforzados con fibras, compuestos
estructurales).
Compuestos de matriz metálica (CMM o MMC
en inglés)
Compuestos de matriz cerámica (CMC)
Con compuesto con una primera fase cerámica con una segunda fase, mayormente se usan por su alta rigidez, dureza
en caliente, resistencia a la compresión y baja densidad.
Las matrices cerámicas incluyen aquellos sólidos inorgánicos no metálicos. Se clasifican en:
a) Vidrios
b) Materiales cerámicos tradicionales
c) Nuevos materiales cerámicos
Los materiales cerámicos se caracterizan por las siguientes propiedades:
- Resisten elevadas temperaturas, por lo que se pueden utilizar como materiales refractarios
- Tienen elevada resistencia en compresión pero no en tracción.
Compuestos en matriz cerámica (CMC)
Compuestos de matriz polimérica
Consiste en una fase primaria de polímero el cual es seguido por una fase secundaria a base de
fibras, partículas u hojuelas. Es un material compuesto que consiste en un polímero incorporado
a una fase de refuerzo como fibras o polvos.
Polímeros reforzados con fibra
Material compuesto que consiste en una matriz de polímero incorporada con fibras de alta
resistencia.
Las materias primas son un polímero y una fase de refuerzo. Se procesan separadamente antes
de convertirse en fases del compuesto.
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Compuesto de matriz polímeros (CMP o PMC
en inglés)
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Materiales compuesto

  • 2. Los materiales compuestos han estado diseñados y fabricados para aplicaciones que necesitan un alto rendimiento con una mínima carga muerta a la estructura.
  • 3. En ciencia de materiales reciben el nombre de materiales compuestos aquellos materiales que se forman por la unión de dos o más materiales para conseguir la combinación 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 corrosión, dureza o conductividad.
  • 4. Estructura Aunque existe una gran variedad de materiales compuestos, en todos se pueden distinguir las siguientes partes: Agente reforzante: es una fase de carácter discreto y su geometría es fundamental a la hora de definir las propiedades mecánicas del material. Fase matriz o simplemente matriz: tiene carácter continuo y es la responsable de las propiedades físicas y químicas. Transmite los esfuerzos al agente reforzante. También lo protege y da cohesión al material.
  • 5. Características  La principal característica de estos materiales reside en que un componente conforma una matriz que envuelve el resto de forma que los materiales trabajen como uno solo, pero ambos seguirán mantenido sus formatos originales por separado.
  • 6.  Están formados por dos o más componentes distinguibles físicamente y separables mecánicamente.  Presentan varias fases químicamente distintas, completamente insolubles entre sí y separadas por una interface.  Sus propiedades mecánicas son superiores a la simple suma de las propiedades de sus componentes (sinergia).
  • 7.  Los composites tienen un alto módulo elástico. Tienen un módulo más elevado que el acero y sólo pesan una quinta parte que este.  El acero entra en fatiga cuando se le somete al 50% de su resistencia a tracción. Los composites no muestran fatiga hasta, como mínimo, el 90% de su resistencia a tracción.  Los composites no se oxidan. El acero y aluminio se oxida ante la presencia de agua y aire, y precisan de un cuidado especial, siendo obligado el uso de pinturas protectoras. La matriz polimérica de un composite protege las fibras de refuerzo.
  • 8.  El coeficiente de expansión térmica de los composites es muy próximo a cero. Debido a ello, ofrecen una gran estabilidad dimensional frente a los refuerzos metálicos.  Para la aplicación de un composite, se requiere de herramientas ligeras de mano. Los refuerzos metálicos se deben instalar mediante maquinaria pesada, puntales, soldaduras, etc. Los costes de instalación de un refuerzo de material compuesto son muy bajos y reducen el coste global de un refuerzo.  No pertenecen a los materiales compuestos los materiales polifásicos, como las aleaciones metálicas, en las que mediante un tratamiento térmico se cambia la composición de las fases presentes.
  • 9. Propiedades de los materiales compuestos En la selección de un material compuesto se busca generalmente una combinación optima de propiedades mas que una propiedad en particular.
  • 10. Las propiedades de los materiales compuestos dependen de una serie de factores: a) propiedades de la matriz y del refuerzo b) contenido de refuerzo c) orientación del refuerzo d) método de producción del material compuesto
  • 11. Aplicaciones y limitaciones de los materiales compuestos  Las aplicaciones actuales exigen materiales de baja densidad y buenas propiedades mecánicas (elevada rigidez y resistencia). Esta combinación de propiedades no se puede conseguir con los materiales convencionales: metales, polímeros y cerámicos. El desarrollo de los compuestos ha permitido la mejora de las propiedades de los materiales.
  • 12. Ventajas que presentan los materiales compuestos:  Una de las principales ventajas de los compuestos de matriz polimérica (formados por dos o más componentes que actúan en sinergia) es que son materiales que ofrecen una elevada resistencia mecánica con respecto a su densidad, en comparación con los materiales convencionales  Posibilidad de adaptar el material el esfuerzo requerido gracias a la anisotropía(es la propiedad general de materia según las cualidades como: elasticidad, temperatura, conductividad, velocidad de propagación de la luz, etc.).  permiten obtener formas complejas con gran precisión, también tienen una excelente resistencia a la degradación y son altamente resistentes a la corrosión.  Elevada temperatura de servicio: Las piezas fabricadas con la matriz polimérica y cargas adecuadas pueden comportarse muy bien en aplicaciones de alta temperatura
  • 13. Perfiles  Los materiales compuestos de matriz polimérica se utilizan en la industria automovilística, naval, aeronáutica, aeroespacial, electrónica, de material deportivo y de la construcción, reemplazando a los metales y otros materiales en muchas aplicaciones.
  • 14. Lámparas Techo de tractor (PP y fibra de vidrio)
  • 15. Frente de camión (Resina poliéster y fibra de vidrio) Postes de tendido eléctrico (Resina poliéster y fibra de vidrio)
  • 16. Bote de fibra poliéster y fibra de vidrio Avión espía no tripulado (Resina epoxi y fibra de carbono)
  • 17. Estructura de los plásticos reforzados Los plásticos reforzados con fibras (PRF) están compuestos por un polímero (también llamado la matriz) que junto a las cargas y aditivos forman la resina, y unas fibras determinadas.
  • 19. Tipos de fibras reforzadas Vidrio Es fuerte y de bajo costo, siendo menor que el de las otras fibras. Vidrio E Es la fibra utilizada en los polímeros, se aplica para denotar el plástico reforzado con fibra de vidrio. Los dos tipos mas comunes son fibra de vidrio vidrio-S y Vidrio E. Vidrio S Es mas rígido y su resistencia a la tensión es uno de los mas altos de los materiales fibrosos, sin embargo es mas costoso que el vidrio E.
  • 20. Carbono Rigidez, baja densidad y baja expansión térmica. Es una combinación de grafito y carbono amorfo. Boro Alto módulo de elasticidad, pero su alto costo limita sus aplicaciones a componentes aeroespaciales en los que esta propiedad junto con otras, son criticas. Kevlar 49 Es la fibra de polímero mas importante; una altamente cristalina, su gravedad especifica es baja, lo cual genera una de las mas altas de la relaciones de resistencia al peso de todas las fibras.
  • 21.  Cerámicos: El carburo de silicio (SiC) y el oxido de aluminio(AL2O2) son los principales materiales fibrosos entre los cerámicos. Ambos tienen un alto modulo de elasticidad y pueden usarse para reforzar metales de baja densidad.  Metal: Los filamentos de acero, continuos o discontinuos se usan como fibra de refuerzo en plásticos, no es común que se utilicen otros metales como fibra de refuerzos.
  • 22. APLICACIONES EN PLÁSTICO REFORZADO CON FIBRA DE VIDRIO. Los compuestos laminados ofrecen al fabricante un material que posee unas altas relaciones de resistencia a peso, y al mismo tiempo, una libertad de diseño sin las limitaciones prácticas que vienen impuestas por los procesos de fabricación en la tecnología de los metales. La fibra de vidrio tiene muchas aplicaciones y muchos mercados. Las principales aplicaciones por segmento de mercado son:
  • 23. APLICACIONES INDUSTRIALES Filtros, contenedores de batería, revestimiento de paredes de naves, discos abrasivos, lijas, abrasivas.
  • 24. APLICACIONES NÁUTICAS Construcción, mantenimiento y reparaciones de casco, equipos y accesorios de embarcaciones de recreo o militar, boyas, etc.
  • 25. CONSTRUCCIÓN Paneles decorativos, coberturas, domos, paneles de fachada, formas para concreto, silos para agricultura, depósitos, componentes de casas pre-frabicadas.
  • 26. APLICACIONES ELÉCTRICAS- ELECTRÓNICAS Placas aislantes, placas moldeadas, perfiles poltruidos, tubos fabricados por enrollamiento, alojamientos de lámparas, postes para iluminación, etc.
  • 27. APLICACIONES BÉLICAS Y AERONÁUTICAS Misiles, componentes para armas, naves particulares, comerciales y militares, de pequeño o grandes dimensiones, blindajes, lanzadores de cohetes, etc.
  • 28. CORROSIÓN Tanques, tubos, conexiones, ductos, bombas, partes de ventilador, contenedores, componentes de torres de enfriamientos, partes para partes de tratamiento de agua y residuos industriales, tanques sépticos, revestimientos de tanques.
  • 29. TRANSPORTE Equipamiento y bancos para autos, camiones, carrocerías, ómnibus, tren, camiones- tanques, motocicletas, etc.
  • 30. Compuestos en matriz metálica (MMC) Consisten en una matriz metálica reforzada por una segunda fase. Las fases de refuerzo mas comunes son: partículas de cerámica (cermets) y fibras de varios metales, cerámicos, carbono y boro. Es la que más profundamente ha sido investigada en años pasados. La mayoría de estos materiales han sido desarrollados para su aplicación en la industria aeroespacial, aeronáutica o del automóvil. Las aleaciones más comúnmente empleadas en materiales compuestos de matriz metálica son la ligeras: del aluminio, titanio, Magnesio.
  • 31. Sustituyen en algunas aplicaciones a las poliméricas debido a las siguientes propiedades: - Elevada resistencia y módulo - Resistencia elevada a la temperatura - Conductividad térmica y eléctrica - Se aplican en la industria aeroespacial, aeronáutica o del automóvil o del tipo de refuerzo (compuestos reforzados con partículas, compuestos reforzados con fibras, compuestos estructurales).
  • 32. Compuestos de matriz metálica (CMM o MMC en inglés)
  • 33. Compuestos de matriz cerámica (CMC) Con compuesto con una primera fase cerámica con una segunda fase, mayormente se usan por su alta rigidez, dureza en caliente, resistencia a la compresión y baja densidad. Las matrices cerámicas incluyen aquellos sólidos inorgánicos no metálicos. Se clasifican en: a) Vidrios b) Materiales cerámicos tradicionales c) Nuevos materiales cerámicos Los materiales cerámicos se caracterizan por las siguientes propiedades: - Resisten elevadas temperaturas, por lo que se pueden utilizar como materiales refractarios - Tienen elevada resistencia en compresión pero no en tracción.
  • 34. Compuestos en matriz cerámica (CMC)
  • 35. Compuestos de matriz polimérica Consiste en una fase primaria de polímero el cual es seguido por una fase secundaria a base de fibras, partículas u hojuelas. Es un material compuesto que consiste en un polímero incorporado a una fase de refuerzo como fibras o polvos. Polímeros reforzados con fibra Material compuesto que consiste en una matriz de polímero incorporada con fibras de alta resistencia. Las materias primas son un polímero y una fase de refuerzo. Se procesan separadamente antes de convertirse en fases del compuesto. Los tres tipos de polímeros básicos, termoplásticos, termo fijos y elastómeros. Los más comunes son los polímeros termo fijos.
  • 36. Compuesto de matriz polímeros (CMP o PMC en inglés)
  • 37. Matriz de posible combinaciones