Propiedades y Aplicaciones de Fibras de Refuerzo en Materiales Compuestos

Fibras de Refuerzo para Materiales Compuestos

Fibra de Vidrio

La fibra de vidrio posee una estructura amorfa e isótropa.

Ventajas

• Bajo coste.
• Compatibilidad con materias orgánicas.
• Alta adherencia matriz-refuerzo.
• Aislante eléctrico y térmico.
• Incombustible.
• Estabilidad dimensional.
• Alta flexibilidad.

Inconvenientes

• Resistencia mecánica específica inferior a la de las fibras de carbono.
• En aire húmedo absorbe agua en la superficie de la fibra, produciéndose una reducción de la resistencia.

Tipos de Vidrio

• Vidrio E: Buena resistencia mecánica, resistencia al desgaste, rigidez y excelentes propiedades eléctricas.
• Vidrio C: Resistencia a la corrosión, pero más caro.
• Vidrio R/S: Más caro, mayor módulo y resistencia a tracción, resistencia a temperatura y fatiga.

Fibra de Kevlar (Aramida)

• Alta resistencia a tracción y baja resistencia a compresión y flexión.
• Alto módulo de elasticidad, resistencia a fatiga y al impacto.
• Resistencia al ataque químico (excepto ácidos fuertes y bases a altas concentraciones).
• Se degrada al aire a 380 ºC.
• Tenaz y con gran capacidad de absorción de energía.
• La humedad afecta a las propiedades de la interfase.
• Problemas de adherencia a determinadas matrices, como las termoplásticas.
• Pérdida de propiedades mecánicas con rayos UV y luz solar.

Fibra de Carbono

Las fibras de carbono son materiales anisótropos con excelentes propiedades:

• Baja densidad, alta resistencia específica, rigidez y resistencia a fatiga.
• Recuperación elástica del 100 %.
• Buena conductividad térmica y eléctrica.
• Resistente a la abrasión.
• Bajo coeficiente de dilatación térmica.
• Inercia química.
• Resistente a temperaturas elevadas.
• Alta resistencia a la vibración.

Fibra de Boro

El boro es semiconductor, duro y tiene una temperatura de fusión alta.

Propiedades Destacadas

• Alta resistencia a tracción.
• Alto módulo de elasticidad y módulo específico.
• Buen comportamiento a fatiga y a compresión.
• Insensible a la humedad.
• Matrices compatibles: resinas epoxi, aluminio y titanio.

Inconvenientes

• Precio elevado.
• Densidad elevada.
• Difícil procesado.
• Poca facilidad a la flexión.

Carburo de Silicio y Aluminosilicatos

Carburo de Silicio (SiC)

• Baja densidad, alta resistencia a tracción y rigidez.
• Buena conductividad y estabilidad térmica.
• Comúnmente utilizado con matrices metálicas.

Aluminosilicatos

• Composición 50-50: Estructura vítrea, utilizada para aislamientos a altas temperaturas.
• Menor contenido de silicio: Estructura cristalina, más cara, alta resistencia a la temperatura (T), gran módulo de elasticidad (E) y resistencia a la tensión.

Fibras Metálicas

• Hierro y aleaciones: Alta resistencia y módulo elástico.
• Aceros inoxidables: Resistencia a la corrosión.
• Superaleaciones de níquel y cobalto: Resistencia mecánica y química a altas temperaturas.
• Titanio, tantalio, níquel: Resistencia a la corrosión y alto punto de fusión.
• Cobre y aleaciones: Conductividad eléctrica y térmica.
• Aluminio y aleaciones: Baja densidad, conductor eléctrico y térmico.

Fundamentos de Materiales Compuestos

Factores de Dependencia de un Material Compuesto

Las propiedades finales de un material compuesto dependen de:

• Propiedades de la matriz.
• Propiedades del refuerzo (geometría y orientación).
• Volumen del refuerzo.
• Propiedades de la interfase.
• Posibles degradaciones.

Ventajas de los Materiales Compuestos

Los materiales compuestos son altamente valorados porque ofrecen:

• Baja densidad.
• Son económicos.
• Mejora del rendimiento.
• Mejora de la resistencia a la fatiga.
• Mejora de las propiedades mecánicas generales.