Materiales compuestos.

Resumen

En el siguiente informe se presentaran los compuestos que forman las estructuras de los materiales, como su estructura es directamente proporcional con el uso que puede tener este material, las fases y tipos de estructuras que se pueden encontrar. Posteriormente se estudiaran las aplicaciones que estos tienen en la industria y como pueden dividirse las estructuras en categorías propias de cada compuesto.

Palabras claves: compuesto, estructura, aplicaciones, fases, materiales.

Objetivos de la práctica

 Determinar los tipos de compuestos que generan los materiales

 Examinar las estructuras que conforman un material

 Como se refuerza un material dependiendo de su estructura

 En que compuestos se presentan las diferentes estructuras

Introducción

En este trabajo se da a conocer las estructuras que forman los materiales compuestos, se describe los diferentes tipos de estructuras y de compuestos. Se busca explicar de manera detallado en qué casos están presentes y sus aplicaciones. En este informe se adquieren las habilidades necesarias para comprender las estructuras de los compuestos en nuestra formación como ingenieros industriales. 1. Materiales compuestos Reciben el nombre de materiales compuestos aquellos materiales que se forman por la unión de dos 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. Los materiales son compuestos cuando cumplen las siguientes características:

-Están formados de 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)

-No pertenecen a los materiales compuestos, aquellos materiales polifásicos; como las aleaciones metálicas, en las que mediante un tratamiento térmico se cambian la composición de las fases presentes

Fases de un material compuesto:

Fase Matriz: rodea a las demás fases que se denominan fases dispersas. Es una fase continua dúctil. Une las partículas e impide la propagación de las grietas, generando el aumento de la tenacidad. Esta fase distribuye los esfuerzos externos a la fase dispersa, sin embargo, un porcentaje pequeña de la porción de esfuerzo es soportado por esta.

Fase Dispersa: La microestructura de esta fase incluye la forma, tamaño distribución y orientación de las partículas del material. Esta fase puede contener fibras o partículas, que permiten mejorar las propiedades del material. Esta fase tiene baja densidad por lo que presenta alta resistencia específica.

Figura 1. Fase matriz vs fase dispersa

Clasificación

Los materiales compuestos se clasifican en tres grandes grupos:

1.1. Reforzado por fibras

Dependiendo de la forma de los materiales compuestos, es posible clasificarlos en tres categorías: Con partículas, con fibras y laminares. Sin embargo, las propiedades que obtiene un material compuesto al ser reforzado por fibras son: una mejor resistencia a la fatiga,

Materiales Industriales – Materiales Compuestos

Universidad Distrital Francisco José de caldas

una mejor rigidez y una mejor relación resistencia-peso. El reforzamiento por fibras se consigue al incorporar fibras resistentes y rígidas a la matriz de un material sumamente blando y rígido.

La gran rigidez de los compuestos reforzados por fibras, se debe en principio a que la matriz del material transmite la fuerza a las fibras, lo que permite el soporte de la mayor carga aplicada en el material.

Existen diversos tipos de fibras ubicadas en los materiales compuestos (Ver figura 1.1.1)

Figura 1.1.1: Clasificación de los materiales reforzados por fibras

Características:

Cuando se refuerza un material por fibras, es importante tener en cuenta las siguientes características:

Relación de forma (L\d):

La relación de forma indica el vínculo existente entre la longitud y el diámetro de la fibra. Cuando el diámetro de una fibra es menor, mayor será su resistencia debido a que existirá menor área superficial. Por otro lado cuando las fibras son largas en relación con su diámetro, los extremos soportaran menos carga que en el centro de las fibras.

Cantidad de fibras:

El número de fibras existentes en el material, incide de manera principal en las propiedades. Así, entre mayor sea la fracción en volumen de fibras, mayor será la resistencia y la rigidez del material compuesto. Sin embargo la fracción en volumen máxima es del 80%, ya que las fibras ya no quedaran rodeadas por una matriz generando en el material menor resistencia.

Orientación de las fibras:

La orientación de las fibras indica la manera en que están ubicadas las fibras en el material. Por lo tanto, dependiendo de la orientación de las fibras se puede obtener un material isotrópico (Propiedades homogéneas en el material) o anisótropico (Propiedades heterogéneas en el material). Así, si se introducen largas y continuas fibras en varias direcciones, es posible obtener un material compuesto isotrópico; mientras que si se introduce fibras largas y ubicadas de manera unidireccional, se obtiene un material anisótropico ya que su resistencia y rigidez actúan solo cuando se le aplica cierta fuerza en dirección paralela a las fibras.

Propiedades de las matrices:

Las matrices tienen la función de soportar las fibras y de mantenerlas en una posición correcta. De esta manera, cuando se le aplica una fuerza al material, las fibras tienen que estar firmemente unidas al material de la matriz para que la carga se transfiera correctamente de la matriz a las fibras. En cambio, si las fibras no están correctamente ligadas a la matriz, estas pueden salir de la matriz durante la carga generando menor resistencia y disminución en la resistencia a la fractura

Aplicaciones:

A lo largo de muchos años, los materiales compuestos reforzados por fibras, han sido indispensables en la vida del hombre. Un ejemplo claro de hace varios siglos, es el reforzamiento de los ladrillos (ya sea de adobe o de barro) a partir de la utilización de la paja. Sin embargo, actualmente se sigue haciendo reforzamientos, especialmente en el campo de la construcción. La introducción de las varillas de acero en las estructuras de concreto es un importante ejemplo, ya que esto se realiza con el fin de conseguir mayor rigidez y resistencia

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