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15- Materiales compuestos - Coggle Diagram
15- Materiales compuestos
Características
Sinergía de propiedades mecánizae, eléctricas, térmicas
2 fases microscópicamente discernibles y una interfaz
Constituyentes
MMC: Compuesto de matiz metálica
CMC: compuesto de matriz cerámica
FRP: polímeros reforzados por fibra
Típicamente compuestos por una matriz y un resfuerzo
Matriz: consistencia estructural, protección de fibras, propiedades interlaminares, transferencia de carga (no es la matriz la que tolera la carga, sino que la transfiere al refuerzo)
Refuerzo: tolera la carga
Interfaz: esencial para evitar fallas prematuras (genera vinculación entre matriz y refuerzo
Ej: polímero reforzado con fibra de vidrio, epoxi con fibra de carbono, macetas, aspas de aerogeneradores
Fibras
Vidrio
Resistencia
Rigidez
Densidead alta
Costo más económico
Grafito
Alta resistencia y módulo elástico
Costo bajo
Menos denso que el vidrio
Boro
Resistencia y rigidez altas
Máxima densidad
Más alto costo
Tiene un filamento de tungsteno en el centro
Aramida (Kevlar)
Es la fibra con mayor relación resistencia/peso
Costo alto
Materiales de la matriz
Termoestables
Fenólicos, fluorocarbonos, poliestersulfona, poliamidas
Epoxi, poliéster
Termoplásticos
Polietercetona, más tenaz que termoestables pero con menos resistencia a la temperatura
Metales
Aluminio, aluminio-litio, magnesio, titanio
Fibras: grafito, óxido de aluminio, carburo de silicio, boro
Cerámicos
Carburo de silicio, nitruto de silicio, óxido de aluminio, mulita
Clasificación
Reforzado con partículas
Partículas grandes (Particulados)
Partículas gruesas
No impiden movimiento de dislocaciones
Endurecimiento por partículas dispersas (por dispersión)
Partículas muy pequeñas
Interaccionan con las dislocaciones
Efecto notable en pequeñas cantidades
No influyen apreciablemente en el módulo elástico
Ej: Acero esferoidítico, WC / Co, compuestos de caucho
Ej: Boro (fibra) y Aluminio/ Magnesi/Titanio para aspas de compresores, etc
Orientacipón de fibras
Disposición al azar
No tienen una orientación diferencial
No hay demasiada anisotropía
Ortogonal
Unidireccional
Tiene un aumento muy significativo en la resistencia mecánica en una dirección respecto a otra
Reforzado con fibras
Continuas (alineadas)
Discontinuas (cortas)
Alineadas
Orientadas al azar
Estructural
Laminados
Paredes sandwich
Aumenta rigidez sin aumentar demasiado el peso
Se ahorra material
Distribución de carga fundamentalmente en los bordes
Beneficios: bajo peso, mucha rigidez a la presión
Procesos
Moldeo manual
Bajo costo
Baja productividad
Aceptables propiedades mecánicas
Depende mucho del operador
Bajo contenido de fibra, aprox 30%
Industrias: náutica, automotriz de alta performance, mesas, bañeras
Moldeo por Spray
Automatización del moldeo manual
Se usan filamentos de vidrio que son cortados o trozados a medida que un spray deposita resina
La máquina corta la fibra en pedacitos para poder aplicarla mediante la pistola
Bajo costo de fabricación
Aceptables propiedades mecánicas (peores que en moldeo manual)
Menor dependencia del operador
Moldeo por vacío
EL refuerzo es colocado en el molde sin ser impregnado por la resina
Se cierra el molde con bolsas especiales de fusión
La resina se inyecta mediante presión o vacío
Mayor contenido de resina, hasta 70% o 80% en peso
Una sóla cara con terminación
Costos de equipamiento bajos
RTM: moldeo por transferencia de resina
Molde cerrado
Resina inyectada a altas presiones
Entra la resina con catalizador al molde, la resina cura y luego se desarma
Similar al moldeo por vacío, solo que la resina es inyectada a altas presiones
Alta productividad
Alto contenido de resina
Excelente calidad superficial
Alta inversión de calidad
Proceso completamente automatizado
Filament Winding
Consiste en enrollar filamentos de fibras de refuerzo y/o cintas tensados, impregnados con una resina termoestable, sobre un molde macho cilíndrico o mandril
Mejora altamente la resistencia mecánica
Ej: tachos para combustible de cohetes
Prepeg
Pultrusión
Seet moulding compound
AFM: autimatic fibre placing machine
Reaction injection moulding
Defectos
Unión débil entre matriz y fibras
Delaminación de la matriz
Poros actúan como concentradores de tensiones (el área resistente de mi material compuesto es menor entonces el material compuesto en sí resiste menos)
Extracción de fibras (fibre pullout)
Pérdida de adherencia entre fases (debonding)