Materials Compòsits: Guia Completa

Materials compostos o Compòsits

Són materials formats per dos o més constituents amb diferent forma i composició química, i indisolubles entre si.

La barreja fa que el material resultant tingui millors propietats que cada un dels components per separat.

Els materials que formen part d’un compost actuen de manera diferent si són la matriu o bé si formen part de la fase de reforç o fase secundària.

Fase matriu

La fase matriu és responsable de mantenir la unitat del conjunt i de transmetre els esforços que el material pateixi cap a la fase de reforç.

Fase reforç

La segona fase, que pot estar en forma de partícules, fibres o làmines, té la funció de suportar i distribuir els esforços externs aplicats, alhora que evita la propagació d’esquerdes que puguin apareixer a la fase matriu.

Existeixen compòsits naturals com les estructures òssies del cos humà, les dents i la fusta dels arbres.

Classificació en funció de la naturalesa de la matriu

Matriu polimèrica

Són els que més s’utilitzen, atenent a la seva lleugeresa, la facilitat de conformat i la seva utilitat a la temperatura de servei.

En aquest tipus de materials, les propietats mecàniques de rigidesa i resistència venen donades per la cooperació de la matriu i les fibres. Les matrius termoplàstiques són adients per a aquelles aplicacions que no requereixen temperatures elevades. Pel contrari, si la temperatura de treball ha de ser elevada, la millor opció considera l’ús d’una matriu termoestable (resines fenòliques o epoxi).

Matriu metàl·lica

Presenten característiques molt favorables de conductivitat tèrmica i elèctrica, alhora que tenacitat i possibilitat de suportar temperatures de servei elevades.

Els aliatges més habituals en aquest grup de materials compostos són de magnesi, alumini o titani, amb reforços de grafit, bor, wolframi o alúmina, sigui en fibres o en partícules.

Matriu ceràmica (inorgànica)

Generalment presenten reforços també ceràmics (ceràmiques reforçades) i, eventualment, reforços metàl·lics; destaquen per la seva resistència a temperatures elevades.

El formigó és un material estructural compost de matriu ceràmica d’àmplia utilització per preu i resposta. A les ceràmiques reforçades amb fibres, l’objectiu de la segona fase és millorar la resistència mecànica, la rigidesa i/o la tenacitat de la matriu.

Classificació en funció de la geometria del reforç

Materials reforçats amb partícules

Es classifiquen en funció del tamany de les partícules de reforç. Les partícules són més dures que la matriu i milloren les propietats del material compost.

Materials reforçats amb fibres

Poden estar formats per fibres curtes (reforç discontinu) o llargues (reforç continu).

Els materials amb fibres llargues poden tenir les fibres col·locades unidireccionalment, bidireccionalment o bé multidireccionalment.

En el cas de reforços de fibres, l’orientació d’aquestes és molt important, ja que d’ella depèn, en gran manera, l’eficiència del conjunt, i les fibres més utilitzades són:

• Fibra de carboni
• Fibres d’aramida
• Fibra de vidre

• Fibra de carboni: els materials compostos formats per resines plàstiques com epoxi, reforçades amb fibres de carboni, es caracteritzen per la seva lleugeresa, gran resistència i consistència. Tenen un ús elevat en la indústria aeroespacial, però no a la de l’automòbil degut al seu gran cost econòmic.

• Fibra d'aramida: també anomenades Kevlar, proporcionen materials compostos de baixa densitat, elevada resistència i elevat mòdul d’elasticitat, molt adient per a automoció i aeronàutica.

• Fibra de vidre: àmpliament utilitzada com a reforç de matrius plàstiques per a elements estructurals i productes d’emmotllament. Les seves característiques més destacades són una bona relació resistència/pes, bona resistència a la temperatura, a la humitat i a la corrosió, alhora que econòmica.

També anomenats compostos tipus sandwich, consisteixen en dues làmines exteriors (pell) de material relativament dur i resistent (generalment de naturalesa polimèrica o metàl·lica), separades per un nucli més lleuger, sigui per la densitat del material o per l’estructura (foam, escumes, bresca -panal-). Aquests materials s’utilitzen amb freqüència a la construcció i a la indústria aeronàutica.