Materiales compuestos: tipos, refuerzo con fibras y aplicaciones
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Resumen
El documento explica qué son los materiales compuestos, qué combinaciones de matriz y refuerzo existen y por qué se refuerzan los materiales para mejorar sus propiedades mecánicas y térmicas. Describe los tipos de refuerzo por dispersión, por precipitación y por fibra, así como la clasificación de las fibras y los procesos de fabricación con matriz polimérica. También incluye ejemplos de materiales laminados, aplicaciones de los bimetales y los compuestos aglomerados.
Puntos clave
- Un material compuesto combina una matriz (material aglutinante) con un material reforzador que aporta las propiedades de refuerzo.
- El refuerzo busca aumentar propiedades físicas, sobre todo mecánicas y térmicas.
- Para ser efectivo, el módulo de elasticidad del compuesto debe ser superior al de la matriz.
- En el refuerzo por precipitación, las partículas son aproximadamente 10 veces mayores que en la dispersión propiamente dicha.
- Las fibras se clasifican en no metálicas, metálicas y whiskers o triquitas, y pueden ser continuas o discontinuas.
- Los bimetales funcionan como interruptores y termostatos, porque la diferencia de dilatación de sus metales provoca una deflexión al calentarse.
Explorando los Materiales Compuestos: Fundamentos y Aplicaciones
Tipos de Compuestos Combinables
Los materiales compuestos pueden formarse a partir de diversas combinaciones:
- Metal-metal
- Metal-cerámico
- Metal-polímero
- Cerámico-polímero
- Cerámico-cerámico
- Polímero-polímero
Objetivos de los Materiales Reforzados
Con los materiales reforzados se pretende conseguir un aumento en los valores normales de algunas propiedades físicas, pero sobre todo, de aquellas inherentes a características mecánicas y térmicas.
Componentes de los Materiales Compuestos
Los compuestos constan de dos elementos principales:
- Matriz: Material aglutinante que acoge el refuerzo.
- Material Reforzador: Elemento que aporta las propiedades de refuerzo.
Criterios de Efectividad para Materiales Reforzados
Para que un material reforzado sea efectivo, el módulo de elasticidad del compuesto debe ser superior al que pueda tener la matriz.
Clasificación de los Tipos de Refuerzo
Existen dos tipos principales de refuerzo:
- Refuerzo por Dispersión:
- Por dispersión propiamente dicha.
- Por precipitación de partículas.
- Refuerzo por Fibra.
Diferencia entre Refuerzo por Dispersión y por Precipitación de Partículas
La diferencia entre el refuerzo por dispersión propiamente dicha y el de dispersión por precipitación de partículas es que las partículas en el refuerzo por precipitación son de un tamaño aproximadamente 10 veces mayor.
Tipos de Fibras Utilizadas en el Refuerzo
En el refuerzo con fibra, se utilizan principalmente:
- Fibras continuas
- Fibras discontinuas
Comportamiento ante Tensiones en Compuestos Reforzados con Fibras Continuas
Al aumentar la tensión, es previsible que la fibra y la matriz no alcancen simultáneamente el límite elástico. Mientras la fibra se encuentra todavía en el período elástico, la matriz ya estará deformándose en el rango plástico.
Clasificación de Fibras según su Composición
Las fibras pueden clasificarse atendiendo a su composición en:
- Fibras no metálicas
- Fibras metálicas
- Whiskers o triquitas
Materiales Comunes para la Formación de Matrices
Los materiales más utilizados para la formación de matrices son:
- Polímeros
- Metales
- Cerámicos
Procesos de Fabricación de Materiales Compuestos con Matriz Polimérica
Cuatro procesos de fabricación comunes para materiales compuestos con matriz polimérica son:
- Entramado
- Trenzados
- Devanado
- Encofrado
Ejemplos de Materiales Laminares o Laminados
Algunos ejemplos de materiales laminares o laminados incluyen:
- Madera contrachapada
- Vidrio de seguridad
Aplicaciones de los Bimetales
Los bimetales pueden actuar como interruptores de circuito, así como termostatos. Si una corriente muy alta circula a través de la tira, el calentamiento provoca una deflexión que abre el circuito.
Características de los Metales Empleados en Bimetales
Los metales utilizados en bimetales deben poseer las siguientes características:
- Coeficientes de dilatación muy diferentes.
- Características de dilatación reversibles y repetibles.
- Un alto módulo de elasticidad, de modo que el dispositivo pueda funcionar eficazmente.
Clasificación de Materiales Compuestos Aglomerados
Los materiales compuestos aglomerados incluyen:
- Cemento
- Concreto
- Asfalto
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PDF Word HTMLPreguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre el refuerzo por dispersión y el refuerzo por precipitación de partículas?
En el refuerzo por precipitación las partículas son aproximadamente 10 veces mayores que en la dispersión propiamente dicha. Ambos son tipos de refuerzo por dispersión de partículas.
¿Qué condición debe cumplir un material reforzado para ser efectivo?
El módulo de elasticidad del compuesto debe ser superior al que pueda tener la matriz por sí sola.
¿Qué características deben tener los metales usados en bimetales?
Deben tener coeficientes de dilatación muy diferentes, dilatación reversible y repetible, y un alto módulo de elasticidad para funcionar eficazmente.
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