Taller De Materiales Compuestos

MATERIALES COMPUESTOS

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Describa al menos un mecanismo de fabricación de fibra de carbono y explique a qué tipo de fibra de carbono corresponde la obtenida por el proceso PAN. Pág 11

La fibra de carbono proviene de dos fuentes, poliacrilonitrilo (PAN) y brea, las cuales reciben el nombre de precursores. La fibra de carbono se produce a partir de fibras de PAN en tres etapas de elaboración:

Fase de estabilización de las fibras de PAN, donde son estiradas para formar una malla o red fibrilar paralelamente a un eje, para luego ser oxidadas en aire a una temperatura aproximada de 200 a 220 °C mientras se mantiene en tensión.

Carbonización: durante este proceso las fibras estabilizadas son calentadas hasta su transformación en fibra de carbono mediante la eliminación de O, H y N de la fibra original a una temperatura de 1000 a 1500 °C. Durante la carbonización se forman hebras o cintas de estructuras estratificadas como el grafito dentro de cada fibra, aumentando enormemente la resistencia a la tensión del material.

Tratamiento de grafitización, este se emplea si se lo desea y es un aumento del modulo de elasticidad a expensas de una alta resistencia a la tracción mediante temperaturas superiores a los 1800 °C, aumentando el grado de orientación preferida de los cristales tipo grafito dentro de las fibras.

Describa las diferencias de comportamiento mecánico de las fibras de kevlar, carbono y vidrio. (13,14,15)

Las fibras de carbono son frágiles y muestran una recuperación elástica del 100% cuando se someten a esfuerzos inferiores a los de rotura.

En lo que se refiere a las fibras de vidrio, se han usado muchas combinaciones de vidrios minerales. El vidrio E es el más usado por sus buenas propiedades de resistencia, rigidez, eléctricas y de desgaste. El C tiene una mayor resistencia a la corrosión química, pero es más caro y de menor resistencia. El S es también más caro que el E pero es más rígido y más resistente a la temperatura.

La resistencia a la rotura del vidrio viene en gran medida condicionada por el daño superficial que pueden sufrir al rozar entre sí durante su manipulación.

Las fibras orgánicas (kevlar) se fundamentan en la alta resistencia y rigidez teórica que se puede obtener de polímeros completamente alineados.

Al igual que sucede en las fibras de carbono, las fibras orgánicas tienen propiedades transversales muy inferiores a las longitudinales.

Desde el punto de vista de las propiedades absolutas puede decirse que la fibra de Kevlar es la más resistente y la de carbono la más rígida, siendo la de vidrio la menos resistente y la menos rígida, aunque la más barata.

Qué diferencias y cuidados se deben tener entre las fibras de kevlar 49 y 29. (22)

Kevlar 29 Kevlar 49

Fue desarrollado para el cordaje de refuerzo de neumáticos Fibra preferida para los materiales compuestos de elevadas prestaciones

Tiene alta resistencia Misma resistencia que el kevlar 29

Baja densidad Alta densidad

Módulo elástico intermedio Módulo elástico superior

Haga un cuadro comparativo entre las fibras de kevlar, carbono y vidrio.

Fibra de kevlar 49 Fibra de carbono tipo I Fibra de vidrio

Densidad 1.45*103 kgm-3 Densidad 1.95*103 kgm-3 Densidad 2.56*103 kgm-3

Módulo de Young 125 GN m-2 Módulo de Young 390 GN m-2 Módulo de Young 76 GN m-2

Resistencia a tracción 2.8-3.6 GN m-2 Resistencia a tracción 2.2 GN m-2 Resistencia a tracción 1.4-2.5 GN m-2

Alargamiento de rotura 2.2-2.8 % Alargamiento de rotura 0.5 % Alargamiento de rotura 1.8-3.2 %

Módulo de Young específico (Módulo / densidad) 86 GNm-2/ 103kgm-3 Módulo de Young específico (Módulo / densidad) 200 GNm-2/ 103kgm-3 Módulo de Young específico (Módulo / densidad) 30 GNm-2/ 103kgm-3

Resistencia a tracción específica (resistencia / densidad) 2.2 GNm-2/ 103kgm-3 Resistencia a tracción específica (resistencia / densidad) 1.1 GNm-2/ 103kgm-3 Resistencia a tracción específica (resistencia / densidad) 0.8 GNm-2/ 103kgm-3

Fibras mejor que las de vidrio pero inferior a las de carbono Fibras mejores que las de vidrio y las de kevlar Fibras inferiores a las de kevlar y las de carbono

Rompen de forma dúctil Casi completamente frágil y se rompe sin ninguna reducción de área de la sección recta Casi completamente frágil y se rompe sin ninguna reducción de área de la sección recta

Haga un cuadro comparativo entre resinas termoestables y termoplásticas.

Resinas termoestables Resinas termoplásticas

Tienen enlaces cruzados No tienen enlaces cruzados

Son normalmente isotrópicas Tienen propiedades anisótropas dependiendo de las condiciones de solidificación

Tienen buena respuesta al calor, ya que no se funden al calentarlas Al calentarse se funden

Pierden sus propiedades de rigidez a la temperatura de distorsión térmica Sus propiedades mecánicas dependen de la temperatura y de la relación de deformación aplicada

Se consideran normalmente como sólidos frágiles Se consideran como dúctiles

Explique las 5 teorías de adhesión. (39)

Adsorción y humectación: Hay atracción física donde incide la rugosidad, se produce el mojado si el líquido no es excesivamente viscoso y se dan las condiciones termodinámicas adecuadas.

Interdifusión: Unión formada por enmarañamiento molecular después de la difusión. La interdifusión puede ser promovida por agentes plastificantes y disolventes.

Atracción electrostática: Aparece si las superficies están cargadas con signos opuestos, es decir, una superficie lleva una carga positiva neta y la otra una carga negativa.

Enlace químico: Se forma un enlace químico entre un grupo químico de la superficie de la fibra y otro compatible de la matriz.

Unión mecánica: Formada al mojar un polímero líquido a una superficie solida rugosa, la rugosidad de las fibras mejora la resistencia de la intercara si se ha producido un buen mojado en el proceso de fabricación.

Qué aditivos se utilizan en las interfaces de resina termoestable – fibra de vidrio.

Para mejorar la unión entre los grupos óxido de la superficie de la fibra de vidrio y de la matriz, se utilizan unas sustancias denominadas agentes de acoplamiento de tipo silano (R-SiX3). Esta es una molécula multifuncional que reacciona por un lado con la superficie del vidrio y por otro con la fase de polímero.

El silano sufre

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