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20 DESCRIPTIVA DE MATERIALES. MATERIALES EN EL PROCESO DE DISE√ĎO, 2002

Materiales Compuestos

El presente art√≠culo pretende mostrar al lector el amplio abanico de posibilidades que ofrecen los materiales compuestos en el campo de la ingenier√≠a y el dise√Īo. Se presentan los diferentes tipos de fibras, org√°nicas e inorg√°nicas, as√≠ como los diferentes tipos de matrices, haciendo √©nfasis en las org√°nicas, que son las que dan nombre a los denominados materiales compuestos de matriz org√°nica. Un segundo bloque describe el comportamiento de los materiales compuestos ante diversos agentes externos como puedan ser: agentes ambientales, agentes qu√≠micos, agentes f√≠sicos y agentes mec√°nicos. El trabajo finaliza mostrando algunos de los ejemplos m√°s caracter√≠sticos de aplicaciones de estos materiales.
Se entiende por material compuesto aquel formado por dos o m√°s componentes, de forma que las propiedades del material final sean superiores que las de los componentes por separado.

Hay que hacer algunas consideraciones para ajustar
el término material compuesto a nuestro objeto de estudio:

‚Äʬ† En primer lugar el material compuesto, debe ser
expresamente fabricado por la mano del hombre. De este modo queda fuera de nuestra definición una larga lista de materiales compuestos naturales, tales como los que componen nuestros huesos, las masas arbóreas, etc.
‚Äʬ†¬† En segundo lugar, tal como entendemos los materiales compuestos, estos no deben tener continuidad fenomenol√≥gica, de modo que los materiales cer√°micos, por ejemplo, a pesar de estar compuestos por varios componentes cristalinos o amorfos, no son considerados materiales compuestos ya que estos son continuos fenomenol√≥gicamente hablando.
‚Äʬ†¬† Finalmente, el hormig√≥n armado, a pesar de estar construido expresamente por el hombre y tener discontinuidad fenomenologica, no se considera tampoco objeto de nuestro estudio, porque este sistema es un material cl√°sico en la Ingenier√≠a Civil.

Aunque la Fibra de vidrio es muy antigua -era conocida por los Egipcios-, la historia de los materiales compuestos es la historia del siglo
XX. En 1907, el químico belga Leo Baekeland obtuvo por primera vez una resina termoestable. Baekeland calentó y aplicó presión en un recipiente especial a un fenol y un formaldehido para obtener una resina líquida que polimerizó y tomó la forma del recipiente. Su nombre, la bakelita. A lo largo de las tres primeras decidas de este siglo se van incorporando el resto de las matrices: las fenolicas, que fueron las primeras en desarrollarse industrialmente para aplicaciones de aislamiento, armamento y bisutería, las poliester, las vinilésteres y las epoxis.
Los materiales compuestos se desarrollan en paralelo con las matrices, ya que como hemos dicho las fibras ya eran conocidas y los ensimajes o tratamientos superficiales de las fibras para que tuvieran la adherencia necesaria para su combinación con las matrices no revistieron excesivas dificultades. Por lo tanto los primeros materiales compuestos eran fibras de vidrio combinadas con matrices fenólicas y poliésteres para aplicaciones eléctricas, embarcaciones y placa ondulada.
Los primeros m√©todos de fabricaci√≥n fueron los moldeados por contacto a mano. En 1910, se estaban fabricando mediante este m√©todo un n√ļmero elevado de estructuras donde los requerimientos mec√°nicos no eran elevados, pero hab√≠a problemas de formas, peso o aislamiento el√©ctrico y por lo tanto, este tipo de materiales comenzaba a ser una alternativa frente a los tradicionales, acero, hormig√≥n, aluminio o madera.
La inyección con matrices termoestables data de 1940, como una variación de la inyección de materiales termoplásticos. En la década de los cincuenta aparecen las primeras máquinas con tornillo sinfín.
En 1951 aparecen las primeras patentes de métodos automatizados como la pulfrusión. La producción arranca en 1956. Desde entonces ha ido en aumento la producción de perfilería para una larga lista de sectores productivos. Por primera vez., se disponía comercialmente de materiales compuestos estructurales ya que la fiabilidad de este proceso, así como la elevada resistencia del perfil lo hacia idóneo para aquellos casos donde no solo era importante el peso n el aislamiento eléctrico sino también los requerimientos mecánicos.
En paralelo a la pulfrusi√≥n aparecen otros procesos utilizados hoy en d√≠a como el SMC (sheet tnouldmg compound), o preimpregnados de un compound compuesto por fibras de vidrio, resinas de poliester y cargas que se conforman mediante prensa en caliente. Tras su aparici√≥n a principios de los a√Īos cincuenta, sus primeras aplicaciones se realizaron en el sector el√©ctrico. A comienzos de la d√©cada de los setenta, se comenzaron a utilizar en nuromoci√≥n. Tambi√©n a mediados del siglo XX surge el enrollamiento filamentario y la mayor√≠a de los procesos que tenemos hoy en d√≠a.
En los sesenta se comienzan a utilizar en Estados Unidos, fibras avanzadas: carbono, boro y aramida en la aviación militar. En ese momento, existían dos campos de materiales compuestos claramente diferenciados:

‚ÄĘ El campo de la aeron√°utica (elevadas prestaciones, costes muy altos y bajos consumos), donde se trabajaba fundamentalmente con carbono/epoxi y aramida/epoxi y se utilizaba casi exclusivamente el preimpregnado y el curado en autoclave.
¬†‚ÄĘ ¬†El campo de la gran difusi√≥n (prestaciones bajas, costes razonables y elevados consumos), con aplicaciones en el sector el√©ctrico, marina, transporte terrestre y construcci√≥n.

Se utilizaba casi exclusivamente el vidrio/poliéster y como procesos el contacto a mano, la proyección simultanea, el enrollamiento continuo, la pulfrusión y el SMC.
Hoy en día, en los albores del siglo XXI, el panorama de los materiales compuestos es muy diferente, ya que no hay diferencias entre los dos campos salvo en el tema de normativa y control de calidad. En lo que se refiere a materiales y procesos, han aparecido nuevas tecnologías que han llenado el espacio entre los campos aeronáutico y de gran difusión y han difuminado las diferencias que existían entre las dos áreas hace cuatro décadas.
En este sentido hay que citar las fibras de carbono de bajo coste, que hace que su consumo se haya extendido a todos los sectores industriales, la aparición de nuevos procesos como es el RTM, cuya aplicación esta completamente generalizada en los sectores aeronáuticos y no aeronáuticos, la disponibilidad comercial de materiales híbridos, la introducción de materiales preimpregnados de bajo coste y la aparición de procedimientos de curado alternativos al autoclave.


Materias primas
Fibras

Un material compuesto presenta dos elementos principales: fibra y matriz. La combinación adecuada de estos componentes origina unos materiales con mejores propiedades que las partes que los componen por separado. Además de fibra y matriz existen otros tipos de componentes como cargas y aditivos que dotan a los materiales compuestos de características peculiares para cada tipo de fabricación y aplicación. En este capitulo se van a tratar las materias primas anteriormente citadas que componen los materiales compuestos. Se presentarán las principales propiedades de estas materias primas y se profundizará en los sistemas de material compuesto más usuales.
La fibra es el componente de refuerzo del material compuesto. Aporta resistencia mecánica, rigidez y dureza \ va a ser determinante para obtener las principales propiedades mecánicas. Las características más sobresalientes de las fibras de los materiales compuestos son su resistencia a la tracción especifica y su elevado
modulo especifico.


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Tabla 1. Materias primas que componen un material compuesto



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Figura 1. Comparación de las características especificas de diferentes fibras.


A continuación se va a explicar cada uno de los tipos de fibras, sus propiedades particulares y aplicaciones más usuales.


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Tabla 2 Clasificación de fibras en funcion de su origen


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Figura 2 Diagrama de los esquemas de carbonización para las mesofasesde alquitrán y PAN


Las fibras de refuerzo utilizadas en los materiales compuestos modernos se pueden clasificar de forma general en tres categor√≠as; 1. fibras de Carbono, 2. Fibras Inorg√°nicas y 3. Fibras polim√©ricas. Estas fibras se pueden presentar en forma continua o como fibra cortada. L.os llamados whiskers o pelos se utilizan tambi√©n en los materiales compuestos como elementos de refuerzo. Existen otros tipos de fibras especiales que se utilizan en los materiales compuestos como, por ejemplo las fibras √≥pticas, las cuales se utilizan para aplicaciones donde es necesario un control del da√Īo o del propio curado.


Fibra de carbono

Las fibras de carbono fueron utilizadas por Edison en el siglo
XIX como filamentos para bombillas. La investigaci√≥n que dio como resultado el uso de las fibras de carbono en los materiales compuestos modernos, se atribuye a los trabajos de pricipios de los a√Īos sesenta de Shindo en Jap√≥n, Watt en Inglaterra y Bacon y Singer en los Estados Unidos. Aunque se ha investigado una gran cantidad de materiales como precursores de la fibra de carbono, el poliacrilonotrilo (PAN), una mesofase del alquitr√°n y la celulosa (en orden decreciente de uso actual), son los tres precursores que actualmente se utilizan para fabricar las libras de carbono. Las fibras que est√°n basadas en el PAN tienen di√°metros que oscilan entre las 5 y 7 mm, y aquellas cuyo precursor es el alquitr√°n est√°n entre las 10 y 12 mm.
El poliacrilonitrilo es el precursor m√°s com√ļn utilizado actualmente para obtener fibras de carbono, y generalmente no es PAN al 100%. Normalmente, es un copol√≠mero que contiene metil acrilato, metil metacrilato, viniI acetato, √°cido itac√≥nico, o cloruro de vinilo. El PAN (o su copolimero) es hilado utilizando la t√©cnica de hilado h√ļmedo (la t√©cnica de hilado fundido se ha desarrollado tambi√©n para el hilado del PAN),


Tipos de fibra de carbono

A partir de las temperaturas del tratamiento de calentamiento, se han identificado tres tipos diferentes de fibra de carbono:

‚Äʬ†¬† La fibra de carbono de alto m√≥dulo (HM) es la m√°s r√≠gida y requiere la mayor temperatura en el tratamiento.
‚Äʬ†¬† La fibra de carbono de alta resistencia (HR) es la m√°s fuerte y se carboniza a la temperatura que proporciona la mayor resistencia tensil.
‚ÄĘ ¬†El √ļltimo tipo de fibra de carbono (III) es la m√°s barata; la rigidez es menor que en las anteriores pero la asistencia es buena. Este tipo tiene la temperatura m√°s baja en el tratamiento.


Fibras org√°nicas

Las fibras orgánicas de altas prestaciones se pueden clasificar en tres categorías: 1. Fibras de polímeros de líquido liotrópico cristalino (por ejemplo fibras de poliparafenileno tereftalamida-PPTA- o aramidas) 2.Fibras de cadenas de polímeros flexibles alargadas (por ejemplo fibras de polietileno de cadena alargada de alto peso molecular) y 3. Fibras de polímeros de líquido termotrópico cristalino (por ejemplo copolímeros de ácidos naftoico y benzoico). Las fibras orgánicas típicas tienen un diámetro típico entre 10-20 mm.


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Figura 3. Fibra de aramida


Las aramidas tienen una alta resistencia al impacto y a la corrosi√≥n y son extremadamente resistentes al ataque qu√≠mico exceptuando √°cidos fuertes y bases a altas concentraciones. I a fibra de aramida est√° disponible a trav√©s de Akzo bajo el nombre comercial de Twaron, a trav√©s de Dupont con el nombre comercial de Kevlar y a trav√©s de Teijin bajo el nombre de comercial de Technora, La fibra de aramida, poli(m-fenileno isoftalamida), est√° disponible a trav√©s del nombre comercial Nomex y es predominantemente utilizada en recubrimientos de protecci√≥n contra el fuego. La aramida se degrada a la temperatura de 480¬ļ en nitr√≥geno y alrededor de los 380 ¬ļC en aire. No se funde bajo sus temperaturas de degradaci√≥n. Para minimizar el problema de la fotodegradaci√≥n, los materiales compuestos de fibra de aramida se pueden recubrir por alg√ļn material absorbente de luz. La fibra de aramida muestra una estructura radial con plegamientos axiales. El grupo de fibras de aramida es un grupo relativamente nuevo y potencialmente importante de fibras basado en la alta
resistencia y rigidez que es posible obtener en polímeros completamente alineados. Son poliamidas con radicales aromáticos, unidos los radicales de bencilo, resultando unas fibras mucho más resistentes, térmica y mecánicamente.
La aramida es una poliamida aromática llamada poliparatentlenotereftalamida con una estructura química perfectamente regular cuyos anillos aromáticos dan como resultado las moléculas del polímero con las propiedades de una cadena razonablemente rígida. Las fibras se fabrican por procesos de extrusión e hilado.


Fibra de vidrio

Es el refuerzo más utilizado actualmente en la fabricación de materiales compuestos, sobre todo en aplicaciones industriales. Esto se debe a su gran disponibilidad, sus buenas características mecánicas y su bajo coste.
La historia de la fibra de vidrio se remonta a la √©poca de los Egipcios, quienes descubrieron sus virtudes de resistencia para armar vasos y √°nforas en las tumbas de los faraones. Las fibras tejidas datan del siglo XVIll en Francia y la producci√≥n de fibra de vidrio continua se consigui√≥ en 1938 en Estados Unidos, form√°ndose la compa√Ī√≠a Owens-Corning Fiberglass. Los primeros estudios ingenieriles sobre materiales compuestos fueron realizados sobre materiales compuestos de fibra de vidrio.


Tipos de fibra de vidrio

Cuando se eleva suficientemente su temperatura, el vidrio en general puede ser fibrado. Sin embargo, para efectuar esta operación, es necesario centrarse en unas composiciones determinadas.
En la práctica, los vidrios más utilizados son aquellos a base de sílice que contiene en disolución por lo menos dos silicatos: un silicato alcalino (p.e. silicato de sodio) y uno alcalinotérreo (p.e. silicato de calcio).
El √≥xido de sodio act√ļa como fundente, facilitando el proceso al bajar la temperatura de fusi√≥n de la s√≠lice, as√≠ como su viscosidad. Por el contrario, su presencia afecta a la resistencia qu√≠mica del vidrio y por ello se introduce un alcalinot√©rreo. Los principales tipos son:

‚ÄĘ Vidrio E (El√©ctrico): representa casi la totalidad del vidrio textil utilizado en materiales compuestos, m√°s del 90% de los refuerzos, de uso general y tiene buenas propiedades el√©ctricas. La primera gran aplicaci√≥n industrial de fibra de vidrio E fue el aislamiento de conductores el√©ctricos sometidos a altas temperaturas
‚Äʬ†¬† Vidrio A (Alto contenido en √°lcali): es menos resistente y tiene un m√≥dulo m√°s bajo que el vidrio E. Presenta gran resistencia qu√≠mica
‚Äʬ†¬† Vidrio AR (√Ālcali resistente): es el √ļnico tipo de vidrio que puede combinarse con el hormig√≥n o cemento ya que cualquier otro ser√≠a atacado por los √°lcalis liberados en la hidrataci√≥n del hormig√≥n o cemento
‚Äʬ†¬† Vidrio C (Qu√≠mico): se sit√ļa entre el vidrio A y el E y se utiliza en las capas superficiales de estructuras anticorrosi√≥n, tiene una alta resistencia qu√≠mica
‚ÄĘ Vidrio R √≥ S (Resistencia): empleado en estructuras de elevadas caracter√≠sticas mec√°nicas (aeron√°utica sobre todo), tiene una resistencia a la tracci√≥n y un m√≥dulo de elasticidad muy superiores a los otros tipos de vidrio. Naci√≥ por la demanda de los sectores punta (aviaci√≥n, espacio, armamento) y responde a sus exigencias en el campo de los materiales resistentes a fatiga, temperatura y humedad.
‚Äʬ†¬† Vidrio D (Diel√©ctrico): con sus altas propiedades diel√©ctricas se utiliza sobre todo en la construcci√≥n de materiales electr√≥nicos de telecomunicaci√≥n, fabricaci√≥n de radares y ventanas electromagn√©ticas. Estos materiales presentan muy d√©biles p√©rdidas el√©ctricas y de aqu√≠ su empleo como material permeable a las ondas electromagn√©ticas
‚Äʬ†¬† Vidrio B (Boro): de excelentes propiedades el√©ctricas y gran durabilidad. Es borosilicato de calcio de bajo contenido en √°lcali
‚Äʬ†¬† Vidrio ERC (El√©ctrico y Resistente qu√≠mico): con propiedades el√©ctricas combinadas con resistencia qu√≠mica
‚Äʬ†¬† Vidrio X: con base de Li20 por su transparencia a Rayos X.
Las presentaciones m√°s usuales de las preformas de fibra son las siguientes:

Mat de hilos cortados

Son fieltros de hilos cortados a una longitud determinada y aglomerados entre sí mediante un ligante químico. Existen diversos tipos de mats, que se diferencian por las características del hilo de base (tipo de vidrio, diámetro de referencia, título y ensimaje) y por las del ligante (emulsión o polvo).

Mat de hilos continuos

Consiste en un tapiz similar al del mat de hilos cortados descrito anteriormente, siendo en este caso hilos continuos que se asocian entre sí a la salida de un conjunto de hileras.

Mat de superficie

También llamados velos, son fieltros de hilos cortados, ligados fuertemente y calandrados. Los gramajes oscilan entre 25 y 80 gr/m2 y las presentaciones son similares al resto de tipos de mat. Las características determinantes para la elección de un tipo de mat de superficie son las siguientes: deformabilidad, solubilidad, envejecimiento, degradación química.

Roving

Son ensamblados sin torsión de filamentos (roving directo) o hilos de vidrio (roving ensamblado) que han recibido un en si maje plástico compatible con las resinas de estratificación. Existe una gama de tipos de roving que se adaptan a cada una de las técnicas de transformación. Las características que los distinguen son fundamentalmente las de los hilos de base: naturaleza del vidrio, diámetro, hilo de base.

Tejido

Nos limitaremos a la descripci√≥n de los tejidos ¬ępl√°sticos¬Ľ, es decir, a aquellos constituidos por mechas de roving directo de igual o diferente t√≠tulo en trama y urdimbre, tratados con ensimaje pl√°stico.
En el caso de estos tejidos, normalmente destinados al refuerzo de matrices termoestables, las armaduras más corrientes son: telas o tafetones, satén, sorge, unidireccionales, bidireccional deformable.

Hilos cortados

Son hilos de base cortados generalmente en longitudes de 3 a 12 mm. Estos productos tienen m√ļltiples aplicaciones, desde el refuerzo de escayolas, cemento o papel hasta su utilizaci√≥n en los procedimientos de moldeo de piezas de grandes series a base de resinas termopl√°sricas y/o termoendurecibles (preimpregnados). Seg√ļn la utilizaci√≥n de los hilos cortados, sus caracter√≠sticas son diferentes: integridad, longitud de corte, tipo de ensimaje, densidad aparente.

Fibras molidas

Mediante una operación de triturado, las fibras son reducidas a longitudes entre 0.1 y 0.02 mm, manteniéndose su diámetro entre 10 y 17 mieras. Estas fibras se utilizar principalmente para el refuerzo de resinas termoplásricas y de poliuretanos (proceso RR1M) y en la mayoría de los casos van desprovistas de ensimaje.

Hilos Texturizados

Mediante una operación mecánica se aumenta el volumen de la mecha, obteniendo un producto de fibra de vidrio con cualidades óptimas para la realización de tejidos decorativos.

Roving rizado (Spun roving)

Sus rizos constituyen un refuerzo perpendicular a la dirección principal dada al roving. Hsta particularidad está hecha a propósito, para mejorar la resistencia transversal de los composites unidireccionales (moldeados por pultrusión). La utilización del spun roving para la realización de tejidos permite aumentar la resistencia a los cortes interlaminarcs.


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Tabla 3. Clasificación de diversas matriceses utilizadas en materiales compuestos.


Complejos mat-tejtdo
Se trata de una presentación destinada a responder a las exigencias de algunas aplicaciones particulares, y consisten en asociaciones de mats (de superficie, de hilos cortados o continuos) con tejidos mediante un ligado químico (ligante) o por ligado mecánico (el caso más frecuente, a base de cosido).

Matrices

1 En este apartado se van a estudiar las matrices orgánicas, las matrices orgánicas, en general, son compuestos orgánicos de elevado peso molecular, producto de reacciones de polimerización por adición o condensación de diferentes compuestos de base.


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Figura 4 . Preparación de resina

Si bien en muchas ocasiones los t√©rminos ¬ępol√≠meros¬Ľ, ¬ęmacromol√©culas¬Ľ, y ¬ępl√°sticos¬Ľ se han utilizado como sin√≥nimos se suele aducir a una diferencia en cuanto a su definici√≥n. As√≠ una macromol√©cula ser√≠a un compuesto qu√≠mico formado por n unidades estructurales repetidas (|n-meros), las cuales ser√≠an los mon√≥meros que las dieran lugar. El t√©rmino pol√≠mero se referir√° a una macromol√©cula sint√©tica, y finalmente, un pl√°stico ser√≠a un pol√≠mero adicionado y acondicionado para su uso en la industria.
Dentro del primer grupo podr√≠amos incluir las lanas, prote√≠nas, celulosas, etc. En el segundo grupo estar√≠an los pl√°sticos com√ļnmente conocidos pero tal y como salen de los reactores de polimerizaci√≥n y, por √ļltimo, el tercer grupo comprender√≠a los mismos compuestos que el segundo pero con las correspondientes adiciones de antioxidantes, estabilizadores a la radiaci√≥n ultravioleta, inhibidores, acelerantes, fluidificantes, plastificantes, etc.
La longitud de una cadena polim√©rica viene dada por el n√ļmero de unidades monom√©ricas repetitivas que hay en ella y por tanto tendremos que hablar de diferentes pesos moleculares en un mismo tipo de pl√°stico. Pero el problema se complica m√°s cuando por el proceso de fabricaci√≥n, ciertas cadenas crecen m√°s que otras, es decir, tenemos en un mismo reactor un pl√°stico con cadenas de pesos moleculares variados, por lo que nos vemos obligados a hablar de distribuci√≥n de pesos moleculares promedio, los cuales a la hora de procesar el material van a tener una gran relevancia.
En la Tabla 3 vamos a referirnos a las principales matrices utilizadas para la formación de los materiales compuestos.
Las macromoléculas pueden estar unidas entre sí mediante fuerzas de diversa intensidad. Así, cuando sean de baja intensidad, podremos superarlas con un simple calentamiento dando lugar al plástico fundido. Los polímeros con estas características son los llamados Termoplásticos los cuales se funden o plastifican con luí suministro de calor, es decir, con un incremento de temperatura.
Cuando las fuerzas de unión de estos filamentos entre sí son tan intensas que llegan a igualar a las de construcción de ellos mismos, se romperán antes de separarse, lo que implica que al incrementar la temperatura no podrán cambiar de estado sólido a liquido, denominando a estos polímeros Termoendurecibies o Termoestables.
El tipo de resina m√°s importante utilizado en materiales compuestos son las resinas l√≠quidas termoestables, algunas veces llamadas qu√≠mico estables. Existen diferentes versiones qu√≠micas, √©stas a su vez pueden ser clasificadas en un segundo estado seg√ļn la conveniencia, sobre todo con las resmas avanzadas. Tambi√©n se tienen en cuenta las resinas termopl√°sticas, √©stas, por definici√≥n, son s√≥lidas a temperatura ambiente y se debe aumentar su temperatura hasta el estado l√≠quido cuando se van a utilizar en cualquier proceso. Aparte del cambio de estado de s√≥lido a l√≠quido y viceversa, no sufren cambio qu√≠mico y el ciclo de fundici√≥n-solidificaci√≥n se puede repetir indefinidamente. Por contra, las resinas qu√≠mico-estables o termoestables, son l√≠quidas a temperatura ambiente y deben curarse para alcanzar el estado l√≠quido. Esto se puede llevar a cabo por medios qu√≠micos a temperatura ambiente, mediante calentamiento a elevada temperatura, o mediante diferentes tipos de radiaci√≥n como las radiaciones ultravioletas, haz de electrones, rayos gamma y microondas. Una vez curada, las termoestables contienen una red molecular de enlaces altamente cruzados. Estas, no pueden volverse a fundir sin sufrir una seria degradaci√≥n, adem√°s generalmente, son insolubles. Sin embargo, pueden ser atacadas por solventes y algunos agentes qu√≠micos {incluso el agua), especialmente a alta temperatura, que les puede provocar un ablandamiento, ensanchamiento y reducci√≥n de la temperatura de transici√≥n vitrea (Tg).
Algunas resinas termoestables, especialmente aquellas con las mejores prestaciones a elevadas temperaturas, son s√≥lidas o virtualmente s√≥lidas a temperatura ambiente en sit estado antes del curado. Estas resinas deben ser primero convertidas a l√≠quido mediante calentamiento o mediante el uso de alg√ļn solvente de manera que pueda ser impregnada y se pueda consolidar el refuerzo (fibras) para posteriormente se cure por calentamiento a una temperatura m√°s elevada. Uno de los factores cr√≠ticos en las prestaciones de todas las matrices resinosas es la m√°xima temperatura a la que pueden ser utilizadas en condiciones de servicio. Este valor normalmente viene caracterizado por la temperatura de transici√≥n vitrea (Tg) o por la temperatura de distorsi√≥n (HDT), valores que vienen detallados en la normativa.
Las resinas termopl√°sticas pueden ser amorfas o parcialmente cristalinas. Las √ļltimas suelen tener una HDT superior y mayor resistencia a los solventes. Las resinas termoestables son siempre amorfas pero difieren bastante en su Tg y en la resistencia al ataque de solventes. Los pol√≠meros termoestables se fabrican normalmente a partir de precursores l√≠quidos o semis√≥lidos que endurecen irreversiblemente; esta reacci√≥n qu√≠mica es conocida como policondensaci√≥n, polimerizaci√≥n o curado y al final del proceso, la resina l√≠quida se convierte en un s√≥lido duro con eslabones qu√≠micos en cruz, lo que produce una red tridimensional tirante de cadenas de pol√≠mero. Las unidades moleculares que forman la red y la longitud y densidad de los eslabones en cruz de la estructura influir√°n en las propiedades mec√°nicas del material; la red y la longitud de las unidades est√°n en funci√≥n de los productos qu√≠micos utilizados y los eslabones en cruz est√° en funci√≥n de la temperatura de curado.
A diferencia de los termoplásticos, esta reacción es irreversible y el polímero no puede ser recadado.
El polímero no funde, pero si la temperatura se incrementa lo suficiente, el polímero termoestable comienza a descomponerse y a degradarse.
El proceso de polimerización para termoestables tiene generalmente lugar en dos etapas, la primera en la planta química, donde las moléculas se polimerizan parcialmente formando cadenas lineales, y la segunda en la planta de producción de piezas, donde el entre-cruzamiento se completa bajo el calor y la presión de moldeó.
El curado es importante para alcanzar las propiedades óptimas del polímero. Muchos termoestables pueden polimerizar a temperatura ambiente pero el material suele ser expuesto a una temperatura relativamente alta en un curado final destinado a minimizar cualquier curado posterior y cambios de propiedades durante la vida en servicio.
Las tensiones de contracci√≥n durante el proceso de polimerizaci√≥n, que es una reacci√≥n exot√©rmica, y las tensiones t√©rmicas provocadas por las diferencias entre el coeficiente t√©rmico de expansi√≥n de la matriz y la fibra pueden afectar a las microtensiones propias de los materiales compuestos; estas tensiones se a√Īaden a las desarrolladas por la carga externa. Las tensiones producidas por la contracci√≥n del pol√≠mero pueden ser suficientes para producir microfisuras incluso en ausencia de carga externa.
Podemos realizar una clasificación de las matrices termoestables en función de la temperatura de utilización [Tabla 4].

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Tabla. 4. Clasificación de las resinas termoestables en función de la temperatura de utilización


Comportamiento
Efectos ambientales

Introducción
Los efectos ambientales generan en los materiales compuestos unas repercusiones, que en general son menores que en los materiales metálicos. Estos están sometidos a procesos de deterioro rápidos debido al fenómeno de la corrosión, mediante el cual el oxigeno del aire descompone al material a través de una oxidación. Sin embargo los materiales compuestos son susceptibles de registrar alteraciones en su comportamiento en las siguientes situaciones:

‚Äʬ†¬† Exposici√≥n al aire h√ļmedo o a un l√≠quido
‚Äʬ†¬† Degradaci√≥n debida a las radiaciones ultravioletas del sol
‚Äʬ†¬† Ataques qu√≠micos
‚Äʬ†¬† Envejecimiento

Cuando una matriz org√°nica de un material compuesto es expuesta al aire h√ļmedo o a un l√≠quido, tanto el contenido de humedad como la temperatura del material pueden cambiar con el tiempo. Estos cambios a su vez, afectan a las propiedades t√©rmicas y mec√°nicas, implicando una disminuci√≥n en las prestaciones. Por lo tanto, con objeto de utilizar de forma eficiente el potencial de los materiales compuestos debe conocerse su respuesta ante una exposici√≥n ambiental.


Propiedades térmicas

Las propiedades t√©rmicas de los materiales compuestos son importantes cuando √©stos tienen un car√°cter estructural. I os pol√≠meros no reforzados tienen un coeficiente de expansi√≥n muy alto que ocasiona problemas de dise√Īo al usarse junto con materiales convencionales.
El coeficiente de expansi√≥n t√©rmica de un material compuestos unidireccional carbono/epoxi es pr√≥ximo a cero, pudiendo dise√Īarse materiales compuestos de valores positivos o negativos. Para un material compuesto unidireccional vidrio/poli√©ster, el coeficiente de expansi√≥n t√©rmica es del mismo orden que et del acero o del hormig√≥n y aproximadamente la mitad que el del aluminio.
La conductividad térmica de los polímeros es baja  por tanto, los polímeros reforzados con fibras de espesor suficiente son buenos aislantes y cuando se usan con fibra de vidrio, lana o polímeros con espuma, la construcción con materiales compuestos tiene un valor extremadamente bajo. Cuando se usan polímeros como superficies de una construcción sandwich aislante, el compuesto resultante posee una baja conductividad térmica.
Los materiales compuestos de fibra de vidrio o de aramida presentan valores de conductividad térmica muy inferiores a los de los metales. Por contra, la fibra de carbono de precursor brea presenta un coeficiente muy superior, así como la resina de poliamida.
El l√≠mite de temperatura al cual las resinas comienzan a perder su rigidez, es conocido como temperatura de distorsi√≥n (HDT). Si la resina est√° reforzada el valor sube alrededor de 20¬įC La temperatura de distorsi√≥n representa un factor l√≠mite en el dise√Īo dada la tendencia al agrietamiento del material bajo carga cuando se aproxima a esta temperatura.


Propiedades de resistencia química

Las matrices con mejores propiedades químicas son la resina de epoxi y la resina viniléster. En la  Tabla 4 se citan las máximas temperaturas de operación para varios sistemas.
Generalmente, bajo condiciones ambientales normales, el ataque √°cido y alcalino sobre el material compuesto no es preocupante. El requisito principal es que las resinas deben ser curadas de manera apropiada.
La selecci√≥n del material compuesto para aplicaciones qu√≠micas se ha apoyado tradicionalmente en los resultados de exponer laminados no sometidos a tensi√≥n a condiciones ambientales por per√≠odos superiores a un a√Īo. Estos ensayos satisfacen los requerimientos EN o ASTM, o en el caso de condiciones ambientales severas como √°cido sulf√ļrico e hidrocl√≥rico, han sido objeto de an√°lisis detallados para determinar los efectos de la temperatura, la concentraci√≥n y permeabilidad. La conveniencia del material viene dada por sus propiedades mec√°nicas residuales (dureza, resistencia a flexi√≥n y rigidez) y por la observaci√≥n visual de cualquier ampolla o delaminaci√≥n.
Las variables a tener en cuenta en los ensayos de materiales compuestos bajo condiciones ambientales son:

‚Äʬ†¬† tipo de resina
‚Äʬ†¬† tipo de fibra
‚Äʬ†¬† espesor del gel-coat y refuerzo
‚Äʬ†¬† sistema catalizador y programa de curado
‚Äʬ†¬† proporci√≥n fibra/matriz
‚Äʬ†¬† aditivos (rellenos, ceras retardantes al fuego, etc.)
‚Äʬ†¬† efectos de inhibici√≥n del aire
‚Äʬ†¬† tipos de exposici√≥n
‚Äʬ†¬† espesor del material compuesto

Los tipos de resina más usados y que proporcionan distintos grados de resistencia química son:

‚Äʬ†¬† ortoft√°lica - baja resistencia qu√≠mica
‚Äʬ†¬† isoft√°lica, tereft√°lica - resistencia qu√≠mica media
‚Äʬ†¬† bifenol, √°cido caliente, vinil√©ster, fur√°nica y epoxi -alta resistencia qu√≠mica


Efectos de agentes químicos sobre los materiales compuestos

El agua se absorbe muy lentamente por parte de los materiales compuestos y alcanza el equilibrio despu√©s de un a√Īo. A temperatura ambiente, se incrementa el porcentaje en peso debido a que la absorci√≥n del agua es del 0,3%, mientras que a 80 ¬įC el porcentaje equivalente es 1.0. Hay una reducci√≥n en resistencia conforme el agua penetra dentro del pol√≠mero y despu√©s de un a√Īo los laminados de poli√©ster bisfenol tendr√°n una valor de retenci√≥n de resistencia de s√≥lo un 60%. Los laminados de poli√©ster isoft√°lica sufren una gran disminuci√≥n de resistencia conforme el agua se absorbe y despu√©s de nueve meses el valor de retenci√≥n de resistencia es s√≥lo del 20%. Los laminados de poli√©ster ortoft√°lico tienen una retenci√≥n de resistencia muy pobre, de s√≥lo un 20% despu√©s de un mes.
Si existe una afinidad qu√≠mica fuerte entre la matriz y los agentes qu√≠micos, las mol√©culas peque√Īas (solventes) pueden esparcirse por la totalidad del pol√≠mero y afectar a las propiedades mec√°nicas. Generalmente, la absorci√≥n f√≠sica causa:

‚ÄĘ p√©rdida de resistencia y rigidez
‚ÄĘ incremenro en dureza y grado de deformaci√≥n del pol√≠mero.

De este modo, las moléculas invasoras destruyen algunas de las uniones químicas en la matriz y las propiedades mecánicas se degradan.
Si el ataque químico es ácido, como en el caso de las tuberías de elementos químicos de desecho, es posible incorporar un revestimiento termoplástico; estos han sido incorporados con éxito en numerosas aplicaciones con los siguientes materiales como revestimiento:

  • pvc
  • ¬†¬† Polipropileno
  • ¬†¬† PVDF(teft√≥n)
  • ¬†¬† PTFE.pl√°sticos fluoradosl
  • ¬†¬† Polietileno
Sin embargo, el uso del sistema de aislamiento es limitado en ambientes orgánicos debido a la difusión de agentes orgánicos en el revestimiento y el consiguiente ataque en el laminado reforzante.


Condiciones clim√°ticas

Los polímeros que están expuestos a condiciones climáticas naturales sufrirán un deterioro que dependerá de factores como:

‚Äʬ†¬† Tipo de resina usada para el gel-coat y para la laminaci√≥n del material compuesto
‚ÄĘ Orientaci√≥n del material compuesto respecto a los rayos del sol
‚Äʬ†¬† Componente ultravioleta de la luz solar sobre el material compuesto
‚Äʬ†¬† Acci√≥n del tiempo atmosf√©rico sobre el material compuesto en diferentes climas y situaciones
‚Äʬ†¬† Proporci√≥n de "impurezas" en el pol√≠mero (p.e. aditivos retardantes del fuego, etc.)
‚Äʬ†¬† Las precauciones en el nivel de control de calidad requerido para asegurar un ambiente de producci√≥n conveniente, un proceso de fabricaci√≥n correcto y un curado adecuado de la resina.


Insonorización

En todos los edificios se debe reducir al m√≠nimo la transmisi√≥n del sonido. La forma id√≥nea de conseguir esto es incorporar a la construcci√≥n materiales voluminosos pesados. Como ocurre con muchos otros materiales, normalmente no se utilizan grandes vol√ļmenes de pol√≠meros reforzados y en consecuencia la reducci√≥n de sonido es dif√≠cil de conseguir.
El grado de insonorizaci√≥n requerida puede lograrse utilizando un dise√Īo de material compuesto. En una construcci√≥n sandwich esto puede conseguirse mediante un n√ļcleo relleno de espuma o usando una l√°mina de yeso como material de revestimiento en el que el sonido sea reflejado o absorbido.
El poliestireno expandido se usa en ocasiones en la fabricaci√≥n de tejas pero no absorbe el sonido debido a su porosidad como hacen la mayor√≠a de tejas ac√ļsticas. Pueden, no obstante, dar una medida de absorci√≥n cuando se montan en listones dejando una bolsa de aire entre las tejas y la superficie de soporte.


Propiedad de transmisión de la luz

 
La transmisi√≥n de la luz en un material compuesto transl√ļcido expuesto a la atm√≥sfera un n√ļmero de anos depende del tipo de resina usada y del contenido de resina. Scott Bader ha observado una reducci√≥n del 14% en cinco a√Īos de transmisi√≥n de la luz en la resina Crystic 191 E reforzada con mat de vidrio con un ratio fibra/matriz de 70% en peso y con un gel-coat conteniendo un fino tejido de superficie.
El mismo material compuesto sin gel-coat tiene una reducción del 30% y la resina con mat de vidrio con un ratio fibra/matriz de 65% en peso, tiene un reducción de aproximadamente 70%; estos ejemplos están tomados sobre un período de tiempo igual.


Resistencia a la abrasión

Depende de la dureza y resistencia del material compuesto. Las resinas de poliéster y epoxi son polímeros duros y asociadas con la fibra de vidrio tiene un efecto sobre las propiedades físicas del material compuesto. Sin embargo, para obtener una mejora en la resistencia a la abrasión de los materiales compuestos, es esencial utilizar un gel-coat con tejidos finos de superficie.


Distribuciones de temperatura y humedad

Cuando  un   material  compuesto es expuesto  a   un ambiente en el cual la temperatura y el nivel de humedad varían con el tiempo de una manera concreta, es preciso calcular los siguientes parámetros:

‚Äʬ†¬† Temperatura dentro del material como una funci√≥n de la posici√≥n y del tiempo.
‚Äʬ†¬† Concentraci√≥n de humedad dentro del material como una funci√≥n de la posici√≥n y del tiempo.
‚Äʬ†¬† Cantidad total (masa) de humedad dentro del material como una funci√≥n del tiempo.
- Tensiones ("bigrotérmicas") inducidas por la humedad y temperatura dentro del material como una función del tiempo.
‚Äʬ†¬† Cambios dimensionales del material como una funci√≥n del tiempo, y
‚Äʬ†¬† Cambios en las "propiedades" del material como una funci√≥n del tiempo.

Aqu√≠ la palabra "propiedades" se usa en un amplio sentido para caracterizar cualquier propiedad de inter√©s, mec√°nica, qu√≠mica, t√©rmica o el√©ctrica, tales como resistencia, m√≥dulo el√°stico, vida a fatiga, temperatura de transici√≥n vitrea, y conductividades t√©rmica y el√©ctrica. Las distribuciones de temperatura y humedad dentro de un material compuesto pueden ser calculadas √ļnicamente cuando la humedad penetra en el material por difusi√≥n "Rekian". Tal difusi√≥n se supone que tiene lugar cuando se cumplen las siguientes condiciones:

  • ¬†¬† La transferencia de calor a trav√©s del material es √ļnicamente por conducci√≥n y puede ser descrita por la ley de Fourier.
  • ¬†¬† La difusi√≥n de humedad puede ser descrita por una concentraci√≥n dependiente de la forma de la ley de Kick.
  • ¬†¬† La temperatura dentro del material se aproxima al equilibrio mucho m√°s r√°pidamente que la concentraci√≥n de humedad y por Io tanto las ecuaciones de energ√≠a (Fourier) y de transferencia de masa (Hick) est√°n desacopladas.
  • la ¬†conductividad t√©rmica y la difusividad m√°sica dependen √ļnicamente de la temperatura y son independientes de las concentraciones de humedad o de los niveles de tensi√≥n dentro del material.


Temperatura de transición vitrea

La difusión de rickian se da con más probabilidad en polímeros elastómeros que en vitreos. La transición de un estado vitreo a un elastóniero se lleva a cabo a la temperatura de transición vitrea. Por lo tanto la temperatura de transición vitrea Tg es un parámetro importante en los procesos de transferencia de humedad.
La humedad absorbida puede cambiar (generalmente hace decrecer) la temperatura de transición vitrea, afectando de este modo las características de difusión del material. La teoría de BuecheKelley obtiene la estimación siguiente de Tg:
donde bm, bf, y vf son los coeficientes de expansión de humedad y el tanto por uno en volumen de fibra.


Ciclos ambientales

Las características de absorción de humedad así como las propiedades de los materiales compuestos pueden cambiar cuando el material se expone a cambios lentos ambientales durante largos períodos de tiempo o cuando está expuesto a rápidos cambios ambientales durante cortos períodos de tiempo. Se ha observado que generalmente los ciclos ambientales tienden a aumentar la relación de humedad absorbida y disminuir las propiedades mecánicas. Sin embargo, las relaciones entre los ciclos y el comportamiento mecánico no se entienden claramente todavía. De hecho, algunos de los resultados son contradictorios. Se han observado cambios significativos en algunos materiales expuestos a ciclos ambientales mientras que se han observado cambios muy reducidos en otros materiales bajo condiciones presumiblemente similares.
Comportamiento frente a fuego los efectos del fuego en los materiales compuestos se pueden dividir en cuatro aspectos principales:

‚Äʬ†¬† Crecimiento del fuego
‚Äʬ†¬† Toxicidad de los gases generados en la combusti√≥n
‚Äʬ†¬† Resistencia residual e integridad estructural
‚Äʬ†¬† Extinci√≥n de la llama

Muchos estudios se han centrado en resistencia residual e integridad estructural. Primero para el caso de materiales compuestos sin proteger, para ello han sido seleccionados varios artículos para mostrar el comportamiento de los materiales compuestos sin protección.
En segundo lugar, han sido estudiados diversos recubrimientos para valorar su eficiencia en términos de resistencia residual e integridad estructural. Estos recubrimientos son los siguiente

‚Äʬ†¬† tejidos ceta micos
‚Äʬ†¬† recubrimientos cer√°micos
‚Äʬ†¬† recubrimientos intumescentes a base de agua
‚Äʬ†¬† recubrimientos intumescentes a base de solvente
‚Äʬ†¬† h√≠bridos de recubrimientos intumescentes y cer√°micos
‚Äʬ† espumas de silicona
‚Äʬ† pieles fenolicas
‚Äʬ†¬† mantas endot√©rmicas
‚Äʬ†¬† mantas intumescentes
‚Äʬ†¬† mantas de vidrio

Una vez, coime ido el comportamiento de los materiales compuestos protegidos y sin proteger, son analizados los modelos numéricos utilizados para el fenómeno de transferencia de calor durante la exposición al fuego.


Efecto borde libre

E
n laminados multidireccionales que presentan aristas libres puede aparecer el efecto de borde libre, consistente en la presencia de importantes tensiones interlaminares que pueden llegar a provocar delaminación. La aparición del fenómeno de borde libre no requiere la presencia de cargas fuera del plano, sino que se produce simplemente bajo un estado de carga (tracción o compresión) uniaxial.
Consideremos el laminado multidireccional de la figura 5 sometido √ļnicamente a una carga de tracci√≥n en la direcci√≥n x. Como veremos a continuaci√≥n, si se realiza el estudio de dicho laminado seg√ļn la teor√≠a cl√°sica de placas laminadas, es decir, considerando √ļnicamente s1, s2 y s12 en cada l√°mina, se comprueba que es imposible el mantener la compatibilidad cinem√°tica entre l√°minas, ya que ser√≠a necesaria la presencia de tensiones sz y syz a lo largo de los bordes libres del laminado. A lo largo de estos bordes libres, y con una extensi√≥n aproximada en la direcci√≥n e igual al espesor del laminado, se desarrolla un estado tensional totalmente tridimensional que asegura la compatibilidad cinem√°tica entre l√°minas. Estas tensiones interlaminares en las zonas cercanas al borde libre alcanzan valores muy elevados (incluso con car√°cter singular) que pueden originar delaminaci√≥n y afectar as√≠ a la integridad del laminado.


TDD-20-CA-CS-AN-12_9

Figura 5. Situación de borde libre en laminado multidireccional


Para explicar de forma gr√°fica el fen√≥meno de borde libre, consideremos la situaci√≥n mostrada en la figura 6 en la que un laminado 10/90/90/01 es sometido a una deformaci√≥n uniaxial en x. Si en lugar de un laminado tuvi√©semos l√°minas independientes, y debido a la diferencia del m√≥dulo de Poisson nxy entre l√°minas, las l√°minas a 90" se deformar√≠an en y menos que las l√°minas a 0"; sin embargo, a trav√©s del espesor del laminado debe mantenerse la continuidad de desplazamientos y por tanto de deformaciones por lo que la deformaci√≥n reale sit√ļa entre los dos valores extremos. A consecuencia de ello, las laminas a 0¬ļ quieren aumentar su deformaci√≥n en y ¬†las l√°minas a 90¬ļreducirla, lo que genera un par en el borde libre del laminado que favorece la aparici√≥n de delaminaci√≥n en esa zona.


TDD-20-CA-CS-AN-12_10

Figura 6. Situación de borde libre en un laminado[0/90/90/01]


Comportamiento frente a fatiga

La Figura 7 muestra el comportamiento de distintos materiales compuestos por debajo del millón de ciclos. Las curvas S-N que se muestran en el gráfico están normalizadas respecto a la resistencia estática inicial del laminado, con objeto de poder establecer una comparación. De dichas curvas se deduce rápidamente el buen comportamiento de los sistemas carbono-epoxi frente a la fatiga. En el caso de laminados de fibras de carbono de alto módulo, la resistencia del material apenas desciende un 10% durante el primer millón de ciclos. Por tanto, se recomienda su uso en componentes donde la fatiga juegue un papel predominante. Ha de notarse, en cambio, que el sistema carbono-poliéster pierde más del 50% de su resistencia inicial, lo que desaconseja su liso con coeficientes de seguridad respecto a la resistencia inicial por debajo de dos. Los sistemas de matriz epoxi reforzada con fibras de boro y aramida presentan también un buen comportamiento a fatiga. En el caso del boro, la respuesta de este material compuesto iguala incluso la del carbono de alta resistencia. Las fibras de aramida parecen asegurar su supervivencia cuando trabajan con coeficientes de segundad por encima de dos.


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Figura 7. Curvas S-N normalizadas para distintos sistemas de materiales compuestos laminados


En cuanto a la fibra de vidrio, la caída en resistencia va más allá del 60%. De nuevo se observa la importancia de la matriz, ya que la resina poliéster muestra claramente un peor comportamiento que los sistemas de matriz epoxi. De cualquier modo, la supervivencia de estos sistemas en aplicaciones que han de soportar el millón de ciclos ha de asegurarse mediante coeficientes de seguridad elevados, nunca inferiores a tres.


Procesos de fabricación

En este sentido es necesario diferenciar entre procesos de molde abierto y cerrado, de modo que se obtiene la siguiente clasificación:


Procesos de molde abierto

‚Äʬ†¬† Preimpregnaci√≥n con autoclave
‚Äʬ†¬† Colocaci√≥n autom√°tica de cuitas y fibras
‚Äʬ†¬† Procesado de preimpregnados sin autoclave
‚Äʬ†¬† Enrollamiento fi amentario
‚Äʬ†¬† Moldeo por contacto a mano
‚Äʬ†¬† Moldeo por inyecci√≥n simultanea
‚Äʬ†¬† Centrifugaci√≥n


Procesos de molde cerrado

‚Äʬ†¬† Poltrusi√≥n
‚Äʬ†¬† Prensa
‚Äʬ†¬† Sistemas de moldeo de compounds
‚Äʬ†¬† Moldeo por inyecci√≥n de termoestables -¬† RIM y RR1M
‚Äʬ†¬† SR1M
‚Äʬ†¬† RTM
‚Äʬ†¬† Moldeo por inyecci√≥n de termopl√°sticos reforzados
‚Äʬ†¬† Moldeo por estampaci√≥n de termopl√°sticos reforzados
Aplicaciones
Aeron√°utica


TDD-20-CA-CS-AN-3_12

Figura.8. Airbus 34, 4000 Kg de materiales compuestos de utilizan actualmente en la fabricacion del A340 ( 13% del peso total del avi√≥n). Una de las novedades que presenta este modelo es un dep√≥sito de combustible integrado en¬† los estabilizadores horizontales que permite nivelar su carga para optimizar la eficiencia en vuelo. El conjunto est√° fabricado en fibra de carbono/epoxi mediante colocaci√≥n autom√°tica. La utilizacion de materiales compuestos en aerona√ļtica se justifica por la necesidad del ahorro de peso.


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Figura 9. Airbus A300-600 ST Supertransporter. Posee una capacidad de carga de 45000 Kg. Una de las novedades que presenta este modelo es el suelo encargado de soportar la carga,  fabricado mediante una estructura sandwich de nucleo de nido de abeja de aramida y pieles de  fibra de vidro-poliimida.


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Figura. 10 Bombardero 82. El requerimiento de invisibilidad al radar y sus altas prestaciones mecánicas hacen necesaria en este modelo la utilización de un volumen de materiales compuestos sin precedentes en la aviación militar.


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Figura. 11. Transboradador espacial X-34. Su estructura está fabricada integramente en materiales compuestos, debido a los  requerimientos de bajo coeficiente de expansoón térmica, elavadas a rigidez y restencia especificas y reducción de peso.


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Figura. 12. Nave X-38 de la NASA. Destinada al retorno de la tripulaci√≥n de las estaciones espaciales a la Tierra. Su estructura¬† secundaria exterior est√° fabricada mediante paneles sandwich con n√ļcleo de espuma fen√≥lica sint√°ctica y pieles de fibra de carbono-cianato√©ster preimpregnado.


Automóvil


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Figura. 13. Suelo de la quinta generaci√≥n del Chvrolet Corvette, fabricado con fibra de vidrio y estructuras sandwich de n√ļcleo de madera de balsa. Los materiales compuestos se utilizan en la automoci√≥n por su capacidad de generar series largas ( SMC, BMC, RIM) , bajo coste, mayor ligereza y mejor amortiguaci√≥n de ruidos y vibraciones.


Transporte terrestre


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Figura. 14 Advanced Technology Transit Bus. Estructura fabricada mediante RTM asistido por vacio en vidrio-viniléster. 250 piezas metálicas han sido sustituidas por cuatro de materiales compuestos. El ahorro de peso y la resistencia a la corrosión son los principales argumentos en el transporte terrestre


Marina


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Figura. 15. Casco de cazaminas. Esta realizado mediante un laminado sólido de flbra de vidrio/poliéster  debido al caràcter amagnético de este material asi como su alta resistencia al choque de las explosiones submarinas.


Energia


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Figura. 16. Turbinas de t√ļnel de viento de National Full-Scale Aerodynamics Complex en Ames Research Canter (NASA). Cada turbina desarrolla una potencia de 22500 caballos de vapor y gira a una velocidad de 180 rpm. Estas turbinas fueron reparadas mediante
preimpregnados de tejido de carbono y matriz epoxi, aplic√°ndose bolsa de vacio y curado en autoclave.


Construcción e lngenieria Civil



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Figura. 17 Fachada del Hospltal de Catalu√Īa (Barcelona). Esta realizada
integramente en elementos modulares de bajo coste y alta resistencia al
medio ambiente en fibra de vidrio/poliéster teniendo una superficie total
de 20000 m2



Deporte



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Figura.18. Bicicleta de BMX. La utilizaci√≥n de materiales compuestos (RTM) conlleva la disminuci√≥n del n√ļmero de componentes notablemeente
, lo que permite incluso la fabricación de la estructura principal en una sola pieza, con el consiguiente ahorro económico y de peso.








Sobre el autor



ANTONIO MIRAVETE


Grupo de Materiales Compuestos Departamento de Ingeniería Mecánica Universidad de Zaragoza



LUIS CASTEJ√ďN


Grupo de Materiales Compuestos Departamento de Ingeniería Mecánica Universidad de Zaragoza






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