Estructura y Propiedades Fundamentales de Polímeros, Cerámicos y Compuestos
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Polímeros
Polímero Semicristalino
Cuando este tipo de polímero se solidifica y se enfría, presenta una repentina disminución del volumen específico.
Comportamiento Viscoelástico
Un polímero amorfo puede comportarse como un vidrio a baja temperatura, a temperaturas intermedias tener un comportamiento casi gomoso y, por encima de ciertas temperaturas, como un líquido viscoso. Esto se conoce como viscoelasticidad.
Relajación de Esfuerzos
La causa de la relajación de esfuerzos es que se provoca el flujo viscoso en la estructura interna del material, porque las cadenas poliméricas se deslizan debido al rompimiento y reformación de los enlaces secundarios entre las cadenas.
Materiales Cerámicos
Son materiales inorgánicos, compuestos por elementos metálicos y no metálicos enlazados entre sí.
- Presentan enlaces químicos o soluciones complejas.
- Predominan los enlaces iónicos y covalentes.
- Son duros y frágiles; tienen dislocaciones, pero estas no se desplazan fácilmente.
Propiedades Mecánicas Comunes
- Soportan alta temperatura sin fundirse (Material Refractario).
- Temperaturas de fusión muy elevadas.
- Conductividad térmica y eléctrica baja.
- Alta estabilidad química.
- Elevada resistencia mecánica ante esfuerzos de compresión, pero baja resistencia mecánica ante tensión.
Presencia de Defectos
- Presentan una distribución considerable de defectos debidos a sus formas de fabricación y naturaleza intrínseca.
- Presentan gran cantidad de grietas en varios tamaños.
Fuerzas de Ruptura
- Las fuerzas de ruptura de una determinada geometría de material cerámico dependerán de manera importante de los defectos que la muestra presente.
- La distribución de defectos de muestra a muestra presenta una considerable variedad.
Materiales Compuestos
Son materiales hechos "a medida", materiales multifásicos que presentan propiedades combinadas de las fases que los componen (fabricados artificialmente).
Ejemplos:
- Acero: Ferrita + Perlita (aunque técnicamente es una aleación con microconstituyentes, a veces se considera en este contexto).
- Madera: Celulosa + Lignina.
- Hueso: Proteína de colágeno + Apatita.
Componentes
- Matriz: Tiene carácter continuo y es la responsable de las propiedades físicas y químicas generales. Transmite los esfuerzos al agente reforzante.
- Refuerzo o Fase Dispersa: Es una fase de carácter discreto y su geometría es fundamental a la hora de definir las propiedades mecánicas del material.
Clasificación
Por el Tipo de Refuerzo:
- Reforzado con partículas
- Reforzado con fibras
- Estructurales (ej. laminados, sándwich)
Por el Tipo de Matriz:
- MMC (Metal Matrix Composites - Compuestos de Matriz Metálica)
- CMC (Ceramic Matrix Composites - Compuestos de Matriz Cerámica)
- PMC (Polymer Matrix Composites - Compuestos de Matriz Polimérica)
Compuestos Reforzados con Fibras (FRC)
Características:
- Fase dispersa en forma de fibra (elevada relación longitud/diámetro).
- Alta resistencia y alta rigidez específica.
Clasificación de las Fibras:
- Continuas
- Discontinuas (cortas)
Tipos de Fibras Comunes:
- Whiskers (Filamentos): Monocristales muy delgados, generalmente caros (ej. grafito, SiC).
- Fibras (Hilos): Policristalinos o amorfos; pueden ser polímeros o cerámicos (ej. aramidas, vidrio, carbono).
- Alambres: Materiales de diámetros relativamente grandes (ej. acero, tungsteno).
Función de la Fase Matriz en FRC
- Mantiene las fibras unidas y transfiere la carga a las fibras (soporta una pequeña parte de la carga).
- Protege las fibras del daño por abrasión mecánica o de las reacciones químicas con el medio.
- Separa las fibras y evita la propagación de las grietas de una fibra a otra.