Los materiales compuestos son materiales de ingeniería formados por una matriz continua combinada con un refuerzo discontinuo como fibras de carbono o vidrio. Estos materiales se produjeron inicialmente con fibras de vidrio y matrices fenólicas o de poliéster. Existen diferentes métodos de producción como la impregnación, bobinado o pultrusión, dependiendo de la forma del producto final. Los materiales compuestos cada vez se utilizan más en aplicaciones estructurales debido a su versatilidad, bajo coste y mejores prestaciones que los materiales

1. MATERIALES COMPUESTOS Trabajo realizado por: José María Arenas

2. ¿Qué son ? Los materiales compuestos son materiales de ingeniería, combinaciones de materiales diversos como resinas epoxi, poliéster, acrílicas, poliuretanicas, con materiales de refuerzo tales como fibras de carbono, fibras de vidrio, fibras aramidicas, etc.

3. ¿Cómo están formados? Los materiales compuestos están formados con materiales continuos y discontinuos, al material continuo se le llama matriz y al medio discontinuo que usualmente es el más fuerte y duro se le llama refuerzo. Las propiedades de los materiales compuestos son dependientes de las propiedades de los materiales que lo constituyen así como de su distribución e interacción entre ellos

4. ¿Cuándo comenzaron a producirse? Los primeros materiales compuestos eran fibras de vidrio combinadas con matrices fenólicas y poliésteres. Se usaron sobre todo para aplicaciones eléctricas

5. Estructura Agente reforzante : su geometría es fundamental la hora de definir las propiedades mecánicas del material. 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.

6. Materiales Compuestos reforzados con partículas. Estan compuestos por partículas de un material duro y frágil, dispersas uniformemente, rodeadas por una matriz más blanda y dúctil Tipos: Endurecidos por dispersión Formados por partículas verdaderas (estables a la gravedad y la centrifugación)

7. Materiales compuestos estructurales Estan formados tanto por materiales sencillos como por composites y sus propiedades dependen fundamentalmente de su diseño y de su geometría. Los tipos más comunes son los laminares y los llamados paneles sandwich . Los paneles sandwich están formados por dos laminas de gran dureza separados por un material mas blando con una geometría especial (panal de abeja)

8. Modos de producción Fabricación PMCs ( Introducción ) -Objetivos - Buen mojado de fibras - Distribución uniforme del refuerzo - Alineamiento correcto -Rutas para resinas termoestables - Impregnación de resinas líquidas -Bobinado -Pultrusión -Moldeo por compresión - Consolidacion bajo presión de “ pre-pegs” - Consolidación de resinas en molde -Rutas para resinas termoplásticas - Moldeo por inyección - Moldeo por compresión en caliente

9. Impregnación Fibras impregnadas mediante laminación o pulverización con resinas de baja viscosidad, previamente mezcladas con el endurecedor. El curado se realiza en general a temperatura ambiente. Se emplea un molde

10. Para fibras largas

11. Para fibras cortas

12. Ventajas e inconvenientes Ventajas - Gran versatilidad - Variedad de formas - Bajo coste herramientas - Operación sencilla Inconvenientes Los laminados tienden a ser ricos en resina Es necesario emplear altos niveles de diluyentes Problemas de seguridad laboral por la baja viscosidad de las resinas

13. Bobinado Ventajas Automatizable Rápido Contenido en resina controlable Se elimina elaboración de preforma de fibras Buenas propiedades mecánicas Inconvenientes Limitado a formas convexas Problemas para controlar algunas geometrías del refuerzo Cara externa pobre estéticamente Generalmente se necesitan resinas de baja viscosidad

14. Bobinado

15. Pultrusión Ventajas Muy rápido ( proceso continuo Control preciso de la cantidad de resina Se elimina elaboración de preforma de fibras Productos de elevada resistencia Bajas emisiones de productos volátiles Inconvenientes Limitado a componentes de sección transversal contante Los costes de calentamiento de las matrices pueden ser elevados

16. Pultrusión

17. Moldeo por compresión Ventajas Elevadas fracciones volumétricas de fibras con muy baja porosidad Método seguro (resina no expuesta al ambiente) Alta calidad estética (moldes) Inconvenientes Costes elevados de los moldes y precisión encaje Generalmente limitado el tamaño de las piezas fabricadas Pueden aparecer zonas con impregnación defectuosa

18. Moldeo por compresión Aplicaciones: Componentes automóviles, Pequeños componentes de aviones, Asientos de trenes, Raquetas de tenis

19. Futuro de estos materiales Estos materiales cada vez se utilizan más y Proporcionan una gran versatilidad de usos (Puentes, pilares capaces de soportar grandes esfuerzos rápidos, resistencia ante tornados y huracanes, revestimiento de aviones ), casi todos estos materiales pueden remplazar al que se utiliza actualmente, abaratando costes y dando mejores prestaciones. Por todo esto, los materiales compuestos irán reemplazando a los tradicionales.