1. Universidad Tecnologica NacionalFacultad Regional General Pacheco Trabajo Práctico Anual Materiales Compuestos Grupo N° 2 :Aput, JoaquínLosardo, Luis Suarez, LeonardoBech, MarianoRossi, Daniel

2. Agenda Grupo N° 2: Materiales Compuestos

4. Introducción a los materiales compuestos Grupo N° 2: Materiales Compuestos

6. Contaminan en su producción.

7. Gran impacto visual.

8. Almacenamiento.

9. Qué sucede después de su vida útil:

10. Son reciclados mediante la trituración.

11. Son almacenados.

12. Son enterrados porque son biodegradables.Grupo N° 2: Materiales Compuestos

15. Materiales compuestos estructurales.

16. Están formados tanto por materiales compuestos como por materiales sencillos y sus propiedades dependen fundamentalmente de la geometría y de su diseño. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

17. Introducción a los materiales compuestos - Cual es el 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. - Comparación de Fibras: En los siguientes párrafos se comparan brevemente ciertas propiedades entre los diversos tipos de fibras: Carbono, Vidrio y Aramida (orgánica) Grupo N° 2: Materiales Compuestos

19. Introducción a los materiales compuestos - Resistencia a Compresión: Estas propiedades son difíciles de medir y sólo pueden inferirse a partir de las propiedades de los materiales compuestos fabricados con dichas fibras. Se ha encontrado que la rigidez axial en compresión es aproximadamente la misma que en tracción para todas las fibras. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

20. Introducción a los materiales compuestos - Descripción de las Fibras: Este apartado sólo pretende dar una breve descripción de las fibras como material de refuerzo Fibras de Vidrio Fibras Orgánicas (Aramida) Fibras de Carbono Grupo N° 2: Materiales Compuestos

21. Introducción a los materiales compuestos - Concepto de Materiales Compuestos: Un compuesto estructural es un sistema material consistente de dos o más fases en una escala macroscópica, cuyo comportamiento mecánico y propiedades están diseñados para ser superiores a aquellos materiales que lo constituyen cuando actúan independientemente. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

22. Keblar

23. Keblar Introducción Se considera el Kevlar, nombre comercial otorgado a las fibras aramidas descubiertas por Du Pont en el año 1965 y comercializadas desde principios de los años setenta, como la fibra sintética más importante luego del nylon. Composición Química Las fibras de aramida se clasificas químicamente como una poliamida aromática. Están constituidas por grupos amida y anillo aromáticos, que le confieren una elevada estabilidad térmica. La unidad que se repite es la poliamida aromática. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

24. Keblar Proceso de obtención Las fibras de aramida se obtiene a partir de una solución de aramida aromática disuelta en acido sulfúrico, que se estira y luego se hila. Las cadenas moleculares se orientan en la dirección de las fibras durante el estirado. Tipos de fibras aramidas Kevlar 29: Alta resistencia y baja densidad. (confección de cuerdas y cables). Kevlar 49: Alta resistencia, alto modulo elastico y baja densidad. (el reforzado de plásticos en materiales compuestos para aplicaciones aeroespaciales, en marina, automoción y otras aplicaciones industriales) Ejemplo de una poliamida Grupo N° 2: Materiales Compuestos

26. Excelente resistencia al impacto. Alta capacidad de absorción de energía.

27. Densidad menor que todas las fibras sintéticas utilizadas en laminado

28. Excelente comportamiento ante la corrosión en cualquier ambiente ( solo atacada por ácidos muy fuertes)

29. Buena densidad a la fatiga

30. Buenas características de amortiguamiento de las vibraciones

31. Buenas características dieléctricas

32. Resistencia a las llamas y autoestinguible

33. Elevada resistencia térmica. Temperatura de descomposición superior a 420° C

34. Coeficiente de dilatación negativo

35. Su rotura se produce progresivamente

36. Como aspectos negativos podemos señalar fundamentalmente su reducida resistencia a la compresión y su sensibilidad a la humedad. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

37. Keblar Propiedades Grupo N° 2: Materiales Compuestos

38. Keblar Grupo N° 2: Materiales Compuestos

39. Keblar En la siguiente grafica describimos el proceso de policondensación. Debido a los anillos aromáticos, este tipo de poliamida tiene una estructura más rígida que el nylon. Generando que esta estructura al compararla con una fibra de acero con las mismas dimensiones, la fibra de kevlar tenga la capacidad de soportar cinco veces la carga que soporta el acero. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

40. Keblar Proceso de Fabricacion del Keblar El KEVLAR solo puede ser procesado mediante el proceso de fricción en solución, el cual consiste en obtener la fibra desde el proceso de polimerización, ya que en este punto, se puede controlar a voluntad sus propiedades. La fabricación de fibras se basa en el forzado se polímeros a través de pequeños agujeros agrupados en una hilera a niveles de temperatura y presión extremadamente elevados con el propósito de formar filamentos que se enfriarán a velocidades controladas. Se los estira para hacerlos más resistentes (técnica de hilado/pasado) y se los devana en paquetes de tamaño y peso convenientes. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

41. Keblar Proceso de Fabricacion del Keblar Del tejido de la fibra se obtienen los tejidos de KEVLAR que todos conocemos como la tela mas fuerte y liviana que existe. Este entrecruzamiento de las fibras lo hacemos utilizando un telar Grupo N° 2: Materiales Compuestos

42. Keblar Proceso de Fabricacion del Keblar Al alinear estas fibras podemos hacer un composite mucho más resistente, ya que obtenemos las propiedades de la fibra en todas las direcciones, así: Grupo N° 2: Materiales Compuestos

43. Keblar Aplicaciones del Keblar Grupo N° 2: Materiales Compuestos

44. Keblar Aplicaciones del Keblar Grupo N° 2: Materiales Compuestos

45. Keblar Impacto ambiental del Keblar Grupo N° 2: Materiales Compuestos

48. Excelente aislante térmico.

49. Inerte a muchas sustancias (ácidos también).

50. Gran maleabilidad.

51. Altamente resistente a la tracción.

52. Alta resistencia mecánica

53. Bajo peso, facilitando transporte e instalación

54. Resistencia a corrosión y la intemperie.

55. Bajo costo con herramientas

56. Menor necesidad de mantenimientoGrupo N° 2: Materiales Compuestos

57. Fibra de Vidrio

60. Excelente aislante térmico.

61. Inerte a muchas sustancias (ácidos también).

62. Gran maleabilidad.

63. Altamente resistente a la tracción.

64. Alta resistencia mecánica

65. Bajo peso, facilitando transporte e instalación

66. Resistencia a corrosión y la intemperie.

67. Bajo costo con herramientas

68. Menor necesidad de mantenimientoGrupo N° 2: Materiales Compuestos

69. Fibra de vidrio Sus principales usos son: Sus propiedades y el bajo precio de sus materias primas, le han dado popularidad en muchas aplicaciones industriales. Las características del material permiten que la Fibra de Vidrio sea moldeable con mínimos recursos, la habilidad artesana suele ser suficiente para la autoconstrucción de piezas de bricolaje tales como kayak, cascos de veleros, terminaciones de tablas de surf o esculturas, etc. La fibra de vidrio, también es usada para realizar los cables de fibra óptica utilizados en el mundo de las telecomunicaciones para transmitir señales lumínicas, producidas por laser o LEDs. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

70. Fibra de vidrio Efectos de la fibra de vidrio reconocidos médicamente La fibra de vidrio está reconocida médicamente como un irritante de la piel, ojos y tracto superior de las vías respiratorias. Urticarias, dolores de cabeza, conjuntivitis... son los efectos mas comunes cuando se sufren exposiciones a altas concentraciones. FIBRAS SINTETICAS DE VIDRIO La fibra de vidrio es un material fibroso fino producido de manera general por los mismos componentes que el vidrio plano. Los diferentes tipos de fibra de vidrio son manufacturados por la adición de diversos componentes a la fundición. Los diversos tipos incluyen fibra de vidrio para aislamiento, fibra de vidrio textil, y fibra de vidrio óptica. Tabla: Composiciones de las formulaciones esenciales de vidrio usado en fibra de vidrio Grupo N° 2: Materiales Compuestos

71. Fibra de vidrio Tabla: Composiciones de las formulaciones esenciales de vidrio usado en fibra de vidrio Arena (70%) Sosa caustica (20%) Caliza (10%) Vidrio funfifo Grupo N° 2: Materiales Compuestos

72. Fibra de vidrio FIBRA DE VIDRIO GRADO AISLANTE El principal mercado para el feldespato y la sienita nefelina en fibra de vidrio es el material tipo aislante, donde se realizan adiciones de feldespato hasta un 18%. FIBRA DE VIDRIO GRADO TEXTIL La fibra de vidrio tipo textil (o fibra de vidrio de filamento continuo) se caracteriza por su elevada resistencia al impacto, peso liviano, alta resistencia al ataque químico y bajo costo. La manufactura de fibra de vidrio de filamento continuo implica fundir la mezcla en hornos a aproximadamente 1.600ºC. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

73. Fibra de vidrio FABRICACION DE LANA AISLANTE En contraste con los filamentos continuos, las fibras de lana aislante y las de cerámica refractaria se fabrican con técnicas que consumen mucha energía y que consisten en el vertido del material fundido sobre discos giratorios o sobre series de ruedas rotativas. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

74. Fibra de vidrio Fibras Opticas Las fibras ópticas son hilos de vidrio finos como un cabello diseñados para transmitir los rayos de luz a lo largo de su eje. Diodos de emisión de luz (DEL) o diodos láser convierten las señales eléctricas en las señales ópticas que se transmiten a través de un núcleo cilíndrico interior del cable de la fibra óptica. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

75. Fibra de Carbono

76. Fibra de carbono Carbono: Son sólidos que presentan una morfología fibrosa en forma de filamentos, o una trenza de éstos, y con un contenido mínimo en carbono del 92 % en peso. El carbono tiene elevada resistencia mecánica y módulo de elasticidad; baja densidad, resistencia a agentes externos, gran capacidad de aislamiento térmico; resistencia a las variaciones de temperatura, conservando su forma, sólo si se utiliza matriz termoestable; buenas propiedades ignífugas. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

77. Fibra de carbono Carbono-carbono reforzado: La fibra de carbono es el desarrollo más reciente en el campo de los materiales compuestos siguiendo la idea de que uniendo fibras sintéticas con varias resinas, se pueden lograr materiales de baja densidad, muy resistentes y duraderos. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

79. Fibra de carbono Reducción de variabilidad - Propiedades mecánicas - Repetibilidad de las piezas sin necesidad de reprocesado - Variabilidad en las propiedades de uso de los materiales en procesos automáticos - Reforzar el uso del análisis estadístico Grupo N° 2: Materiales Compuestos

80. Fibra de carbono Procesos de obtención de fibras de carbono Las fibras tipo 1, obtenidas a partir de poliacrilonitrilo normal (base-PAN) tienen una delgada cobertura de capas circunferenciales y un núcleo con cristalitas desordenadas. A diferencia, algunas fibras obtenidas a partir de mesofases bituminosas muestran estructuras de capas orientadas radialmente. Estas distintas estructuras dan como resultado algunas diferencias significativas en las propiedades de las fibras. Orientación del polímero precursor por estiramiento. Orientación por hilado. Orientación durante la grafitización. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

81. Fibra de carbono Flexibilidad y Rotura de las Fibras Las curvas “tensión – deformación”, mostradas en la figura 3.7 sugiere que todas las fibras rompen de manera frágil a tracción sin ninguna deformación plástica o fluencia. Las láminas de fibras de carbono y vidrio son frágiles y se rompen sin ninguna reducción de su sección transversal, en contraste con las láminas de fibras de Aramida, las cuales rompen de manera dúctil, con un pronunciado estrechamiento local muy grande. La fractura de las láminas a menudo implica el deshilachado de las fibras. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

82. Fibra de carbono Producción de fibra de carbono 1970-2015 Grupo N° 2: Materiales Compuestos

83. Fibra de carbono Ventajas y Desventajas Grupo N° 2: Materiales Compuestos

84. Honeycomb

85. Honeycomb Honeycomb Es una estructura hexagonal o patrón similar a las celdas de un panal de abejas (de allí deriva su nombre en Ingles). Se construye de variados materiales basado en un panal hexagonal de células entre dos láminas que son demasiado delgadas para ser estables si se encuentran solas. A honeycomb can bemadefromaluminumfoil, fiber-glass, orpaper. Un nido de abeja se puede hacer de papel de aluminio, fibra de vidrio, papel, Polipropileno, PVC entre otros materiales. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

86. Honeycomb Usos: Honeycomb se utiliza dondequiera que sea necesaria una mayor resistencia estructural con menos peso, entre los usos mas comunes se encuentra: Sistemas para salas blancas Sistemas modulares para salas blancas, tanto para la industria farmacéutica, semiconductores e industrias de nanotecnología. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

87. Honeycomb Absorción de Energía y Seguridad Barreras pruebas de choque y absorbedores de energía. Barreras deformables, bases deformables y configuraciones personalizadas nido de abeja (honeycomb) para una amplia gama de aplicaciones de absorción de energía que sirven a muchas industrias. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

88. Honeycomb El Panal absorbedor de energía es ampliamente utilizado en las siguientes Industrias: • Aeroespacial • Automóvil • Defensa • Instalaciones de ensayo • Máquinas Industriales • Marina • Las armas nucleares • El transporte ferroviario En las siguientes Aplicaciones • Instrumental Calibration • Instrumental de calibración • Tail Strike Protection • Protección de cola • Nuclear Shipping • Protección de envíos de material nuclear • Lifting Cranes • Grúas de elevación • BallisticTesting and Protection • Pruebas de balística y Protección• Shock AbsorbingStruts Shock Absorber • CrashTesting • Pruebas de choque • Emergency Stop Devices • Dispositivos de parada de emergencia • ImpactProtection • Protección contra los choques Grupo N° 2: Materiales Compuestos

90. Bajo Peso

91. Gran superficie de contacto

92. Rigidez

93. Resistencia estructural

94. Alta compresibilidad

95. Mitigación de alta intensidad de las cargas dinámicas o impactosGrupo N° 2: Materiales Compuestos

97. Rollos para el caso protección antichoques, envoltorios protectores de mercadería, rellenos protectores de paragolpes de automotores, antichoques para calzados e indumentaria.Método de Expansión Grupo N° 2: Materiales Compuestos

98. Honeycomb Método de Corrugación: La formación de la estructura tipo panal que consiste en el proceso de corrugación se obtiene por medio un sistema de engranes dándole la forma deseada, por consiguiente la primera hoja de metal corrugada se apila con respecto a la segunda y a si consecutivamente hasta obtener el espesor deseado, luego que se apilan una tras otra se le coloca un adhesivo epóxido o es soldada. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

99. Honeycomb Método de Asignación de banda: Se utilizan tiras de metal con ranuras enfocadas para el montaje de cuadrados y triángulos de panales, en este caso no es necesario doblar la tira de metal ya que su prioridad son las ranuras en el momento de ensamble, este tipo de arreglo es adecuado para hacer paneles de materiales menos dúctiles. Las tiras pueden ser unidas por soldaduras. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

100. Honeycomb Método de Estampado: Las Hojas de metal perforadas pueden construir estructuras en forma de tetraedros. En este caso, las láminas serán perforadas por máquinas de golpe. Las distintas láminas son apiladas con separadores metálicos que pueden ser soldados. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

102. Restos de adhesivos

103. Restos de lubricantes

104. Recortes de material:

105. Materiales Metálicos

106. Materiales Plásticos

107. Madera

108. Papel-Cartón

109. Fibrocemento-Yeso

110. Vapores tóxicos Grupo N° 2: Materiales Compuestos

111. Hormigon

112. hormigon GENERALIDADES El cemento es un ligante hidráulico, o sea una sustancia que mezclada con el agua, está en condiciones de endurecer ya sea en el aire, como debajo del agua. La piedra de cemento en vía de formación presenta resistencias elevadas y no se disuelve en el agua. En Argentina los cementos responden a las exigencias de las normas IRAM. Los romanos utilizaban en la antigüedad una mezcla hidráulica compuesta de calcáreos arcillosos con agregados de puzolanas o bien harina de laterita. En 1824, el ingles J.Aspin, elaboró y patentó un producto similar al cemento, obtenido mediante la cocción de una mezcla de calcáreos y arcilla finamente molida. Este ligante permitiría confeccionar un hormigón similar al obtenido con la piedra Pórtland (calcáreo muy resistente de la isla de Portland) comúnmente utilizado en Inglaterra para la construcción. De aquí la denominación “ Cemento Portland”. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

113. hormigon PROCESOS DE FABRICACION La fabricación del cemento Portland consiste en la preparación de una mezcla de materias primas con granulometría definida, sometida a cocción hasta el umbral del punto de fusión y finalmente molida a polvo fino y reactivo: el cemento. Extracción y triturado de la materia prima: Para producir una tonelada de cemento es necesario utilizar por lo menos una tonelada y media de materia prima -calcáreos- y arcilla que liberan agua y dióxido de carbono durante la cocción. La piedra bruta es pretriturada en la cantera hasta el tamaño de un puño. 2. Mezclado y reducción de la materia prima hasta una finura similar a la de la harina: Esta etapa prevé el mezclado de las diversas materias primas en las proporciones correspondientes a la composición química óptima. El material que se encuentra en el molino a bolas o vertical es simultáneamente secado y triturado en fino polvo. A la salida se obtiene la harina cruda que será mezclada en los silos de homogeneización hasta la obtención de una composición uniforme. adiciones. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

114. hormigon 3. Cocción de la Harina y transformación del clinker: El proceso de cocción a una temperatura de aproximadamente 1.450­ºC es la operación principal en la fabricación del cemento. Antes de entrar en el horno rotativo, la harina pasa a través de un cambiador térmico y se calienta a casi 1.000ºC. A la salida el material se presenta bajo la forma de clinker incandescente que será rápidamente enfriado al aire. Los combustibles utilizados son: carbón, petróleo, gas natural y, cada vez más frecuentemente, materiales recuperados como solventes, aceites usados o neumáticos viejos. 4. Molienda del clinker con yeso y aditivos: Para obtener el material reactivo deseado, el clinker es molido en la unidad de molienda con una pequeña cantidad de yeso que actúa como regulador de fraguado. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

115. hormigon Control de calidad del cemento La calidad de los cementos argentinos está garantizada por un triple procedimiento: 1-Control interno de la fabricación. 2-Certificación oficial del sistema de gestión de calidad. 3-Control por medio de un organismo externo. Control interno de la fabricación En todas las fases de la fabricación, desde la cantera hasta la expedición, se toman y analizan muestras. El tratamiento estadístico de los resultados de los muestreos al momento de la expedición, debe responder constantemente a las exigencias previstas en la norma IRAM. Sistema de gestión de la calidad La producción de los cementos argentinos responde a un sistema de calidad y de management certificado según las normas ISO de la serie 9000. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

116. hormigon Los tipos de cemento y su composición según la norma IRAM 50.000 (Norma Argentina) La norma IRAM 50.000 clasifica los cementos en categorías indicadas en la tabla Grupo N° 2: Materiales Compuestos

117. hormigon Hidratación del cemento El cemento mezclado con agua reacciona hidratándose. Esta reacción libera una cierta cantidad de calor y provoca el progresivo endurecimiento de la pasta de cemento. La hidratación proporciona esencialmente dos productos principales. Almacenamiento y conservación del cemento El cemento puede conservarse indefinidamente, sin deteriorarse, en la medida en que esté protegido de la humedad, incluyendo la existente en el aire. Cemento a granel El cemento almacenado en los grandes silos de las plantas de cemento de distribución puede permanecer largos períodos sin deteriorarse. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

118. hormigon Indicaciones de seguridad El cemento es un ligante hidráulico. En contacto con el agua o con la humedad se produce una reacción alcalina. Dentro de lo posible se debe evitar el contacto con la piel. En el caso de contactos con los ojos, enjuagar inmediatamente con abundante agua y consultar al medico. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

119. hormigon El AGUA DE AMASADO Y/O CURADO Se entiende por agua de amasado la cantidad de agua total contenida en el hormigón fresco. El agua de amasado está compuesta por : ·El agua agregada a la mezcla. ·Humedad superficial de los agregados ·Una cantidad de agua proveniente de los aditivos. El agua de amasado cumple una doble función en la tecnología del hormigón: por un lado permite la hidratación del cemento y por el otro es indispensable para asegurar la trabajabilidad y la buena compactación del hormigón. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

120. hormigon LOS AGREGADOS Generalmente se entiende por “agregado” a la mezcla de arena y piedra de granulometría variable. El hormigón es un material compuesto básicamente por agregados y pasta cementicia, elementos de comportamientos bien diferenciados: Los agregados conforman el esqueleto granular del hormigón y son el elemento mayoritario ya que representan el 80-90% del peso total de hormigón, por lo que son responsables de gran parte de las características del mismo. Cada elemento tiene su rol dentro de la masa de hormigón y su proporción en la mezcla es clave para lograr las propiedades deseadas, esto es: trabajabilidad, resistencia, durabilidad y economía. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

121. hormigon Granulometría Se denomina así a la distribución por tamaños de las partículas que constituyen un agregado y se expresa como el porcentaje en peso de cada tamaño con respecto al peso total. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

122. hormigon El tener una distribución por tamaños adecuada hace que los huecos dejados por las piedras más grandes sean ocupados por las del tamaño siguiente y así sucesivamente hasta llegar a la arena, donde sus diferentes tamaños de granos harán lo propio. Cuanto mayor sea la superficie de los agregados mayor será la cantidad de pasta necesaria Grupo N° 2: Materiales Compuestos

123. hormigon Resistencias mecánicas La influencia de los agregados en la resistencia del hormigón no sólo es debida a la propia resistencia de éstos, sino también a su forma, textura, limpieza superficial y absorción. Aditivos Definición y clasificación Los aditivos son sustancias que se agregan al hormigón. A través de sus acciones químicas y/o físicas, estas sustancias modifican determinadas características del hormigón fresco y del endurecido, como el fraguado, la trabajabilidad, el endurecimiento. Las especificaciones y requerimientos de los aditivos para el hormigón se encuentran en la norma IRAM1663. Grupo N° 2: Materiales Compuestos

124. hormigon Producción mundial de hormigón La producción mundial del cemento fue de más de 2.500 millones de toneladas en 2007. Estimando una dosificación de cemento entre 250 y 300 kg de cemento por metro cúbico de hormigón, significa que se podrían producir de 8.000 a 10.000 millones de metros cúbicos, que equivalen a 1,5 metros cúbicos de hormigón por persona. Ningún material de construcción ha sido usado en tales cantidades y en un futuro no parece existir otro material de construcción que pueda competir con el hormigón en magnitud de volumen Grupo N° 2: Materiales Compuestos

125. Universidad Tecnologica NacionalFacultad Regional General Pacheco Muchas Gracias Aput, Joaquín - Losardo, Luis - Suarez, Leonardo - Bech, Mariano - Rossi, Daniel