Materiales Compuestos: Propiedades, Clasificación y Aplicaciones Industriales

¿Qué es un material compuesto?

Un material compuesto es aquel formado por una mezcla de dos o más materiales que difieren en forma y composición química, y que son insolubles entre sí.

Ventajas principales

• Aumento de la ligereza.
• Mejora de la resistencia mecánica y química.
• Mayor rigidez y tenacidad a temperatura ambiente y elevadas.

Estructura de los materiales compuestos

Fase matriz

Es la fase continua que rodea a la otra fase y es dúctil. Su función es aumentar la tenacidad, impedir la propagación de grietas entre partículas, unir los componentes y transmitir los esfuerzos externos a la fase dispersa. Se emplean polímeros, metales (por su ductilidad) y cerámicas.

Fase dispersa

Consiste en partículas que aumentan la resistencia y la rigidez del material. Se caracteriza por su baja densidad, alta resistencia específica y elevado módulo específico.

Tipos de fibras y refuerzos

Fibra de vidrio

Combina la alta resistencia de las delgadas fibras de vidrio con la ductilidad y resistencia química del plástico. El vidrio se utiliza como material compuesto debido a que:

• Es fácilmente hilable en fibras de alta resistencia.
• Es fácilmente disponible y económico.
• Posee alta resistencia específica y evita la corrosión.

Fibras de carbono (PAN)

• Estabilización: Se estiran las fibras formando una malla paralela a un eje y se oxidan con aire a una temperatura de 200 a 220 °C mientras se mantiene la tensión.
• Carbonización: Las fibras son calentadas hasta su transformación en fibras de carbono, eliminando el O, H y N de la fibra original a una temperatura de 1000 a 1500 °C. Durante este proceso se forman hebras con estructura de grafito, aumentando la resistencia a la tracción.
• Grafitización: Se realiza si se desea aumentar la elasticidad. Se lleva a cabo a una temperatura de 1800 °C, lo que aumenta el grado de orientación de los cristales dentro de cada fibra.

Fibra de aramida

• Kevlar 29: Posee baja densidad y alta resistencia. Su utilidad principal es la protección balística, cuerdas y cables.
• Kevlar 49: Presenta baja densidad, alta resistencia y módulo. Se utiliza principalmente como refuerzo plástico.

Enlaces químicos

• Dentro de las fibras: Enlace por puentes de hidrógeno; esta fibra mantiene mayor resistencia.
• Entre las fibras: Mayor rigidez a la cadena polimérica; exhiben una estructura de modo barra.

El vidrio en la construcción

El vidrio está formado por la fusión a 2000 °C de arena, sosa y piedra caliza. Una vez preparada y fundida la materia prima, se moldea mediante laminado, soplado, prensado o estirado.

Aplicaciones y propiedades

Puede usarse como cerramiento en edificios. Sus ventajas son que es liviano y económico. Como desventajas, destaca que es un mal aislante térmico, tiene poca resistencia al impacto y es frágil.

Proceso de templado

La fragilidad puede mejorarse mediante el templado, un proceso mediante el cual las capas exteriores del vidrio quedan sometidas a compresión y las interiores a tracción, evitando que se rompa y aumentando su resistencia al choque térmico.